Ciao!
Dato che di questo splendido forum fanno parte anche preparatissimi appassionati d'oltralpe posso approfittare per chiedere come si faceva a regolare la velocita' sulle locomotive 15 kV 16 2/3 Hz tradizionali (prima dell'elettronica di potenza inverter)?
Ho sentito parlare di motori "universali", monofase, in grado di funzionare sia in CC che in CA.
Come funzionano questi motori e come si regola la velocita?
Cosa si varia? Tensione? Frequenza? Numero di poli?

Grazie tante per l'attenzione. Se questo argomento e' gia' stato affrontato potete indicarmi il post?

A risentirci!

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Riassuntivamente.
Il motore cosidetto universale, è del tutto simile a quello in corrente continua: ha un collettore a lamelle e le spazzole, pertanto dispone di avvolgimenti sia sul rotore sia sullo statore.
In elettromecanica, come sono le locomotive non elettroniche, essendo alimentate a frequenza fissa, o in corrente continua, la velocità dei motori si varia modificandone la tensione d'alimentazione.
La configurazione tipica prevede quanto sotto.
Sulle locomotive alimentate in corrente alternata monofase ad alta tensione*, non importa la frequenza, c'è un trasformatore (o un autotrasformatore) a bordo.
Il trasformatore (o l'auto) serve ad abbassare la tensione di alimentazione dei motori ad un valore sopportabile dai collettori dei motori.
Il trasformatore può essere costruito in due modi:
1- con diverse uscite, ognuna delle quali ha un valore di tensione diverso, quindi attraverso tanti contattori, quante sono le uscite del trasformatore, si invia tensione diversa ai motori, pertanto si ha una regolazione a gradini
2- uno dei due avvolgimenti (normalmente il primario) del trasformatore è costruito in modo tale da avere parte delle spire non isolate, sulle spire scorre una spazzola (come nei collettori dei motori) pertanto si ottiene una lungezza diversa dell'avvolgimento, questa lunghezza diversa fa si che il rapporto di trasformazione (tensione primaria/tensione secondaria) vari in continuo, quindi in uscita dal trasformatore si ha una tensione variabile con continuità.
Nel caso 1 il banco di comando davanti al macchinista prevede un combinatore, come nelle macchine alimentatae in corrente continua.
Nel caso 2 il banco di comando prevede un meccanismo che sposta la spazzola, questo meccanismo può essere a rinvii meccanici o pilotato da servomotori.
In aggiunta a ciò, a seconda della locomotiva ci può essere anche la possibilità di combinare in modo diverso i motori: serie, serie parallelo, parallelo, come sulle macchine con i motori in corrente continua.

* Giusto per, se alimentate in trifase il discorso cambia.

Ma il combinatore, laddove il trasformatore eroga la tensione in un determinato intervallo compatibile necessariamente con le caratteristiche dei motori di trazione, non è un inutile complicazione?

Il combinatore serve a comandare i contattori che collegano le varie uscite del trasformatore ai motori. I contattori se a comando elettrico sono pilotati in bassa tensione; se a comando pneumatico, sono le elettrovalvole comandate a bassa tensione. Se il combinatore dovesse lavorare direttamente sulla corrente che alimenta i motori dovrebbe essere grande come 1/4 di locomotiva, e magari essere pure a bagno d'olio.
Si tratta di interrompere o chiudere circuti dove circolano correnti di oltre 400 A, e tensioni fino a 1500 V o più.

Che tra l'altro, ma vado a memoria, devo avere visto anche trasformatori dove i combinatori alimentano diverse prese al primario del trasformatore, il secondario ha un avvolgimento con una sola uscita. Si fa questo, al fine di utilizzare contattori costruttivamente più piccoli, dovendo intervenire su correnti di 15-20 volte inferiori.
Però, dimenticavo, regolando la velocità intervenendo sull'avvolgimento primario, i trasformatori a bordo sono due: uno per la trazione, l'altro per i servizi ausiliari ed il REC.

Giusto per completare l'informazione, sui tram, e a volte anche su elettromotrici di modesta potenza, il combinatore agisce direttamente sui circuiti dei motori, ma le correnti e le tensioni in gioco sono ben inferiori. In questo caso il combinatore non è in cabina di pilotaggio, ma in apposito vano chiuso tipicamente sotto il pavimento del veicolo, il comando avviene con rinvii meccanici.

Al momento sorvolo sui veicoli a comando multiplo, il discorso diventa troppo articolato.

Mi riferivo alla configurazione dei collegamenti dei motori di trazione (S, Sp, P) nelle macchine in c.a. monofase.
Sapevo che, avendo il trasformatore la possibilità di erogare tensioni graduali, non era necessario operare alcuna combinazione dei motori.
Da qui il vantaggio, in termini costruttivi e, soprattutto, di rendimento, di tale sistema.

