Trazione monofase: regolazione

[ssb]

[ssb]

Tra l'altro grazie freelancer della spiegazione. Devo ragionarci un po' su, sono lento di comprendonio ma poi ci arrivo... Scorporiamo pure che è più chiaro il topic!

[andm]

@sincrono:
Se il funzionamento del motore cc me l'avessi spiegato tu, a suo tempo, avrei risparmiato parecchi pomeriggi di disperazione...

Non sono un esperto di elettrotecnica, riaprendo il Perticaroli.....

Quante serate su quel libro!

[freelancer]

Giusto per dare una minima idea di quali e quanti problemi siano stati affrontati adottando la frequenza industriale, questo è lo schema (semplificato) del circuito della CC14100.
Ho ridisegnato i componenti con simboli attuali (circa! ) per capirlo meglio e ho aggiunto alcune parti mancanti agendo da un disegno scaricato da un sito francese oggi non più raggiungibile.

Schema semplificato del circuito di trazione della CC14100 SNCF

Se servissero (e posso dare) chiarimenti...

[Giovanni Pighini]

Comunque per Ward-Leonard si intende una regolazione di motori a corrente continua realizzata tramite un motore elettrico (sia esso a corrente alternata che continuo come nel caso delle E321) ed una dinamo con eccitazione separata.
In Ungheria a fine anni '50 furono costruite locomotive WL, le V41 e le V42 con motore primario sincrono (nelle V41 una coppia di motori, nella V42 solo uno).
Particolarità di queste loco era l'effetto volano: ovvero visto il grande momento di inerzia del gruppo generatore, erano in grado di manovrare anche su brevi tratti non elettrificati delle stazioni!
https://www.youtube.com/watch?v=s9J43VVB9mE
La V42 527 dopo un restauro funzionale, nella flotta MÁV-Nosztalgia è ancora ampiamente usata sia per il traino di treni storici sia per il "lavoro sporco", ovvero vari treni cantiere dove le ferrovie mettono frequentemente a disposizione i vecchi ma validi mezzi.

[freelancer]

Allora era da considerare Ward Leonard il sistema di azionamento del convertitore di frequenza della CC14000, dette "monotrifasi"?

Schema semplificato del circuito di trazione delle CC14000 SNCF

Solo capire come funzionasse era un'impresa: all'avviamento del convertitore, bisognava che il convertitore di fase (sincrono) ruotasse a 1000 rpm e trascinasse le dinamo con sè alla velocità di regime. Con il regolatore a zero (non disegnato), la dinamo trascinata dal convertitore di fase generava una corrente che faceva girare a 750 rpm anche il convertitore di frequenza. Solo allora immagino si potessero connettere i sei motori a gabbia al circuito.
Al momento di mettere in moto la macchina, prima si rallentava il convertitore di frequenza, salendo di frequenza fino a fermarlo per avere i 50 Hz. Per aumentare ancora (max 125 Hz), il convertitore di frequenza cominciava a girare al contrario fino a 1250 rpm, che corrispondevano ai 125 Hz massimi. Essendo il convertitore asincrono e pure trascinato da una macchina in continua, i motori si comportavano come se fossero stati in continua. Il perchè esatto non lo so (ma succedeva anche con altri convertitori asincroni), ma se il motore incontrava resistenza, tutto il convertitore rallentava (o accelerava, se girava al contrario).
'mazza com'era complicato.

Poco prima della II guerra mondiale, fu costruita in Ungheria una macchina con un convertitore un po' diverso: le frequenze erano fisse, obbligando ai motori con rotore avvolto e l'amato (dagli ungheresi) reostato liquido, ma la guerra le ha distrutte. Avevano cinque motori, quindi una strana disposizione Co'Bo'. Non ho mai trovato quali fossero, anche se una descrizione in tedesco le dava di aspetto simile alle E18 DRG / 118 DB / 218 DR.

[Giovanni Pighini]

No!!!!!! Ward-Leonard era un sistema di regolazione per motori a corrente continua. La CC14000 ha una porzione di Ward-Leonard ma poi la trazione è con motori asincroni trifase.

