tram e trasporto pubblico a Roma

Trazione elettrica su strada ordinaria

Il sistema Lombard-Gerin

Costituzione del sistema
Esercizio

Dal Messaggero del 30 ottobre 1900:

Ieri alle 3 pom. fuori porta S. Lorenzo e precisamente di fronte al Policlinico, la società di trazione per trolley-automotore dimostrò il funzionamento del suo sistema di trazione elettrica per strade senza binario...

Si tratta di un sistema di trazione elettrica su strada ordinaria inventato dal francese Lombard-Gerin; naturalmente l'esperimento, al quale assistono illustri personaggi, ha grande successo e per il sistema si prevede un radioso futuro... ma dovranno passare trent'anni prima che il filobus, suo diretto discendente, veda la luce.

Louis Lombard-Gerin (Lione, 1848-1918), ingegnere costruttore inizialmente specializzato in carpenteria e costruzioni in ferro fu successivamente un promotore della trasmissione di energia elettrica introducendo numerosi perfezionamenti nei generatori e trasformatori dell'epoca; il suo sistema di trazione elettrica stradale è del 1900 e fu premiato all'esposizione del 1900 ricevendo la Légion d'honneur.

Costituzione del sistema

Linea di contatto

E' un bifilare montato su isolatori di forma particolare, che consentono all'organo di presa, dotato di ruote a gola, di scorrere appoggiato sui due fili (ved. immagine superiore, particolari a sinistra). Il bifilare è alimentato a 500 V c.c..

Presa di corrente

E' costituita dal trolley automotore (nella definizione dell'inventore): un carrello T a due ruote p a gola, che scorrono sopra i fili f del bifilare. Il trolley è automotore, in quanto munito di un motore elettrico trifase m che ne aziona le ruote e può quindi muoversi sul bifilare nei due sensi; le due ruote servono anche da prese di corrente per il motore del trolley alimentato dal rotabile R tramite un dispositivo di sincronismo che ne assicura la marcia alla stessa velocità di quest'ultimo. La presa di corrente è collegata al rotabile mediante la fune di traino a e un cavo di alimentazione e comando b a sei fili, alquanto più lungo della fune traente, in modo che lo sforzo di trazione si eserciti solo su quest'ultima.

Rotabile

E' un usuale veicolo stradale a due assi dei quali il primo sterzante, mosso da un motore a corrente continua eccitato in serie, il rotore del quale, oltre al normale collettore C, dispone di tre anelli A collegati ad altrettanti punti dell'avvolgimento, posti a 120° elettrici tra loro; durante la rotazione, da tre spazzole in contatto con gli anelli è possibile prelevare una corrente trifase di frequenza proporzionale alla velocità di rotazione del motore. Collegando, mediante tre fili presenti nel cavo b di cui sopra, questa uscita trifase al motore di azionamento del trolley, questo ruoterà alla stessa velocità* del motore di trazione del rotabile; stabilendo opportunamente i rapporti di trasmissione verso le pulegge di guida, il trolley automotore potrà muoversi con la stessa velocità e nello stesso senso del rotabile.

* L'eguaglianza delle velocità del motore del trolley e di quello di trazione si ha solo se il numero dei poli è lo stesso nei due motori, ma in ogni caso la velocità del trolley è sempre proporzionale a quella del motore di trazione, condizione sufficiente visto che la velocità lineare del trolley è anche determinata dal rapporto di trasmissione tra motore e pulegge.

Il motore di trazione del rotabile funziona quindi, in parte, da commutatrice, macchina rotante che in passato si usava per convertire la corrente alternata in corrente continua. La corrente trifase generata ha la frequenza data dalla relazione f=p.n/60 Hz, se p è il numero delle coppie di poli dello statore ed n la velocità in g/m del rotore. Per p=2, caso più comune nei motori di trazione a c.c. ed n=1000 g/m, si ha f=2000/60=33,3 Hz; se anche il motore del trolley ha due coppie di poli, ruoterà anch'esso alla velocità n=60.f/p=60.33,3/2=1000 g/m, ma potremmo anche farlo ruotare per es. a velocità metà costruendolo a quattro coppie di poli. Quindi la condizione di eguaglianza delle velocità di rotabile e del trolley si può ottenere stabilendo opportunamente la costruzione del motore di quest'ultimo e il rapporto di trasmissione verso le ruote di guida; all'atto pratico è risultato conveniente dare al trolley una velocità leggermente superiore a quella del rotabile, in modo che possa precederlo mantenendo tesa la fune di trazione. Infine, se si deve prevedere per il rotabile la possibilità di procedere in retromarcia, basterà, mediante un commutatore, invertire due delle fasi che alimentano il trolley, col che il suo motore invertirà il senso di rotazione.

Trolley automotore

Nella parte sinistra del disegno troviamo in a lo schema cinematico del trolley automotore, con i seguenti elementi.

• m, motore asincrono trifase del tipo detto a gabbia di scoiattolo o con indotto in corto circuito per lo spostamento del trolley, alimentato dal rotabile attraverso i fili R, S, T del collegamento elettrico; contrariamente alla disposizione usuale che vede l'indotto ruotante entro l'induttore, qui l'indotto ruota sopra l'induttore (ved. dettaglio b nel quale la gabbia di scoiattolo è rappresentata solo su un quarto del nucleo dell'indotto).
• M ed E, coppia di ruote di frizione che trasmettono il moto al semiasse sinistro, sul quale è calettata la puleggia di guida G che appoggia sul filo A del bifilare; analoga disposizione è presente per il semiasse destro e relativa puleggia sull'altro filo del bifilare.
• F, coppia di pattini di freno che, su comando dell'elettromagnete e, possono arrestare il motore; questo freno è necessario quando, fermatosi il rotabile in salita, il trolley avrebbe la tendenza a retrocedere. L'elettromagnete è comandato dal filo fr facente capo ad un interruttore a pedale a disposizione del conducente (ved. dettaglio c).