Non è detto a priori che essendoci il trasformatore non è necesario combinare in serie o/e parallelo i motori, dipende: dalle correnti in gioco, dalle copie di spunto richieste, dagli spazi disponibili, dai costi.
Anche nei trasformatori la legge di Ohm dice la sua, pertanto abbassandosi la tensione aumenta la corrente, di conseguenza cresce la sezione del rame, che costa e incrementa dimensioni e pesi dei trasformatori. Poi ci mette la sua parte anche il motore, i vincoli dimensionali e di peso sono ancora maggiori.
Da non dimenticare che le dimensioni della parte magnetica delle macchine elettriche in corrente alternata è inversamente proporzionale alla frequenza di alimentazione, minore è la frequenza, maggiori sono le dimensioni.

Si tenga presente che la scelta della frequenza di 16 2/3 Hz, è in funzione delle conoscenze techiche, e delle possibilità tecnologiche, di oltre un secolo fa. Di fatto chi è passato alla trazione ferroviaria in CA alla LE, dopo gli anni '920 ha preferito la frequenza di 42 Hz, poi 50.

Aggiungo anche una mia osservazione.
Le combinazioni S, SP, P per i motori collegati al secondario di un trasformatore riducono il numero di prese intermedie necessarie nel trasformatore stesso.
Supponiamo di avere due motori in parallelo e di volerli alimentare da 0 a 1500 V a passi di 100 V : occorrono 15 prese intermedie.
Se, invece, li collego inizialmente in serie e li alimento da 0 a 1500 V a passi di 200 V, mi occorrono solo prese intermedie.
Poi, presa velocità, li collego in parallelo e li alimento sempre da 0 a 1500 V, con gli stessi passi di 200 V di prima.
In questo modo ho un trasformatore con 8 prese intermedie anzichè 15.

Non è una differenza da poco. Ogni presa intermedia porta via spazio nel trasformaore, necessita di una morsettiera di collegamento, richiede una lavorazione particolare al cavo o sbarra che esce e poi rientra.
Quindi il poter variare il collegamento dei motori mi può portare ad avere meno prese intermedie e, quindi, un minor costo e peso del trasformatore, nonchè una maggior potenza specifica dello stesso.
La potenza specifica è il rapporto fra la potenza totale ed il peso.Quindi W/Kg. Dice subito quanti Kg di trasformatore occorre portarsi dietro per una data potenza.


Stefano Minghetti

Perfetto.
Sulle macchine monofase con azionamento "elettromeccanico" il macchinista ha il controller con le indicazioni S SP P oppure una scala da 0 a N posizione?
A me risulta quest'ultima, che implica l'esistenza di un trasformatore, e dispositivi accessori, con uscite da 1 ad N senza ulteriori "complicazioni": d'altronde, il sistema monofase a frequenza ferroviaria fu scelto proprio per questi motivi.

A logica dovrebbe averle entrambe. Potrebbero anche essere poste in un unico tamburo del combinatore, e consentire in sequenza S da 0 a N, poi SP da 0 a N, poi P da 0 a N.
Ma non le ho mai viste in dettaglio.
Nella OeBB 1044, con regolazione a SCR, si usano più secondari che sono utilizzati pilotando adeguatamente degli SCR.
Quindi anche una locomotiva a regolazione elettronica ha convenienza ad avere prese multiple al secondario.
Un esempio è nella discussione :
http://forum.duegieditrice.it/viewtopic ... f0#p609457
nel mio intervento del 29/06 ho esposto come, variando i secondari, si utilizzino gamme di tensione diverse ai motori.


Stefano Minghetti

No Stefano, più secondari dei trasformatori, nel caso di alimentazione di azionamenti elettronici servono ad altri scopi: tipicamente per avere circuiti galvanicamente isolati.
Nel caso delle locomotive, possono servire anche ad altri scopi: tenere separata l'alimentazione di singoli motori o di gruppi, creare un alimentazione bifase, avere tensioni diver
se per l'elettronica, ecc.

Per quanto riguarda i controller, o conbinatori di comando, la pratica staniera è diversa da quella italiana:
- sui volantini o leve di comando italiane si mettono indicazioni di fatto capibili solo da elettrotecnici (serie , serie parallelo, parallelo, ecc.)
- sui volantini o leve di comando straniere di solito ci sono numeri da 0 (= fermo) a N (= max velocità/presatazioni).

Di fatto al macchinista non serve sapere come sono collegati tra loro le varie apparecchiature di comando ed motori, è sufficente che sappia che per avere determinate prestazioni deve andare in posizone x o y. A tutto il resto pensa il regolatore automatico di corrente o potenza, sulle loco italiana si chiama "avviatore automatico" installato per la prima volta sulle elettromotrici negli anni '30, quindi replicato sulle altre e sui 424, stranamente non fu messo sulle 636, 646, 645. Solo sulle 646 fu messo dopo, ma funziona solo quando comandate da vettura pilota, divenne poi di serie sulle 444 e 656.
In ambito FS l'avviatore è di tipo pneumatico comandato da un relè di corrente, cosa che porta una certa complicazione costruttiva ai circuiti di comando. All'estero non so cosa sia usato per ogni locomotiva, quasi sicuramente sulle loco con parte elettrica Brown Boveri c'è un regolatore automatico, di cui non ricordo il nome, e nenache dove ho archiviato la documentazione, a vederlo sembra un contatore di quelli che tutti avevamo in casa nei tempi passati: dentro è un gioiello di micro elettromeccanica. Tale apparecchio, tipicamente, lavora sfruttando il principio delle correnti di Focault.