Fanno parte della scuola di Kando, che tornato in Ungheria lavorò all'introduzione dei sistemi di alimentazione monofasi con frequenza industriale con locomotive a motori trifase con convertitori rotanti. Dopo l'esperimento di successo sulla Budapest-Dunakeszi (1923), realizzò (senza poterla vedere, morì pochi mesi prima) l'elettrificazione della linea Budapest-Hegyeshalom (confine tra Austria e Ungheria) con le su V40 alimentate a 16 kV - 50 Hz (Kando già a quei tempi aveva teorizzato i 25 kV come tensione "giusta", ma per velocizzare la costruzione si optò sui 16 kV per più facile reperimento della componentistica).
Le V40 comunque non lavoravano a frequenza variabile ma regolavano le velocità con la commutazione dei poli (come sulle trifasi italiane) ,quindi avevano solo 4 "velocità"
La V44 costruita durante la guerra è quella citata da freelancer, ma andò distrutta. Dopo la guerra furono realizzate le V55 con il curioso rodiggio Co'Bo', ma lo scarso risultato ottenuto sancì la fine delle macchine con convertitori rotanti e la spinta a rivolgersi all'industria oltrecortina per realizzare le V43 con raddrizzatori a diodi e motori a CC (ed intanto furono realizzate le precedentemente citate loco Ward-Leonard)

[freelancer]

Appena lo trovo (e riesco a elaborarlo) posto lo schema che ho. La V44 è una 2'Do2' ma ha davvero una somiglianza sorprendente con le 1'Do1' tedesche, meno per un particolare: lo sfiato dei due reostati (stile E.432) sul tetto. Ma aveva anche quella il convertitore di frequenza di cui avevo trovato lo schema? O sto confondendo (o lo ha fatto l'autore, non firmatosi) una locomotiva con l'altra?
A me pareva di aver trovato il convertitore di frequenza (e fase) connesso a cinque motori.
Ad ogni modo, non mi sorprenderebbe che il convertitore di fase funzionasse direttamente a tensione di linea.

[Giovanni Pighini]

Si, nelle macchine di Kando il convertitore di fase era anche trasformatore (regolabile, sulla V40 la tensione di uscita variava da 550 a 900 V).
La "Ganz-Kandó-Ratkovszky" (dal nome del costruttore, di Kando e del suo "erede Ratkovszky che portò avanti gli studi su tale tipo di locomotive) V44 invece, fu la prima con il convertitore di frequenza, posto ovviamente a valle del convertitore di fase. In realtà variava la frequenza a "gradini", la sua utilità pertanto era nell'avere i motori di trazione a gabbia di scoiattolo semplici e piccoli (per poterne montare uno per asse ed evitare biellismi).
Negli anni '50 soltanto riprese la costruzione di tali locomotive in Ungheria con la V55.

[freelancer]

Ecco svelato il motivo per cui sul testo (in tedesco) si mostra una locomotiva a 4 assi e si descrive lo schema di una a cinque... sto modernizzando il disegno e traducendo come funzionasse il gruppo convertitore, non era molto semplice: addirittura se alimentato in un verso (da statore a rotore, se ho tradotto giusto, domani rivedo) riduceva la frequenza, solo 25 Hz, se alimentato all'inverso la aumentava a seconda dei poli presenti (75, 100 e 125 Hz).
I 50 Hz erano presi direttamente dal convertitore di fase che faceva anche da trasformatore.
Non so quello, ma altri convertitori di Kandò erano raffreddati ad acqua. Ho sempre saputo che acqua e corrente non vanno troppo d'accordo. Solo certi grandiosi turboalternatori sono raffreddati ad acqua sullo statore (idrogeno nel rotore), ma quelli sono macchine fisse...
I francesi (agevolati dal basarsi su una macchina a 6 assi) usarono invece un trasformatore separato e ricorsero al quel complicato espediente dell'accoppiamento elettrico dei convertitori per avere una regolazione continua da 0 a 125 Hz.
Ho delle difficoltà perchè l'articolo sul convertitore ungherese mi è stato fotocopiato e pure male...

