Controllo reostatico (era: "mezza tacca")

[Tak84]

Nelle macchine elettriche la mezza tacca non serve, la vera rivoluzione sono stati l'introduzione della avviatore elettromagnetico in sostituzione i quello pneumatico e lo zero intermedio

[freelancer]

Uno dei punti cardine per avere più velocità economiche era l'indebolimento di campo. Ho capito che effetti abbia (esclude alcune spire dell'avvolgimento di statore) ma come lo si attui materialmente mi è un po' oscuro non avendo schemi precisi. Ho trovato su vari testi tre tecniche ma non molte informazioni sulle stesse:
-shunt induttivi: si by-passano le spire con altre uguali ma esterne al motore;
-shunt resistivo: da quanto ho capito si by-passa non con una induttanza ma con una resistenza;
-commutazione in serie e parallelo fra loro delle spire di ogni polo, tecnica quest'ultima da quanto ho trovato adottata dalle FS solo con una locomotiva, la E.321 a terza rotaia.
Qualcuno ha qualche schema più dettagliato sugli indebolimenti e sul principio di funzionamento dei medesimii?

[Giancarlo Giacobbo]

Sotto mano ho gli schemi dei circuiti di trazione dei 645 e 646. Sono però in un formato poco più grande di un A3. Dovrei scansionarlo in più immagini e poi fare un collage.
Comunque, a puro titolo informativo, quando da collaudatore mi occupavo delle materie prime da montare sulle apparecchiature che si costruivano, mi capitò di dover provare una serie di motori in c.c. con eccitazione separata. Li alimentai alle tensioni di targa per controllare la coppia, il numero di giri e gli assorbimenti vari. Poi per sfizio provai a diminuire la tensione di eccitazione. Il numero di giri aumentò notevolmente ma la coppia di pari passo diminuì.
Potei così toccare con mano come interveniva l'indebolimento di campo sul comportamento dei motori.

[freelancer]

Questo spiega perchè la caratteristica dei motori da trazione era sempre iperbolica: all'aumento di velocità cala lo sforzo (in relazione alla coppia).
Sarebbe interessante riuscire a trovare le curve caratteristiche dei motori di quelle locomotive.
Sempre in relazione all'indebolimento di campo: si dovette arrivare a costruire motori con avvolgimenti di compenso per evitare che, indebolendo troppo, si verificasse un fenomeno chiamato "colpo di fuoco" sul collettore. Cosa succedeva che si voleva evitare? Mi fu una volta detto che era un aumento della tensione fra le lamelle tale da innescare un arco fra le stesse tale da provocare la sua propagazione fra spazzola e spazzola. Non è che sia una spiegazione granchè chiara.

[Giancarlo Giacobbo]

Mi spiace ma di quelle macchine ho solo gli schemi elettrici.

[Giancarlo Giacobbo]

Ho pensato che se facendo una foto degli schemi facevo prima.
Questo è lo schema del circuito di trazione.

Questo è lo schema della combinazione dei motori.

[andm]

Ragazzi, forse ho capito cosa si intende con "mezza tacca".
Sui tram di Milano (i famosi serie 1928, attualmente ancora in glorioso servizio) il controller che inserisce e disinserisce le resistenze del reostato e che collega i motori in serie o serie-parallelo è installato nella "cabina" di guida, a sinistra del tramviere. Nelle prime vetture a 2 assi il funzionamento del controller era uguale concettualmente a quello dei locomotori reostatici. Però, nel momento della retrocessione, se la relativa resistenza era appena stata inserita, la corrente ancora elevata provocava "sfiammate" sulle spazzole interne del combinatore; si decise, quindi (già con le vetture a 2 assi serie 700, le attuali sabbiere), che il taglio della corrente di trazione dovesse essere fatto solo da un interruttore installato nel sottocassa, dotato di caminetti di spegnimento. Quindi, la manetta di comando del controllore venne modificata come lo è tutt'ora sulle '28:
la leva è incernierata sull'albero del combinatore tramite un perno eccentrico , tale per cui tirando la manetta verso di sè, prima ruota di pochi gradi la sola manetta, e poi inizia a trascinare tutto l'albero del combinatore; in questo piccolo movimento, chiude un contatto che comanda la chiusura dell'interruttore di linea nel sottocassa; viceversa, quando si torna indietro, il primo movimento della leva è proprio una piccola rotazione nel senso opposto, senza ancora far ruotare l'albero del combinatore: questo provoca l'apertura dell'interruttore di linea (con il contatto di comando) e quindi il disinserimento della trazione anche se il combinatore (controller) è ancora nella posizione intermedia.
Inoltre, per evitare di reinserire trazione con il combinatore a metà strada, il circuito dell'interruttore di linea è concepito in modo che per richiuderlo, occorre prima ritornare nella posizione di 0. Spero sia chiaro....

