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Note di trazione elettrica. Equipaggiamenti di comando e trazione

EQUIPAGGIAMENTO ELETTRICO BREDA CON FRENATURA DI RECUPERO
(filobus ATAG 4001-4015, 4173-4199)
     
 


Da sinistra: gr. 4173-99, foro Mussolini, maggio 1939; staz. Termini, novembre 1939; 4177, l.gtev. Diaz, gennaio 1943.

L'ATAG ha in servizio, a partire dal 1937, due gruppi di filobus a due assi di costruzione Breda per parte meccanica, carrozzeria ed equipaggiamento elettrico, il 4001-4015 ed il 4173-4199 in esercizio rispettivamente dal marzo 1937 e dal dicembre 1938; i due gruppi sono estremamente simili tra loro, anzi identici come meccanica e carrozzeria e con minime differenze nell'equipaggiamento elettrico.

Filobus gr. 4001-4015

Costituiscono la prima serie del gruppo di prototipi ordinati dall'ATAG nel 1936, prima solo nell'ordine della numerazione di esercizio, perchè è invece la quarta e l'ultima dei prototipi ad entrare in servizio nel marzo 1937; utilizza motori ad eccitazione compound (il motore compound o ad eccitazione composta è dotato di due avvolgimenti statorici indipendenti, disposti l'uno in serie con l'indotto e l'altro, campo derivato, in parallelo allo stesso) ed un originale tipo di avviatore di costruzione Breda, che prevede l'avviamento automatico con l'usuale combinazione serie-parallelo dei motori, cinque gradi di riduzione di eccitazione dei motori in parallelo, frenatura elettrica a recupero e reostatica.

La frenatura a recupero si ottiene a mezzo dello stesso pedale acceleratore, nella corsa di ritorno verso lo zero, nella quale posizione entra automaticamente in azione la frenatura reostatica fin quasi all'arresto del rotabile; il freno pneumatico è comandato nel modo usuale dall'altro pedale. Il sistema non permette quindi la marcia in coasting della vettura (ossia per inerzia o in folle, non in trazione nè in frenatura).

Durante la frenatura elettrica a recupero il circuito di trazione è attraversato dalla corrente generata dai motori di trazione e rinviata in linea; in frenatura reostatica i campi derivati dei motori sono alimentati dalla linea. In entrambi i casi, il rotabile in frenatura non potrebbe passare correttamente sotto le slitte di comando degli scambi elettrici presenti sulla rete (si avrebbe sempre l'azionamento dello scambio); l'interruzione della frenatura a recupero per apertura del circuito di trazione può anche dar luogo a pericolose sovratensioni sui motori ed è quindi previsto un apposito relè tarato (relè di sovratensione) che in tal caso apre detto circuito. I filobus prevedono quindi, oltre ai due usuali pedali di acceleratore e freno, un apposito pedalino posto alla sinistra della colonna del volante, azionando il quale il circuito di trazione è momentaneamente aperto (ma questa necessità di aprire il circuito di trazione nel passaggio sotto le slitte di comando degli scambi costituisce, per il personale di condotta, uno dei lati negativi di queste vetture).

Si hanno sostanzialmente due tipi di frenatura a recupero:

  • il pieno recupero che consente di estendere la frenatura in recupero fino a velocità zero o quasi del rotabile e
  • il parziale recupero che si limita ad una azione di rallentamento del rotabile fino ad una data velocità, al di sotto della quale l'ulteriore riduzione e l'arresto del rotabili devono essere ottenuti con sistemi dissipativi (freno ad attrito o elettrico reostatico).

In trazione a corrente continua con equipaggiamenti tradizionali di tipo reostatico la complicazione dei circuiti necessari al recupero, specie al pieno recupero, ha il più delle volte vanificato i vantaggi che si sperava poter ottenere dal sistema, vantaggi che nella maggior parte dei casi si sono rivelati in pratica di gran lunga inferiori, quanto all'entità di energia recuperata, di quanto si poteva prevedere in via teorica. Ciò anche per la necessità, da parte del sistema di alimentazione, di poter utilizzare direttamente l'energia fornita dai rotabili in recupero, condizione non sempre realizzabile.

Equipaggiamento elettrico

L'equipaggiamento elettrico dei filobus Breda gr. 4001-4015 consta dei seguenti elementi:

  • un motore di trazione doppio (quadripolare con indotto a nucleo unico con due avvolgimenti e due collettori indipendenti e quattro spazzole per collettore) MTR 290-233-A2C da 120 CV ad eccitazione compound;
  • circuiti di comando ad accelerazione automatica variabile con combinatori elettropneumatici, possibilità di riduzione di eccitazione in 5 gradini e frenatura elettrica a recupero e reostatica.