[sincrono]

Molto interessante questa discussione. Bisogna riconoscere che Von Kando era un geniaccio. Non stupirti per l' acqua e la corrente...sui Taf e le 464, i convertitori di trazione, sono raffreddati proprio ad acqua deionizzata che è un ottimo isolante. Probabilmente, anche quei convertitori usavano acqua distillata.

[Giovanni Pighini]

Oramai tutti i convertitori sono raffreddati ad acqua. In effetti a Mestre le E402A ci fanno morire dal rumore con i loro raffreddamento ad aria!

[freelancer]

Ecco lo schema rielaborato (solo riprodurre la commutazione statore/rotore del convertitore di fase è stata una pena, nello schema sulle fotocopie mancava).

Schema semplifcato monotrifase ungherese

Da quanto ho tradotto, funzionava così: il convertitore di fase era sincrono, la dinamo eccitatrice alimentava il rotore del convertitore (molto simile quindi a quello francese, quindi) ma lo statore aveva due avvolgimenti distinti per fare a meno del trasformatore: un avvolgimento era monofase e bobinato per la tensione di linea, il secondo era trifase e avvolto per una tensione molto inferiore (probabilmente fra i 600 e i 1000 V). La corrente che ne veniva fuori era trifase a 50 Hz. Per usare questa, la si forniva direttamente ai motori.
Per ottenere le altre frequenze si usava il convertitore di frequenza, che girava a velocità fissa perchè trascinato da quello di frequenza, tetrapolare che quindi girava a 1500 rpm.
Semplifico deliberatamente: il convertitore di frequenza aveva 2 avvogimenti, uno a 6 poli e uno (tipo Dahlander) a 2 o 4. Con una alimentazione dallo statore si otteneva una riduzione a 25 Hz, alimentandolo dal rotore si potevano ottenere le tensioni di 75, 100 e 125 Hz a seconda del numero di poli scelto. No, non ho lo schema circuitale della macchina,
L'avviamento e le transizioni avvenivano col reostato a liquido.
A differenza del sistema francese, in cui le due macchine convertitrici non erano collegate meccanicamente, qui le frequenze erano fisse e solo quelle per l'unione meccanica dei due dispositivi.
Se qualcuno vuole aggiungere qualcosa è benvenuto: sembrano apparecchi usciti dal laboratorio di uno "scienziato pazzo"!

[Giancarlo Giacobbo]

Non è uscito dalla mente di un pazzo, è solo lo sfruttamento di ciò che l'elettrotecnica metteva a disposizione dei tecnici di allora.
Una genialità.

[freelancer]

Non ho detto che sono stati ideati da un pazzo (semmai da tre, sono schemi usciti da tre ditte diverse), ma che sembrano usciti dal laboratorio di uno di quegli scienziati pazzi tipo Frankenstein.
D'altra parte gli ideatori di questi sistemi si sono davvero comportati come dei Frankenstein: la convertitrice di fase esisteva già, ma l'hanno unita ad un'altra macchina (il convertitore di frequenza) che esisteva anche quella, creando un dispositivo tutto nuovo (e sorbendosi tempi di messa a punto di solito non rivelati )
Stesso per chi ha spostato il Ward Leonard (ci sarebbe da discutere se il trattino ci vada o no, nel nome di Harry Ward Leonard non c'è) a bordo di una locomotiva con gli adattamenti del caso.
Kandò sembra avesse inventato perfino il primo chopper (elettromeccanico, ho visto solo una foto e un disegno d'insieme di cui non si capiva niente), quantunque non di potenza, e controlli automatici che hanno potuto trovar realizzazione utile solo quando si sono resi disponibili i componenti elettronici. Se non erro, l'opera di Kandò non è ancora stata riordinata e resa pubblica oggi, 84 anni dopo la sua morte. Escludendo motivi strategici, doveva aver prodotto migliaia di appunti, articoli e simili. Quello che teneva tutto a mente era il suo collega Blathy, di cui non abbiamo che i brevetti e ...un libro sugli scacchi.