Per quanto riguarda il collettore dei motori in corrente continua, le commutazioni su di esso sono proprio il suo punto debole e il motivo per cui non è possibile aumentare troppo la velocità di rotazione. Quando la spazzola lascia una lamella, interrompe la corrente che sta circolando nelle spire ad essa collegate; la combinazione del campo magnetico e delle tensioni indotte nella spira provoca una sovratensione nel momento del distacco che provoca una scintilla. Se si aumenta la corrente, oppure la rapidità del distacco lamella-spazzola, la sovratensione è maggiore e l'arco di corrente maggiore, fino ad arrivare a non spegnersi da solo e a incendiare l'aria attorno, sommandosi poi con l'arco che si forma con la successiva lamella e così via (spiegato proprio in soldoni...). L'indebolimenti di campo comporta l'esclusione di un pò' di spire dell'avvolgimento dello statore, che provoca quindi proprio un aumento di corrente nel circuito che attraversa il collettore...
Non so se riesco a spiegarmi col mio italiano..

[freelancer]

andm, la mezza tacca è proprio quello. Anche la vettura 407 del tram di Opicina (unica rimasta come all'origine) ha questa caratteristica. Trascuriamo che è quello che va meglio e infatti quando c'era rischio ghiaccio lo hanno sempre messo in turno.

Sì, pure a me hanno spiegato circa allo stesso modo. Mi hanno spiegato che è l'interazione fra i due campi magnetici (di statore e di rotore) a provocare la propagazione di questi archi fino a portarlo a innescarsi fra le spazzole stesse. Con l'aggiunta che in tal caso le spazzole, a base di grafite, tendevano pure a "catramizzarsi", penso che intendessero che la temperatura salisse tanto da decomporle chimicamente.
Il fenomeno è ormai scongiurato da anni con l'accurata progettazione tanto che nei libri di elettrotecnica scolastica non se ne parla nemmeno più.

[sincrono]

L'indebolimento di campo, sui rotabili a 3000.c.c. è stato di due tipi. Quello a bobine induttive, applicato sulle E.428 e quello che è stato poi applicato su tutti imezzi, quello ad esclusione di spire. Il tipo resistivo è stato subito abbandonato in quanto,per le caratteristiche induttive, proprie, di un motorea c.c., poteva causare gravi inconvenienti in caso di breve distacco dell'alimentazione tra pantografo e linea.Infatti,nell'istante e con locomotiva shuntata, la corrente totale di trazione tendeva a passare tutta attraverso la resistenza lasciando il campo del motore privo di eccitazione per qualche istante, causando danni ai collettori dei motori, con apertura degli organi di protezione.
Per quanto riguarda i danni che possono essere provocati ai motori,nel caso di un uso dissennato degli shunt, bisogna andare a ripassare un po' di elettrotecnica. Per ottenere un funzionamento regolare e privo di scintillio sul collettore, occorre che il piano di commutazione tra collettore e spazzole sia perfettamente a 90° rispetto alle bobine di campo. Per semplicità parleremo di un motore con una sola coppia polare. Con l'aumentare del valore delle correnti, nelle bobine di campo si manifesta una particolare concentrazione di flusso verso il corno superiore della bobina (in quella di ingresso della corrente) e verso il corno inferiore in quella dove la corrente esce. Questo comporta una distorsione del piano di commutazione che si sposta di qualche grado, in proporzione alla corrente. E' come se spostassimo a mano le spazzole nel verso della rotazione del motore. Come è intuibile, spostandosi il piano, la commutazione non avviene più a potenziale 0 (o quasi) ma viene a trovarsi influenzato dai campi magnetici delle bobine, quindi diventano sede di forza elettromotrice, causando lo scintillio. Come per le dinamo, questo fenomeno, si chiama "reazione di indotto" e per ridurlo vengono usati i poli ausiliari e gli avvolgimenti compensatori che, tramite i loro flussi, correggono entro certi limiti questi spostamenti. L'uso dell'i.c. deve essere sempre ponderato e amministrato saggiamente dal macchinista, anche perchè, aumentando la velocità angolare del collettore e con correnti elevate, lo scintillio può aumentare fino al punto di generare un Flash tra le lamelle dell'indotto. Inoltre,bisogna anche tenere presente l'aumento eccessivo della temperatura tra collettore e spazzole, cosa che, nelle E 444, ha creato parecchi inconvenienti ai motori. Elevatissime temperature che causavano ovalizzazioni al collettore. Specie dopo una bella tirata di collo a 200 in DD e con arresto a termine corsa distaccando immediatamente la ventilazione (troppo rumore...). I treni veloci hanno decretato la fine del motore in c.c. facendone evidenziare i limiti. Non so se sono stato chiaro. Nel caso, fatemelo notare, grazie.
Ciao a tutti!

[Giancarlo Giacobbo]

Chiarissimo, grazie per la spiegazione.

[freelancer]

Spigazione chiarissima. Solo chiedo ancora alcuni chiarimenti.

[...]aumentando la velocità angolare del collettore e con correnti elevate, lo scintillio può aumentare fino al punto di generare un Flash tra le lamelle dell'indotto.[...]

Quindi era questo quel fenomeno che ho trovato inquietare i primi progettisti di locomotive a c.c. a tensioni elevate. Questa parola "flash" riferita a un motore in continua l'ho trovata solo sui libri relativi a locomotive elettriche, ma nei libri di macchine elettriche (ne ho tre, uno del 1947) non ho mai trovato neppure accenni a tale tipo di accidente. Quindi è una sorta di arco che viene "trascinato" lungo il collettore?

