Il trifase

[freelancer]

Oggi tutto ciò fa "sorridere" se si pensa a che cosa si può fare.
Ho visitato a marzo la Siemens a Norimberga, dove si realizzano motori ed azionamenti ferroviari.
E' impressionante vedere quanto è piccolo il motore da 1.6 MW delle ES64 (Taurus E190, E189) che è grossomodo la metà, come dimensioni, rispetto a quello da 350 kW adottato a suo tempo sulle E.636.

Non ricordo dove, credo su un libro svizzero di un amico, avevo letto che già nel 1988 si erano costruiti motori, se ho capito bene il tedesco, senza carcassa!
Aggiungiamo pure che i motori delle trifasi FS erano enormi, quelli delle E.432 avevano sui 2m di diametro, quelli delle più vecchie E.431 1,20 m.
Hai dimenticato una cosa importante: le FS hanno voluto sempre evitare di usare due avvolgimenti per due velocità, con i risultati che sappiamo: motori complicatissimi. La E.330 e la E.431 avevano un numero impressionante di capi liberi per formare, con lo stesso rame, un avvolgimento a triangolo trifase e uno a croce (bifase o tetrafase che dir si voglia). Il rotore era formato da quattro distinti avvolgimenti trifasi a stella in parallelo ma sfalsati di 1/4 di giro elettrico (so che esiste un modo per calcolare quanto sia lo sfasamento meccanico, ma non so come si fa): con alimentazione trifase, 8 poli, si collegavano al reostato le quattro stelle, con alimentazione bifase a 6 poli si collegavano al reostato i quattro centri stella.
Non ho lo schema dei circuiti di trazione delle altre macchine "commutabili", quello della E.432 doveva fare concorrenza ai pittori futuristi del tempo!
Certo che la più tremenda doveva essere la E.331: commutazione contemporanea fra 8 e 6 poli anche sul rotore con commutatori (come fatti?) rotanti con esso. Un prodigio meccanico, oltre che elettrotecnico.
Ho solo lo schema delle E.550-551-554 (a parziale OT: come mai non esiste una E.553?), a 8 poli costanti. Di una semplicità disarmante, al confronto. Sulla carta, beninteso.

Proverò a farmi la sospensione del filo con lamierino e fil di ferro, per capire come funzionasse. Se ho capito bene, uno dei braccetti si poteva alzare e gli altri due facevano da perno. Un disegno grande aiuta parecchio.

Gli scambi "tripli" non erano previsti sulla rete elettrificata in trifase?

So che un gruppo ligure si è fatto un plastico trifase con tutti gli scambi aerei (normali e inglesi) conformi. Non ho mai osato contattarli per chiedere quanto ci abbiano messo.

[Giancarlo Giacobbo]

Gli scambi "tripli" non erano previsti sulla rete elettrificata in trifase? .

Gli scambi tripli non sono e non erano proprio previsti sulle linee FS. Si trovavano solo su alcuni binari di scalo.

[ALn668.1207]

Non conosco praticamente nulla degli schemi dei circuiti delle macchine FS, quello che so lo ho letto qua e là.
D'altronde all'epoca si sperimentava e se funzionava più o meno bene lo si metteva in servizio, salvo poi accorgersi che una soluzione più semplice sarebbe stata altrettanto se non più efficace.
Peccato che si sia perso quasi tutto, specialmente le macchine dei primordi e quelle "particolari" come le E.331 ed E.332.

Pure in Germania costruivano degli autentici mostri, come questo (Museo dei trasporti di Dresda):



Questa macchina, classificata E50 nelle DR, aveva un rodiggio 2-D-1. In origine era classificata Ep242, costruita nel 1923.
La didascalia del museo riporta che con 2400 kW di potenza, 3600 mm di diametro e 18,7 t di massa è il più grosso motore di trazione al mondo.

Ho visto effettivamente i motori privi di cassa, ovvero non si fa più come un tempo in cui il pacco statorico era inserito nella cassa del motore, per risparmiare spazio pacco statorico e cassa sono tutt'uno, costruito per saldatura chiudendo l'insieme delle due semicasse sullo statore.
Questo permette di risparmiare preziosissimi centimetri sul diametro del motore, c'è più spazio per avvolgimenti e canali di raffreddamento, l'insieme è più leggero e, si spera, ugualmente resistente.

