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Note di trazione elettrica. Storia e tecnologia della trazione in serie

UN NUOVO SISTEMA DI ALIMENTAZIONE IN SERIE

A. Blondel

Se, leggendo il contenuto di quest'articolo si corre col pensiero ai tanti dilettanti, di ieri come di oggi, che hanno preteso e seguitano a pretendere di inventare rivoluzionari e innovativi mezzi di trasporto, ci si sbaglia, visto che si tratta di una proposta di André Blondel (Chaumont, 1863-1938), fisico e ingegnere francese che legò il suo nome a numerosi ritrovati in elettrotecnica e fu professore di applicazioni elettriche a l'École des Ponts et Chaussées, membro dell'Accademia delle Scienze francese e della Légion d'honneur, ecc. ecc.; anche se sembra che l'André voglia qui seguire le orme dei vari Fleeming Jenkin, Foote, Von Buch, Cattori e altri.

Da Electrical World, 1° gennaio 1898.

L'invenzione del Blondel risolverebbe il problema della presa di corrente in trazione elettrica in serie, senza necessità di interruttori meccanici; la fig. 1 ne illustra il principio di funzionamento per il caso semplice di una linea a binario unico con disposizione ad anello. Il generatore G, a corrente costante e potenziale variabile (v. anche Storia e tecnologia), è posto in un punto qualsiasi dell'anello e alimenta in serie i due conduttori con punti di sezionamento e sovrapposizione delle tratte; l'inventore indica come sezione della linea una parte di circuito compresa tra due sezionamenti consecutivi sui due fili quali a e b. I due conduttori sono montati sopra il binario o sospesi sullo stesso, isolati da terra.

Fig. 1

In linea di principio il numero dei rotabili in funzione sulla linea deve essere pari al numero delle sezioni, ossia in ogni sezione deve trovarsi uno ed un solo rotabile (salvo l'eccezione più oltre segnalata); una sezione senza rotabile porterebbe all'interruzione del circuito, inammissibile in un'alimentazione in serie.

Un primo problema nasce però nella marcia dei rotabili: come si fa a passare da una sezione alla successiva senza interrompere momentaneamente il circuito, ciò che porterebbe all'arresto di tutti i rotabili? Semplice, secondo l'inventore: prima di lasciare una sezione il macchinista deve essere certo che la stessa sia stata impegnata dal rotabile successivo, come mostrato in fig. 2,a dove il rotabile b può essere spostato nella sezione successiva, il circuito essendo mantenuto chiudo da a e c. Ancora secondo l'inventore, per estendere questo criterio a tutta la linea sarebbe sufficiente che un certo numero di sezioni fosse previsto per contenere due rotabili: sembra che questo numero debba essere definito in base alla distanza tra le fermate, non è noto con quale legge, ma in ogni caso le cose non andrebbero bene perchè è evidente che basta una sola sezione con un solo rotabile per dar luogo ad interruzione nel passaggio alla sezione successiva (fig. 2,b) con arresto di tutti i rotabili ed elevazione della tensione al valore massimo fornito dal generatore funzionante a vuoto; in realtà tutte le sezioni della linea dovrebbero essere previste per contenere due rotabili.

Fig. 2 (per semplicità la linea ad anello è stata disegnata rettificata e le due sezioni A, A sono pertanto coincidenti).

Ma come farebbe un macchinista ad essere certo che nella sezione in cui si trova sia effettivamente entrato un altro rotabile e che quindi può tranquillamente ripartire (sempre che non riesca a vedere il secondo rotabile)? Ancora semplice, osservando un amperometro inserito nel circuito di trazione: avendosi ora due rotabili collegati tra loro in parallelo ed essendo costante la corrente di alimentazione, la stessa si suddividerà tra i due rotabili. con dimezzamento dell'indicazione dell'amperometro.

E siamo sicuri che a corrente dimezzata il rotabile sarà poi in grado di riavviarsi? Qui si rivela il tratto di genio del nostro: ogni rotabile deve essere dotato non di un motore, ma di due motori, di norma collegati tra loro in parallelo ma che, con manovra di apposito controller, il macchinista può collegare in serie, ripristinando momentaneamente la coppia motrice necessaria all'avviamento, salvo poi ricordarsi di ricollegarli in parallelo dopo l'ingresso nella sezione successiva.