Inoltre,bisogna anche tenere presente l'aumento eccessivo della temperatura tra collettore e spazzole, cosa che, nelle E 444, ha creato parecchi inconvenienti ai motori. Elevatissime temperature che causavano ovalizzazioni al collettore. Specie dopo una bella tirata di collo a 200 in DD e con arresto a termine corsa distaccando immediatamente la ventilazione (troppo rumore...). I treni veloci hanno decretato la fine del motore in c.c. facendone evidenziare i limiti. Non so se sono stato chiaro. Nel caso, fatemelo notare, grazie.
Ciao a tutti!

Quindi la storia della "catramizzazione delle spazzole" potrebbe essere stata causata "solo" dal surriscaldamento?
L'ovalizzazione dei collettori mi mancava ma con i surriscaldamenti succede di tutto in qualunque apparecchiatura.

Sulla velocità dei motori, prima che li impregnassero con resine, succedeva ancora di recente il fenomeno dello "sfasciamento dell'indotto", ossia il sollevamento dei conduttori fuori dal rotore dovuto alla forza centrifuga? Immagino che il termine un po' drastico indicasse che, alzandosi, i conduttori si impigliassero nelle "suole polari" dello statore con le ovvie e catastrofiche conseguenze.

[sincrono]

Si, Freelancer, un vero e proprio cerchio di fuoco, molto impressionante a vedersi (l'ho visto più volte sulle macchine ausiliarie dei motoventilatori/dinamo) . La cosa può verificarsi per diversi motivi: Superamento della tensione tra lamelle del collettore; per mancanza di manutenzione a causa di collettori molto sporchi del carbone delle spazzole che viene ad annullare l'isolamento delle lamelle; collettori molto usurati e incavati a cui vengono sostituite le spazzole senza preventivamente "pomiciare" i collettori. Questo può facilmente far comprendere perchè si cerchi di fare fuori le macchine con motori in c.c.. Troppa manutenzione (15/20.000km). Quello che viene chiamato flash, viene anche chiamato colpo di fuoco, fenomeno che si cerca assolutamente di evitare perchè rovina parecchio i collettori. Le operazioni di verifica e sostituzione delle spazzole, richiedeva anche una attenta visione del collettore per rilevare eventuali tracce di sfiammatine tre due o più lamelle e,nel caso, si procede con la pomiciatura dello stesso, operazione che si può effettuare in opera, sollevando l'asse interessato e alimentando il motore con un alimentatore specifico a bassa tensione. Si procede facendo girare il motore a bassa velocità e con un pezzo di pomice, si leviga la superficie delle lamelle. Una volta terminato, occorre "smicare" leggermente, ovvero, pulire lo spazio tra le lamelle. La locomotiva veniva rimessa in servizio con limitazione di velocità a 100kmh per 300km per adattamento spazzole, una sorta di rodaggio. Nel caso il collettore apparisse anche con segni profondi, il motore viene sostituito e inviato nel reparto dell'officina opportunamente attrezzato, smontato e tornito. In questo caso, dopo l'operazione, una profonda smicatura con l'apposito attrezzo.
Purtroppo, l'ovalizzazione dei collettori, si verifica eccome, specie con la 444 (ma solo se adoperate alla velocità max) dove è facile immaginare a che temperature possano arrivare i poveri motori, in particolare in arrivo e con lo spegnimento dei ventilatori e conseguente ulteriore innalzamento della temperatura. Naturalmente non è che il collettore diventasse ovale, ma si perdeva la perfetta rotondità, cosa che poteva fare saltellare le spazzole ad elevata velocità con conseguenti inneschi di arco. Nel caso, la locomotiva veniva limitata alla sola serie e shunt e fatta girare così fino una revisione importante.
Per quanto riguarda la "centrifugazione" dei motori, si, da quanto ne so, ho saputo che capitavano. Locomotori come il 646, con 12 motori e senza antislittante (installato solo con la modifica del telecomando), bisognava prestare parecchia attenzione, specie con le orecchie in quanto noi avevamo sott'occhio solo l'amperometro di un ramo. In queste condizioni avevamo il controllo solo nella "serie", dopo, solo con la sensibilità. C'è da dire che lo "sbandellamento" del motore era un evento rarissimo ma che poteva verificarsi nei vecchi motori, anche per un non perfetto legaggio degli avvolgimenti. Le forze elettrodinamiche che si creavano tra gli avvolgimenti, facevano il resto.

[fas]

Come richiesto, il resto della discussione è stato spostato qui: http://www.bardellarotaia.it/viewtopic.php?f=8&t=753

[Giovanni Pighini]

Perfetto!

[freelancer]

Certe volte succedeva di bruciare il reostato, evidentemente perchè restava inserito troppo tempo.
Al di là di negligenze, in quali casi era più frequente accadesse?
Le 444 sembra fossero quelle più a rischio, ma erano davvero loro le più delicate?