La parte destra del disegno riporta la disposizione originale del trolley, nella quale si ritrovano gli elementi citati.

Schema elettrico

A sinistra è riportato lo schema originale del circuito del rotabile (ingrandire l'immagine) che a prima vista è senza capo nè coda, ma apportandovi le correzioni grafiche mostrate nella parte destra del disegno si riesce a renderlo comprensibile.

• La parte CD è un'asta che può ruotare introno all'asse O su comando della manovella o del pedale di manovra e collega, nelle varie posizioni tramite i settori S, i contatti 1-12 (terminazioni del reostato) all'indotto (A, AA), all'induttore (F, l'altro estremo è al negativo) e al positivo di alimentazione (contatto 12 a sin.); non può essere, come potrebbe sembrare, completamente conduttrice, perchè metterebbe in corto circuito motore. reostato, ecc., ma deve essere dotata di due parti conduttrici C e D alle estremità.
• Le linee tratteggiate orizzontali devono intendersi quali connessioni elettriche tra le coppie di contatti 1-1, 2-2,... 12-12 (fa eccezione la riga indicata in tratteggio verde che deve semplicemente essere una linea di costruzione per individuare il centro di rotazione O, altrimenti metterebbe in corto l'indotto).

Con l'asta CD in posizione verticale il circuito di trazione è aperto; ruotandola in senso antiorario il rotabile si avvia in marcia avanti e si hanno successivamente 11 posizioni reostatiche e una con alimentazione diretta del motore. Ad es., sulla posizione 5, il positivo proveniente dalla linea sul contatto 12 a sin., attraverso tutti gli elementi del reostato compresi tra 12 e 5, giunge al settore S1, che al momento si trova collegato da C al contatto 5 sin., e da qui al terminale A dell'indotto, mentre il terminale AA, col collegamento tra i settori S3 ed S4 è collegato all'induttore, chiuso sul negativo. Se l'asta CD è ruotata in senso orario, il settore S3 si collegherà ai contatti 1-12 di destra, mentre D collegherà S1 ed S2; il circuito è lo stesso del caso precedente, ma l'indotto è percorso da corrente nel senso AA-A contrario al precedente.

Nella seconda posizione a destra si ha l'alimentazione dell'elettromagnete del freno del trolley, attraverso tutto il reostato e quattro lampade, evidentemente per avere la caduta di tensione necessaria, anche se non si capisce perchè non usare un elemento di resistenza aggiuntivo, invece di ricorrere alle lampade. Notiamo anche che avere 12 posizioni di marcia indietro in un rotabile per strada ordinaria è quanto meno inutile, ma è probabile che il dispositivo fosse già stato in uso su un rotabile su rotaia.

Esercizio

Il sistema Lombard-Gerin non trovò pratica applicazione se non su brevissime tratte di interesse locale più che altro per trasporto merci, per motivi facilmente prevedibili.

L'idea che il trolley potesse precedere sempre il rotabile si dimostrò subito errata. La configurazione a catenaria assunta dal bifilare tra due appoggi faceva sì che il trolley, superato un appoggio, doveva discendere per un certo tratto per poi risalire con una pendenza sempre crescente fino a raggiungere il punto di appoggio successivo ed in questa fase l'aderenza delle pulegge si dimostrava spesso insufficiente: il trolley si arrestava fino a che la fune di trazione, invertendo la sua posizione, lo poteva trainare, con uno strappo che spesso portava allo scarrucolamento delle pulegge e talvolta alla caduta di tutto il trolley. La situazione era resa critica anche dall'altezza esagerata alla quale era montato il bifilare, imposta dalla necessità di non dare intralcio alle processioni.

Ogni volta che il rotabile marciava a motore disinserito, situazione comunissima nel traffico urbano per il quale il sistema sarebbe stato progettato, il trolley, non alimentato, si fermava fino ad essere trainato dalla fune, con l'impossibilità di riacquistare successivamente la posizione corretta precedente il rotabile e restava costantemente trainato, vanificando tutto il complicato meccanismo automotore.

Il sistema precludeva ogni possibilità di avere scambi e incroci in linea. Per la marcia su bifilare unico, l'incrocio di due rotabili doveva avvenire con lo scambio dei trolley e a tale scopo fune di trazione e cavo di alimentazione erano provvisti di innesti meccanici ed elettrici che avrebbero dovuto rendere possibile l'operazione, che in ogni caso andava condotta salendo sull'imperiale dei rotabili.

Ci sarebbe infine da considerare il comportamento della trasmissione elettrica dal motore di trazione a quello del trolley a velocità ridottissima, prima di un arresto, quando il motore potrebbe trovarsi a marciare ad es. a 50 g/m e la frequenza generata, sempre con il motore a quattro poli, sarebbe 2.50/60=1,6 Hz; come si comporterà il motore del trolley ad una frequenza tanto bassa?

Nota. - Il sistema di presa di corrente a carrello o trolley scorrente su linea bifilare era già stato utilizzato nei primi esperimenti di trazione elettrica tramviaria ad opera del Siemens, ma sempre con un carrello di presa di corrente semplicemente trainato. Il sistema Lombard Gérin risulta applicato alla linea Gallarate-Samarate (1904-06) e, sembra, su una breve linea a Bergamo.

rev. B1 11/09/21