La condotta del filobus si effettua con gli usuali pedali di accelerazione e freno. Il pedale di accelerazione ha le seguenti posizioni:

  • pos. 0 (neutra): frenatura reostatica;
  • pos. 1 (tenuta): marcia con motori in serie, pieno campo derivato, reostato incluso;
  • pos. 2 (serie): marcia con motori in serie, pieno campo derivato, reostato progressivamente escluso in 9 passi;
  • pos. 3 (parallelo): marcia con motori in parallelo, pieno campo derivato, reostato progressivamente escluso in 9 passi;
  • pos. 4 (blocco riduzione eccitazione derivata);
  • pos. 5: (parallelo e campo ridotto): l'eccitazione del campo derivato è progressivamente ridotta, in 5 passi, ad una valore prestabilito.

Il passaggio da 3 in 4 non provoca alcuna variazione nella marcia della vettura; viceversa se, durante la progressiva riduzione dell'eccitazione in parallelo (pos. 5), il conducente riporta il pedale in 4, la progressione di riduzione eccitazione momentaneamente si arresta.

La frenatura a recupero si ha ogni qualvolta il conducente riporti a ritroso il pedale di accelerazione dalla pos. 5 alla 3 o dalla 3 alla 2; nel primo caso il recupero cessa al raggiungimento della velocità corrispondente alla pos. 3 e nel secondo caso a quella corrispondente alla pos. 2 (circa 15 km/h).

La frenatura reostatica si ha sempre quando il pedale acceleratore è riportato in pos. 0; il circuito di trazione con i motori in parallelo e campo derivato parzialmente ridotto è chiuso sul reostato di avviamento, che viene progressivamente escluso.

Impianto a bassa tensione a 24 V; motogeneratore di carica batteria da 500 W. Possibilità di marcia di emergenza a batterie (48 V).

Circuito di comando

Non si dispone dello schema del circuito di comando, che certamente è molto simile a quello del gr. 4173-4199.

Successive modifiche

Il sistema usato sul gruppo 4001-4015 certamente mal si adattava all'utilizzo dei veicoli nelle strade del centro di Roma (si pensi solo alla complicazione della guida nel percorrere strade in pendenza come v. F. Crispi o v. Capo le Case o nel passare sotto zone particolarmente dense di scambi ed incroci, come tra p. dei Cinquecento e p. Indipendenza). Il caso volle che l'ultima vettura del gruppo, la 4015, avesse un grave incidente con un automezzo militare il 13 settembre 1939 (ved. immagini più sotto). Durante la riparazione del rotabile, che comportò la completa ricostruzione della cabina di guida e dell'equipaggiamento di comando che in queste vetture era montato in parte sotto il sedile del conducente, l'ATAG, probabilmente in accordo con la Breda, montò sul filobus un altro avviatore Breda anch'esso abbastanza singolare, perchè a comando non automatico e con preselezione del collegamento dei motori, ossia tale che il conducente doveva stabilire a priori mediante un commutatore se utilizzare la connessione in serie o quella in parallelo per i motori (un simile sistema fu all'origine sperimentato anche sui filobus a tre assi Alfa Romeo-TIBB).


Viale Mazzini, linea 136, 13 settembre 1939: il filobus 4015, urtato lateralmente da un autocarro militare, sbanda e finisce contro l'angolo di un palazzo.

Non è noto se la modifica sia stata estesa ad altri rotabili del gruppo, ma può darsi che sia stata eseguita sulle vetture 4011 e 4013 che risultano radiate nel 1951.

I cinque filobus 4001-4009 furono ceduti dall'ATAG alla SAER di Perugia nell'ottobre del 1943, ma caddero in mano dei tedeschi non è noto se a Perugia o durante il trasporto; sarebbe interessante vedere come si siano comportati i successivi proprietari di queste vetture (perugini o tedeschi che fossero) con l'avviatore Breda senza coasting.

Filobus gr. 4173-4199

Questo gruppo è direttamente derivato dal precedente 4001-4015 e sembra differenziarsene solo per la soppressione della frenatura reostatica nella posizione 0 del pedale di accelerazione; con ciò il filobus può utilizzare la marcia in coasting nel modo usuale, mentre il comando della frenatura reostatica risulta spostato alla prima parte della corsa del pedale del freno pneumatico.

