Avec l’apparition du courant alternatif, le courant monophasé est essayé en traction ferroviaire avec des moteurs de type direct.

Après des tentative à faible puissance sur des lignes de tramways, trois nations se lancent simultanément dans la traction monophasée : la Suisse, l’Allemagne et la France. Le gros avantage du courant monophasé tient à la nature alternative de ce courant. Des transformateurs, appareils de bon rendement, peuvent à volonté élever ou abaisser la tension. Le courant est produit soit par des alternateurs. Ensuite, il suffit d’élever la tension pour permettre un transport sur de longues distances. Á proximité du lieu d’utilisation, la tension de la caténaire est abaissée à une valeur plus faible : 15 000 V en Suisse et en Allemagne, 12 000 V en France. Les motrices sont dotées d’un ou plusieurs transformateurs abaissant à nouveau la tension pour qu’elle soit utilisable par le ou les moteurs. Ces transformateurs embarqués ont plusieurs sorties donnant des tensions croissantes. Il n’y a donc pas besoin de rhéostat de démarrage.

Ce système, apparemment idéal, a un gros inconvénient : la fréquence du courant ! Les moteurs de traction sont calqués sur ceux à courant continu pour avoir un couple important au démarrage. Ce sont des moteurs « directs ». La nature alternative du courant provoque des perturbations en créant des courants parasites dits de commutation. Cela se traduit par des gerbes d’étincelles aux balais et des pertes de puissance, surtout à basse vitesse. Pour essayer de d’atténuer ce handicap, les ingénieurs essaient différentes techniques. Comme les parasites sont proportionnel à la fréquence, les réseaux adoptent une valeur modeste : 16 2/3 Hz. Les moteurs à répulsion ont des induits mis en court circuit au moment du démarrage. D’autres ont des connections résistives placées au niveau du collecteur. Ces résistances sont destinées à absorber les courants parasites.

Néanmoins, les moteurs monophasés ont une puissance par pôle est limitée ce qui impose d’en augmenter le nombre. Cela conduit à réaliser des moteurs de gros diamètre que l’on ne peut pas loger sur les bogies. Placés dans la caisse de la locomotive dons en position fixe, ils nécessitent une transmission adaptée pour entraîner les roues motrices. La meilleure solution au début du XXème siècle est constituée par un système d’embiellage.

En France, le réseau du Midi commande six prototypes en 1910. Ils sont essayés sur la ligne Perpignan – Villefranche-de-Conflans. Un seul connaît une longue carrière. La motrice E 3201 puis 1C1 3901 ne sera radiée qu’en 1959. Les BB 13000 représentent la seconde tentative française. Après les essais du Höllental en 1945 puis de Savoie en 1950, la SNCF décide d’électrifier la ligne Valenciennes – Thionville en courant 25 kV, 50 Hz. Les ingénieurs français et suisses pensent avoir réussi à maîtriser les effets de la fréquence sur les moteurs directs.

Les BB 13000 ont une chaîne de traction extrêmement simple : le courant capté par le pantographe alimente un transformateur à sorties multiples. Un graduateur permet d’envoyer aux moteurs une tension variable. Les moteurs directs possèdent des connexions résistives. Au nombre de quatre, ils sont d’assez petit diamètre pour être placés sur les bogies. Leur collecteur est très long. Une machine compte en tout 360 balais ce qui rend l’ensemble complexe. En essais, la BB 13001 montre des performances supérieures au cahier des charges. En service, les moteurs restent délicats. Ces machines sont capables de fortes accélérations. Elles conviennent mieux à la traction de trains légers, voyageurs ou messageries, qu’à des convois lourds. Construite à 53 exemplaires, les dernières BB 13000 disparaissent en 1994.