Oggi per comandare le loco sono sufficenti due comandi e due regolazioni:
- pulslanti di marcia e arresto o leva di trazione
- impostazione della velocità massima
- impostazione del max sforzo al gancio
all'atto pratico al macchinista non serve sapere i valori di tensione e corrente che arrivano ai motori. In caso di problemi è la diagnostica di bordo che informa a chiare lettere del problema.

Infatti con le tecnologie dell'epoca, ovvero utilizzando gli SCR, quelle configurazioni circuitali erano di fatto d'obbligo, se non fosse che il guadagno in prestazioni non sia neanche paragonabile alle tradizionali configurazioni elettromeccaniche, le complicazioni ai cablaggi non giustificavano la costruzione.
Oggi che si usano GTO o IGBT, affiancati dal comando digitale, i circuiti sono ben più semplici.

Facendo due passi, uno indietro e uno di lato, e tornando alla trazione trifase italiane, il metodo di guida di quelle locomotive era molto più simile a quelle elettroniche di oggi, piuttosto che a quelle elettromeccaniche in cc. A parte la combinazione dei motori, il macchinista bastava guardare un watmetro a zero centrale:
- lancetta a destra = assorbi energia dalla rete
- lancetta a sinistra = cedi energia alla rete
Quindi regolare il reostato o il freno, per evitare di andare troppo veloci.
A resto pensavano i motori ad autoregolarsi.

Qui ad esempio ci sono gli schemi e le carattristiche delle A6/6 SBB
http://www.sguggiari.ch/3_ae6_6.php
Da notare le curve di copia, che sono una per ogni tensione di alimentazione dei motori.
Di contro si guardi la Ae4/4
http://www.sguggiari.ch/3_ae4_4.php

Il sito è interessante anche per le altre cose contenute.

Ma nel mio intervento che citavo :
"Un esempio è nella discussione :
http://forum.duegieditrice.it/viewtopic ... f0#p609457
nel mio intervento del 29/06 ho esposto come, variando i secondari, si utilizzino gamme di tensione diverse ai motori."
mi riferivo allo schema della 1044 OeBB, e mostravo una mia analisi del circuito con evidenziato l' uso dei secondari per generare più tensioni al parzializzatore.
Poi, può anche essere che non sia come avevo ipotizzato, ma la presenza di secondari a varie tensioni e di ponti SCR collegati in modo strano, in quello schema io me lo spiego così.

Resta valida la tua affermazione, se applicata in modo generico, che più secondari possono servire per diversi circuiti o per ottenere isolamenti galvanici.


Queste sono interessanti.
Guardando lo schema della 4/4, che è quello che si può ingrandire, si vede che c' è un autotrasformatore alimentato a 15 kV. Esso è dotato di ben 28 prese intermedie che sembrano spaziate equamente, ed alimenta un altro trasformatore che riduce da 15 kV a 450 V per 4 motori permanentemente in serie.
Quindi la guida è abbastanza semplice. E' come avere un RT3 Rivarossi, o un altro a cursore mobile.
Ti ringrazio per questa interessante segnalazione.

Noto anche che esse hanno i motori alimentati permanentemente in parallelo con :
- Ae 6/6 : 6 motori alimentati al massimo a 350 V ciascuno
- Ae 4/4 : 4 motori alimentati al massimo a 450 V ciascuno

Interessante anche il meccanismo per commutare le prese intermedie, senza provocare aperture dei circuiti o buchi di trazione.

Però, forse, stiamo andando un po' OT, perchè la domanda iniziale era sulle combinazioni S, SP, P, mentre sia la 1044 sia le Ae4/4 e Ae 6/6 hanno i motori permanentemente collegati in parallelo.


Stefano Minghetti

Beh, Stefano, OT neanche tanto.
La regolazione in elettromaccanica delle locomotive in CC, non può prescindere dalla escluzione del reostato o/e dalla combinazione dei motori, quindi è una tecnologia così e basta.
In corrente alternata è diverso, oltre alla combinazione dei motori si possono usare i trasformatori, pertanto le possibilità si moltiplicano. Già possiamo dividere in due ragionando banalmente su tensione e corrente:
- tensione alta e motori in serie per avere basse correnti
- tensione bassa e motori in parallelo, ma con correnti elevate.
Però, a questo punto entrano in gioco le caratteristiche proprie di trasformatori e motori, che fanno preferire la seconda ipotesi, quando le potenze iniziano ad essere importanti.