Chiariamo meglio la faccenda, ricordando che in un motore con eccitazione in serie, come sembra siano quelli previsti nell'impianto, la coppia motrice è proporzionale alla corrente e che la corrente fornita dal generatore è costante; sia I il valore di tale corrente. Con i due motori di un rotabile posti tra loro in parallelo, ogni motore dispone di una corrente pari ad I/2 e si ha in totale la coppia normale proporzionale ad I, ma se una stessa sezione contiene due rotabili ogni rotabile dispone di I/2 e ogni motore di I/4 con dimezzamento della coppia; se invece si collegano i due motori in serie tra loro la corrente torna ad I/2 insieme con il valore originario della coppia. L'autore aggiunge che la commutazione serie-parallelo dei motori di un rotabile può anche ottenersi automaticamente, ma si guarda bene di indicare in che modo.

E' anche possibile variare il numero dei rotabili in servizio sulla linea, modificando la lunghezza delle sezioni a mezzo di interruttori che riuniscano in una due sezioni contigue (fig. 3): ad esempio, se si vuole passare da un intervallo tra le corse da 5 a 15 minuti è sufficiente riunire le sezioni in gruppi di tre. La manovra degli interruttori può essere ottenuta come normalmente si usa per il comando dei segnali da uno o più posti centrali (l'autore propone anche un secondo mezzo per variare il numero dei rotabili, ma ne dà una descrizione tanto incomprensibile da sconsigliarne a priori la lettura). Si nota anche che il circuito potrebbe essere percorso dai rotabili solo in un senso e per avere una linea percorribile nei due sensi occorrerebbe duplicare tutto l'impianto deformando l'anello fino ad avere due linee parallele collegate da anelli terminale, ma in tal caso la marcia dei rotabili in un senso sarebbe condizionata da quella dei rotabili nel senso opposto.

Fig. 3

La regolazione della velocità dei rotabili si otterrebbe spostando le spazzole dei motori sui collettori in avanti o indietro oppure derivando gli induttori con adatte resistenze.

Qui sembra che l'illustre inventore abbia del tutto perso la bussola, perchè non risulta che la velocità di un motore a corrente continua possa variarsi con lo spostamento delle spazzole, a meno che il Blondel non preveda anche l'alimentazione a corrente alternata e l'impiego di motori a repulsione, la velocità dei quali può essere appunto variata in questo modo. Invece lo shuntaggio dei campi sarebbe lo stesso artifizio utilizzato dal Cattori nell'impianto di Castellammare e, probabilmente anche in quello di via Flaminia a Roma.

* * *

Il primo vantaggio del sistema descritto sarebbe quello in comune con tutti i sistemi ad alimentazione in serie e risiederebbe nel risparmio sui conduttori che rispetto ai sistemi con alimentazione in parallelo. Ad esempio, un sistema dotato di 8 rotabili richiedenti 20 A a 500 V darebbe, con alimentazione in serie, 20 A a 4000 V e, con alimentazione in parallelo, 160 A a 500 V, con evidente risparmio sulla sezione dei conduttori.

A questo punto sarebbe valida la solita obbiezione: quanto costa un isolamento a 4000 V rispetto ad uno a 500 V, tenendo conto anche del fatto che in caso di interruzione del circuito la tensione si sarebbe elevata di parecchio (la linea del Cattori in via Flaminia, a circuito aperto, passava da 500 a 825 V) e ce lo immaginiamo un motore dell'epoca isolato per 6000 V e più? L'autore cita anche, quale ulteriore fonte di risparmio, l'utilizzazione delle rotaie quale secondo conduttore, non cimentandosi naturalmente nel valutare le complicazioni che si avrebbero per l'isolamento e la divisione della linea in sezioni e simili.

L'inventore vanta poi l'assenza di scintille nel funzionamento della linea, cosa alquanto dubbia vista la situazione delle interruzioni di sezione prima notata (all'epoca erano temutissime le scintille all'apertura dei circuiti, a causa delle basse tensioni e di conseguenza delle elevate correnti impiegate). Alla fine, bontà sua, ammette che il sistema sarebbe poco adatto ad una linea in superficie, ma utilissimo in linee suburbane o metropolitane e conclude auspicando che lo stesso possa essere perfezionato dall'inarrestabile progresso della scienza.

Una immagine allegata in Electrical woeld che non sembra avere niente a che fare con quanto proposto
(sembra una linea con presa di corrente a terza rotaia)

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Ultimo aggiornamento: mercoledì 06 dicembre 2023