Equipaggiamento elettrico

Motore di trazione ed equipaggiamento di comando sono gli stessi del gr. 4001-4015, salvo la variazione riguardante la pos. 0 del pedale acceleratore prima accennata. La condotta del filobus si effettua con gli usuali pedali di accelerazione e freno. Il pedale di accelerazione ha le seguenti posizioni:

  • pos. 0 (neutra): circuito di trazione aperto;
  • pos. 1 (tenuta): marcia con motori in serie, pieno campo derivato, reostato incluso;
  • pos. 2 (serie): marcia con motori in serie, pieno campo derivato, reostato progressivamente escluso in 9 passi;
  • pos. 3 (parallelo): marcia con motori in parallelo, pieno campo derivato, reostato progressivamente escluso in 9 passi;
  • pos. 4 (blocco riduzione eccitazione derivata);
  • pos. 5: (parallelo e campo ridotto): l'eccitazione del campo derivato è progressivamente ridotta, in 5 passi, ad una valore prestabilito.

Resta valido quanto detto per il gr. 4001-4015 circa il comando del freno a recupero e la funzione del pedalino di apertura del circuito di trazione.

Circuito di comando

La parte sinistra della figura sottostante è lo schema semplificato del circuito di comando, con la indicazione dei soli elementi necessari a seguirne il funzionamento; la parte centrale è lo schema del circuito di trazione; la parte destra dà la successione di azionamento dei contattori.


Circuiti di comando e trazione; successione azionamento contattori.

Il circuito di comando consta dei seguenti elementi (v. schema).

  • INV, invertitore a comando diretto; funziona anche da interruttore del circuito di comando (nello schema del circuito di comando è illustrata solo questa seconda funzione).
  • CA, teleruttore di linea con apertura per massima corrente sul positivo di alimentazione; è dotato di bobina di chiusura CAch e di bobina di ritenuta CArit, oltre che di bobina amperometrica per l'apertura a massima corrente del contatto ca/mx.
  • CL, teleruttore di linea sul negativo di alimentazione.
  • A, combinatore di avviamento comandato a pedale, a 5 posizioni: SR, S, P, X, PCR, indicate sullo schema risp. con 1, 2, 3, 4, 5; a riposo il pedale è in pos. 0. La pos. SR dà l'avviamento del rotabile con i motori in serie e tutto il reostato inserito; in S si ha la progressiva esclusione del reostato in 9 passi sotto il controllo del relè di accelerazione RA1; in P si passa alla combinazione in parallelo dei motori e si esclude progressivamente in 9 passi il reostato; in PCR si ha la progressiva riduzione dell'eccitazione dei motori in 5 passi sotto il controllo del relè di accelerazione RA2. La progressiva riduzione dell'eccitazione può essere arrestata retrocedendo momentaneamente il pedale in X.
  • F, combinatore di frenatura F azionato nella prima parte della corsa del pedale del freno pneumatico; dà luogo al collegamento dei motori per la frenatura reostatica ed alla progressiva esclusione del reostato in 9 passi sotto il controllo del relè di accelerazione RA1.
  • SW1, interruttore che esclude la marcia in serie, passando direttamente al collegamento in parallelo dei motori.
  • ER, combinatore del reostato di avviamento a comando elettropneumatico a 10 posizioni, controllato dal relè di accelerazione RA1; l'eccitazione dell'elettrovalvola ER dà luogo all'avanzamento progressivo del combinatore, che può essere arrestato in qualsiasi posizione dall'eccitazione dell'elettromagnete di arresto ER/bl.
  • R1-4, RR1-4, contattori per l'esclusione del reostato.
  • RC, combinatore del reostato di eccitazione a mezzo di inclusione di resistenze nei circuiti di campo derivato, a comando elettropneumatico a 5 posizioni, controllato dal relè di accelerazione RA2; l'eccitazione dell'elettrovalvola RC dà luogo all'avanzamento progressivo del combinatore, che può essere arrestato in qualsiasi posizione dall'eccitazione dell' elettromagnete di arresto RC/bl.
  • CD, contattore di inserzione del campo derivato.
  • CD1-5, contattori per la riduzione del campo derivato.
  • S, P1, P2, RT, F, contattori per connessioni varie (S per marcia in serie, P1 e P2 per marcia in parallelo, RT di transizione, F di freno).

Altri elementi del circuito di comando, quali contattori di blocco porte (bp), di marcia su batterie (me) sono solo accennati o sono del tutto omessi dallo schema.