Per dare l'idea, il carrello di una ES64U4 (Taurus E.190) ha una massa di circa 18 tonnellate, con due motori per 3200 kW di potenza.
La massa dell'insieme motore-riduttore-freno è di 4825 kg, il motore ha una potenza massima di 1633 kW, 4 poli, può raggiungere i 4000 giri/minuto, coppia massima 13230 Nm, rapporto di trasmissione 3.37:1 ed è del tipo senza cassa.
Ho avuto la possibilità di vedere tutto, praticamente la Taurus la ho vista smontata in tutti i suoi pezzi costituenti, è stato decisamente un bel vedere.

[freelancer]

Quello lo conosco, la locomotiva aveva un sopralzo sul tetto per farcelo stare sotto, e di grazia che c'erano riusciti: c'erano alcune locomotive "epoca I" che avevano il o i motori in vista
46 poli, monofase, eccitato in serie...

Sì, c'era una tendenza a quei tempi a limitare il numero dei motori. Vedi la E.430, unica trifase FS ad averne quattro (tralasciamo quel disgraziato esperimento dei motori doppi coassiali di non so quale delle 1'C1' subito successive): dopo ne hanno messi sempre solo due.
Però mai hanno pensato di usarne uno: si poteva usare lo schema Dahlander sia nello statore che nel rotore, ho fatto per gioco un calcoletto, bastavano 7 anelli e si avevano due velocità una metà dell'altra quasi alla stessa potenza. No, le perdite non le ho calcolate!

Per tornare agl impianti di terra: come si compensava il fattore di potenza? So che era stato provato qualche artificio a bordo dei mezzi (vibratore Kapp), ma quando una macchina marciava a motori in cascata si scendeva a un cos-phi minore di 0,5 e questo pare fosse un gran problema. Erano riusciti a risolverlo in sottostazione?
Ancora peggio: come si compensava lo squilibrio delle fasi, dato che una era diversa dalle altre due? Venivano "ruotate" ogni tot chilometri? So che c'era un segnale che indicava l'inversione di fase sulla linea (era una X nera in campo bianco), quindi qualcosa del genere si faceva.

[ALn668.1207]

Un giorno provai a parlare di questo sistema con un collega, ingegnere elettrotecnico di lungo corso.
Manco ne conosceva l'esistenza, ne sapevo di più io che sono meccanico e di elettrotecnica ho giusto qualche infarinatura di base.
Se non saltano fuori schemi e circuiti di sottostazioni, temo che tanti particolari siano morti e sepoliti assieme a chi li inventò, costruì e mantenne in servizio.

[andm]

Bè, nonostante meccanico, sui motori trifase di elettrotecnica ne sai quasi più di qualche mio collega....

[Giancarlo Giacobbo]

Facendo un paragone fra i rotori dei motori in continua e quelli in alternata trifase, vi mostro quelli da me fotografati in occasione della visita che feci a Foligno in occasione dei lavori di restauro della 444.001.
Rotore del motore delle 444

Quest'altra foto è del rotore montato sulle 404 che all'epoca erano in ristrutturazione per poi diventare 414.

Tutto in alluminio.

e il suo relativo statore.

[freelancer]

Il motore della 414 è del tipo a due gabbie o a "cave profonde"? Fanno le stesse cose, ma con la fusione in alluminio il secondo è di più facile costruzione.
Dalla foto non riesco a capire se lo statore abbia avvolgimento "a teste in due ordini" o l'apparente preseza di una seconda serie di spire sia solo dovuta alla prospettiva.
In certi grossi motori (non per trazione, almeno credo), pare usino l'alluminio anche per l'avvolgimento di induttore e non solo per la gabbia. Non fatico a crederlo perchè già nel 1944/47 in Svizzera le Ae 4/4 BLS e le Ge 4/4 I RhB avevano il trasformatore con avvolgimenti in quel metallo.

[Giancarlo Giacobbo]

Non ho fatto caso se il rotore era a doppia gabbia o a gabbia singola. Dalla foto però sembra che sia a doppia, la sensazione la danno quei mozziconi di presa che sporgono in corrispondenza delle barre. La cosa non sarebbe strana, visto che per i motori di grande potenza la doppia gabbia è di uso comune. Gli avvolgimenti dello statore, invece, sono anche loro in alluminio.
Per quanto riguarda i trasformatori, anzi autotrasformatori, montati sui locomotori svizzeri, visto il peso notevole che questi hanno, non c'è da stupirsi che venisse usato già da allora l'alluminio, oltretutto in quegli anni c'era la guerra e il rame costava caro.

