Mechanischer Teil

Gegenüber den Vorgängermodellen FS E.550 und FS E.551 wurden die Antriebsmotoren weiter nach oben versetzt, und der Antrieb auf die Treibachsen wurde durch den Gelenkantrieb nach Bianchi realisiert. Die Motoren umschloss der auf den Rahmen montierte Führerstand, in dem außer den Antriebsmotoren auch die Kompressoren untergebracht waren. Auf dem Dach befanden sich außer den beiden Stangenstromabnehmer auch die Luftbehälter für die pneumatische Bremse. In den Vorbauten wurden der Flüssigkeitsanlasser, der Heizkessel, der Hauptschalter und andere Apparaturen untergebracht, also alles Apparaturen, bei denen eine Gefährdung des Lokführers nicht ausgeschlossen war.

Von der pneumatischen Bremse her war die Lokomotive mit der indirekten Bremse für den Zug sowie der direkt wirkenden Druckluftbremse als Lokbremse ausgerüstet. Den Großteil der Drucklufterzeugung übernahm ein mechanisch durch das Gestänge angetriebener Achskompressor. Zusätzlich besaßen die Lokomotiven noch einen elektrisch angetriebenen Kompressor kleiner Leistung für die Erzeugung von Druckluft im Stillstand.

Elektrischer Teil

Der elektrische Teil der Lokomotiven wurde durch die Fahrmotoren und den Flüssigkeitsanlasser sowie einigen Hilfsgetrieben gebildet. Die Lokomotive besaß zwei Geschwindigkeitsstufen in den Werten von 25 km/h und 50 km/h. In den beiden Fahrstufen wurde der von der Fahrleitung übernommene Drehstrom mit dem optimalen Leistungsfaktor den Fahrmotoren zum Antrieb übergeben. Bei 25 km/h arbeiteten die beiden Motoren in Reihenschaltung bei 50 km/ in Parallelschaltung. Zwischen den beiden Fahrstufen und beim Anfahren diente der Flüssigkeitsanlasser, der als sogenannter Beschleuniger zwischen den Dauerfahrstufen diente. Die Wirkungsweise des Flüssigkeitsanlassers und die Steuerung der Lokomotive geschah wie bei der E 550.

Der Flüssigkeitsanlasser arbeitete mit pneumatischer Steuerung, ebenso der in Öl gelagerte Hauptschalter. Dieser war bei den Vorgängermaschinen FS E.550 und FS E.551 noch in dem Führerstand eingebaut. Nachdem es sich in Folge von Überspannungen zu tödlichen Unfällen bei Explosionen des Hauptschalters infolge des ausspritzenden Öles gekommen war, erhielten die Lokomotiven der Reihe E.554 eine Anordnung auf einem Vorbau mit einem Schutzschrank. Ebenfalls besaßen die Lokomotiven einen Heizkessel für die Wagenheizung.

System Bolzano

Severo Rissone, der damalige Direktor der FS, regte 1957 eine Studie zur Anwendung der Mehrfachtraktion an, da die Lokomotiven auf den Gebirgsstrecken meist in Doppeltraktion arbeiteten. Das als erstes entwickelte System Bolzano war nach dem Depot Bolzano benannt, das die beiden ersten Lokomotiven für die Versuche stellte. Es hatte den Nachteil, dass in einem Lokomotivpaar nur eine Lokomotive die führende der Doppeltraktion sein konnte, weshalb die Rückfahrt in Einfachtraktion mit abgeschalteter zweiter Lokomotive erfolgen musste. Die Steuerung der geführten Lokomotive erfolgte, indem der Flüssigkeitsanlasser der geführten Lokomotive abgetrennt wurde und die Läufer der Motoren mit einem zusätzlichen Anlasser auf der führenden Lokomotive verbunden wurden. Die beiden Tanks der Flüssigkeitsanlasser waren hydraulisch miteinander verbunden, sodass beide Widerstände nach dem Prinzip der kommunizierenden Gefäße synchron arbeiteten. In den Jahren 1958 und 1959 wurde die Steuerung auf 16 Lokomotiven eingerichtet, womit acht Lokomotivpaare entstanden. Alle waren auf der Südrampe der Brennerbahn im Einsatz, bis die Strecke im Frühjahr 1965 auf 3 kV-Gleichstrombetrieb umgestellt wurde. Ein Lokomotivpaar konnte zusammen mit einer einzelnen Schiebelokomotive einen 955 t-Zug bergwärts befördern.

System Hybrid

Das System Hybrid wurde im Depot Rivarolo Ligure in Genua entwickelt, weil sich das System Bolzano für den Einsatz auf der Strecke über den Giovipass nicht eignete, weil sie in beide Richtungen starke Steigungen aufwies, sodass die Nutzung der Doppeltraktion nur in eine Richtung ein massiver Nachteil gewesen wäre. Die Steuerung des Systems Bolzano wurde dahingehend ergänzt, dass der Flüssigkeitsanlasser auf der führenden Lokomotive mit einem pneumatischen Servomotor versehen wurde, der bei der Rückfahrt über ein Steuerventil auf der geführten Lokomotive bedient werden konnte. Der Name Hybrid weißt daraufhin, dass je nach Fahrtrichtung die Steuerung unterschiedlich ist: wenn die Lokomotive mit den beiden Flüssigkeitsanlassern führend war, wurde die mechanische Steuerung der Flüssigkeitsanlasser genutzt, wenn die andere Lokomotive vorne war, kam die pneumatische Fernsteuerung zum Einsatz. Das System war auf fünf Lokomotivpaaren auf den Giovipass-Strecken und auf zwei Lokomotivpaaren auf der Mont-Cenis-Strecke im Einsatz.

System Ligure

Gleichzeitig mit der Entwicklung des Hybridsystems wurde einer Alternative mit einem pneumatisch gesteuerten Flüssigkeitsanlasser erprobt. Diese erlaubte die bestehende Einschränkungen zu beseitigen und die Lokomotiven frei untereinander auszutauschen weil sich nicht mehr mit Hochspannungskabeln miteinander verbunden waren, die nur in der Werkstatt getrennt werden konnten. Das System wurde in den Jahren 1959 bis 1962 auf 11 Lokomotiven E.554, wobei einige zuvor bereits für das System Ligure oder Hybrid ausgerüstet waren. Weil sich das System bewährte, wurde es auch auf zwei E.551, zwei E.333, vier E.431 und einer E.432 eingebaut.

Für das System Ligure mussten beide Lokomotiven mit dem pneumatisch gesteuerten Flüssigkeitsanlasser ausgerüstet sein, wobei auch die Mehrfachtraktion zwischen Lokomotiven verschiedener Baureihen möglich war. Das Kuppeln der Lokomotiven war im Betrieb möglich und benötigte keine Spezialwerkzeuge. Auf der führenden Lokomotive hatte der Lokführer die Möglichkeit schnelle Korrekturen an der Steuerung beider Lokomotiven vorzunehmen, was ihm ermöglichte, die Zugkräfte der einzelnen Lokomotiven aneinander anzupassen, wenn sie unterschiedliche Raddurchmesser hatten. Die Ausrüstungsteile der Mehrfachtraktion waren für alle Drehstromlokomotiven gleich.