Per la lettura dello schema valgono le usuali convenzioni. I contatti indicati con lettere minuscole sono azionati dai teleruttori, le bobine dei quali portano la stessa lettera in maiuscolo. I contatti indicati con un simbolo di interruttore compresi nei riquadri A, ER, RC, F appartengono risp. al combinatore di avviamento, all'esclusore del reostato, all'inseritore delle resistenze di shunt e al combinatore di frenatura; per A, ER, RC i numeri posti sopra ogni contatto indicano in quali, delle posizioni del combinatore, ogni contatto è azionato; per ER ed RC il contatto interp si chiude nell'intervallo tra una posizione e la successiva (contatto di interposizione); apertura indica un contatto normalmente chiuso, chiusura un contatto normalmente aperto, scambio l'unione di un'apertura e di una chiusura. I riferimenti T+ e T- sono l’alimentazione di linea (trolleys positivo e negativo). I numeri dei circuiti si riferiscono ai numeri posti alle uscite dal combinatore A.

Si presuppone qui di seguito che, prima di azionare il pedale acceleratore, il conducente abbia posto l'invertitore in marcia avanti (o indietro), abbia chiuso le porte e abbia posto il commutatore per marcia di emergenza in pos. normale. In tal modo il circuito di comando è alimentato dalla tensione di linea. Il commutatore di esclusione marcia in serie è in pos. normale.