[ALn668.1207]

Non ho foto perché all'interno dello stabilimento Siemens non era consentito effettuare riprese, per ovvie ragioni.

I motori di trazione che realizzano hanno tutti gli avvolgimenti in rame.
I rotori impiegano delle barre di sezione rettangolare assai generosa, a stima i motori delle E.189 hanno barre da 10x40 mm, collegate in testa da anelli di corto circuito in rame massiccio saldobrasato con lega a base argento. Tra barre e pacco lamellare rotorico viene interposto del materiale isolante.
Gli avvolgimenti statorici sono in piattina di rame, isolata con Kapton, ricoperta con doppia nastratura applicata rigorosamente a mano.
Il montaggio degli avvolgimenti è il processo più delicato, compiuto da personale estremamente specializzato in reparti chiusi per evitare l'ingresso di particelle contaminanti.
Dopo i necessari controlli di conformità elettrica e meccanica lo statore viene impregnato sotto vuoto con vernice di classe H, cotta in forno ad elavata temperatura.

L'alluminio viene usato solamente nei rotori per i motori industriali dove le specifiche di prestazioni e rendimento sono molto meno severe.
In questi motori la gabbia di scoiattolo viene pressofusa, come nei motori "normali".

[ALn668.1207]

Facendo un paragone fra i rotori dei motori in continua e quelli in alternata trifase, vi mostro quelli da me fotografati in occasione della visita che feci a Foligno in occasione dei lavori di restauro della 444.001.

Quest'altra foto è del rotore montato sulle 404 che all'epoca erano in ristrutturazione per poi diventare 414.

Rotore 404.jpg

Tutto in alluminio.

e il suo relativo statore.

Statore 404.jpg

A ben guardare il rotore del motore delle E.404 ha le barre in rame e solo gli anelli di cortocircuito paiono di alluminio.
Sono ben più massicci rispetto a quelli in rame che usa la Siemens, d'altronde la conducibilità dell'alluminio e il contatto rame-alluminio avranno richiesto quelle dimensioni.

[Giovanni Pighini]

Sul fatto che in passato si privilegiassero le loco monomotori la risposta è già nella discussione: la complessità dei motori stessi! Realizzare motori con poli commutabili di piccole dimensioni era un'impresa ardua, più semplice era fare un motore grosso e sfruttare il know how della trasmissione a biella, diffusa ai tempi del vapore....

[freelancer]

Nessuno è riuscito a scovare niente di interessante sull'impiantistica del trifase?
Giusto per far capire che "nebbia" vi grava: non ho capito se negli ultimi tempi la corrente a 16,7 Hz era convertita o generata con gruppi appositi. Da una parta si parlava di una centrale ad Arquata Scrivia che la forniva direttamente, da altri si riporta che le sottostazioni non trasformavano corrente già a bassa frequenza ma erano dotate di convertitori per ricevere quella industriale.

[Giancarlo Giacobbo]

Essendo un sistema in via di dismissione, dubito che le FS abbiano speso soldi per installare gruppi di conversione lungo le linee. Gruppi che normalmente erano realizzati con macchine ruotanti. Gli elettrodotti c'erano già, le centrali di produzione pure. Non avrebbe avuto senso sostituirle.
Se però si pensa che una volta l'alimentazione delle linee che alimentavano le SSE di conversione per le cc partivano dalla centrale elettrica di proprietà delle FS che sfruttava a costo zero i soffioni di Larderello e che poi con l'avvento dell'ENEL fu nazionalizzata e chiusa. Tutto è possibile.

[freelancer]

Sapevo che una SSE con convertitori era presente a Bologna dal 1927 al 1934 (per la Porrettana), quindi ne erano state costruite, non penso ci fosse solo quella.
Appunto, si sa tanto poco che non si sa se le sottostazioni liguri-piemontesi avessero convertitori o ricevessero corrente già alla frequenza ferroviaria. Come non ho capito che sistema si usava sul Brennero, che era un sistema "separato": conversione locale o generazione ad hoc?
Lo schema generico del convertitore 50/16,7 è riportato per esempio su Macchine Elettriche di G. Biasutti (la descrizione della sottostazione bolognese e quella generica della macchina sul libro collimano).