pos. A circuito di comando* circuito di trazione
Avviamento reostatico, marcia in serie, transizione, marcia in parallelo.
0 Eccita CD. Si alimenta il campo in derivazione dei motori.
ante SR(1) Nel passaggio di A da 0 in SR, dal circ. 2 di A eccita S, tramite SW1c e l'apertura p1. Si collegano i motori in serie.
  Dal circ. 1 di A eccita CAch tramite le aperture ca/mx, f e la pos. 0 di ER.  
SR(1) Dal circ. 3 di A eccita CL e seguita a tenersi CA tramite una resistenza di limitazione (il circ. 1 è interrotto). Si alimenta il circuito di trazione con tutto il reostato di avviamento.
  Essendo il combinatore del reostato di campo in pos. 1 (contatti chiusi) eccita CD1. Si escludono le resistenze di riduzione eccitazione.
S(2) Dal circ. 4, con RT caduto ed S eccitato, si alimenta l'elettrovalvola ER del combinatore di esclusione reostato di avviamento. Inizia l'avanzamento di ER con la successiva eccitazione delle coppie di contattori R1-RR1, R2-RR2, ecc. che escludono successivamente le parti del reostato. Si esclude progressivamente il reostato di avviamento.
  Tra una posizione di ER e la successiva, a mezzo del contatto di interposizione ER/interp, eccita, sulla bobina voltmetrica RA1v, il relè di accelerazione RA1, che blocca momentaneamente l'avanzamento di ER per eccitazione dell'elettromagnete ER/bl. Qualora la corrente assorbita dai motori circolante nelle bobine amperometriche di RA1 sia inferiore al valore di taratura, RA1 cade permettendo il successivo avanzamento di ER; in caso contrario ER resta fermo fino alla caduta di RA1 conseguente alla riduzione dell'assorbimento di corrente per l'aumentata velocità del rotabile. La corrente nei motori oscilla tra due valori, non potendo mai superare il valore di taratura di RA1. Con ER in pos. 9 il reostato è completamente escluso; i motori sono alimentati, in serie, alla piena tensione di linea.
P(3) Dal circ. 5, con ER in pos. 9, eccita il contattore di transizione RT.  
  L'eccitazione di RT determina l'interruzione dell'alimentazione della elettrovalvola ER; il combinatore ER torna rapidamente in pos. 0. Si reinserisce completamente il reostato.
  Dal circ. 6, con RT eccitato ed ER in pos. 0, eccita P1; cade S ed eccita anche P2. I motori sono collegati in parallelo, in serie a tutto il reostato.
  Con l'eccitazione di P2 cade RT e si ristabilisce il circ. 4 di alimentazione dell'elettrovalvola ER.  
  Segue l'avanzamento di ER dalla pos. 0 alla 9, con la conseguente esclusione del reostato di avviamento sotto il controllo di RA1 esattamente come nel caso dei motori in serie. Con ER in pos. 9 il reostato è completamente escluso; i motori sono alimentati, in parallelo, alla piena tensione di linea.
Riduzione di eccitazione dei motori.
PCR(5) Portando A in pos. PCR (saltando la x), dal circ. 7, con P2 eccitato ed ER in pos. 9, si alimenta l'elettrovalvola RC del combinatore del reostato di campo RC.  
  Segue l'avanzamento di RC dalla pos. 0 alla 5, con la conseguente inserzione di un valore sempre maggiore di resistenza nel circuito di campo, ora sotto il controllo del relè di accelerazione RA2 (bobina voltmetrica RA2v alimentata dal contatto RC/interp) esattamente come per l'esclusione del reostato di avviamento. Si riduce progressivamente la corrente nelle bobine di campo in derivazione dei motori. Con RC in pos. 5 il è inserita la massima resistenza nel circuito di campo dei motori.
X(4) Se, durante l'avanzamento di RC, si riporta A in pos. X, dal circ. 8 si alimenta l'elettromagnete RC/bl, che arresta momentaneamente RC. Si interrompe l'inclusione di resistenza nel circuito di campo.
Frenatura a recupero.
P(3) Dalla pos. PCR, retrocedendo in P, si interrompe l'alimentazione dei circ. 7 e 8 e di conseguenza il combinatore del reostato di campo RC torna verso la pos. 0, sotto il controllo del relè di accelerazione RA2; il reostato di campo è completamente escluso. Si rinforza gradatamente il campo in derivazione dei motori, che entrano in frenatura di ricupero; la stessa perdura fin tanto che la velocità del rotabile si è ridotta a quella corrispondente alla fine parallelo.
P(2) Dalla pos. P, retrocedendo in S, si interrompe l'alimentazione dei circ. 5 e 6 e si stabilisce la connessione tra i circ. 9 e 10. P1 e P2 restano inizialmente eccitati dal circ. 2 ed ER; tramite i circ. 9 e 10 eccita il contattore di transizione RT. Il combinatore del reostato di avviamento ER torna verso la pos. 0 per apertura dell'alimentazione all'elettrovalvola ER, includendo nuovamente il reostato. Cadono P1, P2 ed RT; dalla pos. 0 di ER eccita S, dando nuovamente alimentazione, tramite il circ. 4, all'elettrovalvola ER. Il combinatore del reostato di avviamento ER torna verso la pos. 9, sotto il controllo del relè di accelerazione RA1; il reostato di avviamento è completamente escluso. Con i motori in serie di ha nuovamente il recupero, che perdura fin tanto che la velocità del rotabile si è ridotta a quella corrispondente alla fine serie. Al di sotto di questa velocità, di circa 15 km/h, non è possibile alcun recupero di energia.
SR(1) Per apertura del circ. 4 diseccita ER; il combinatore del reostato di avviamento torna in pos. 0, reinserendo tutto il reostato.  
0 Diseccitano i contattori di linea CA, CL etutti i contattori; resta solo eccitato CD. Si interrompe l'alimentazione ai motori.
Frenatura reostatica (il pedale acceleratore è lasciato in pos. 0, mentre si aziona il pedale del freno).
0 Essendo CA diseccitato ed ER in pos. 0, eccitano i contattori F, P1, P2, CD5. Si collegano i motori in parallelo, chiusi sopra il reostato di avviamento; il campo è parzialmente ridotto da CD5.
  Dal circ. 4, con F e P2 eccitati ed RT caduto, si alimenta l'elettrovalvola ER; il combinatore del reostato di avviamento ER si sposta verso la pos. 9, sotto il controllo del relè di accelerazione RA1. Si esclude gradualmente il reostato di avviamento e il rotabile effettua la frenatura reostatica fino a velocità prossima a zero.

* I numeri dati ai circuiti corrispondono ai numeri indicati a sinistra nel riquadro A dello schema elettrico del circuito di comando.

Successive modifiche

Nel giugno 1940 la vettura 4185 fu modificata connettendone i motori stabilmente in parallelo e fu dotata di un avviatore semplificato che permetteva l'avviamento con tutto il reostato incluso (pos. 1 del pedale acceleratore), l'esclusione automatica del reostato (pos. 2) e la riduzione di eccitazione del campo a cinque gradini (pos. 3-7); in quest'ultima fase il comando era semiautomatico, nel senso che il conducente, oltre a portare direttamente il pedale in pos. 7 ottenendo la progressiva riduzione di eccitazione, aveva anche la possibilità di arrestarsi su ognuno dei cinque punti.

  
 
 
 

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Ultimo aggiornamento: mercoledì 06 dicembre 2023