tram e trasporto pubblico a Roma

Note di trazione elettrica

I circuiti di illuminazione nelle vetture tramviarie

 

Fin dalle prime applicazioni di trazione elettrica si pensò di utilizzare l'elettricità, oltre che per la trazione, anche per l'illuminazione interna e per le segnalazioni esterne dei rotabili, in sostituzione delle lampade ad olio fin'allora utilizzate nell'interno delle carrozze tramviarie e ferroviarie e di altri sistemi, quali la combustione del carburo di silicio, per i fari anteriori del materiale di trazione.

Ma la pratica applicazione dell'energia elettrica all'illuminazione dell'interno delle vetture, all'epoca alla quale ci riferiamo, non era tanto semplice quanto si poteva a prima vista pensare. Si presentavano infatti due vie per risolvere il problema:

  1. l'adozione di una fonte di energia elettrica trasportabile, in pratica una batteria di accumulatori, dovendosi a priori scartare l'impiego di pile allora di uso comune in altre applicazioni, quali l'alimentazione dei circuiti telegrafici e telefonici;
  2. l'utilizzazione della tensione di linea.

Dopo vari e infruttuosi tentativi, spesso anche ad opera di sperimentatori più o meno dilettanti, la soluzione 1. si dovette scartare, essenzialmente a causa della difficoltà di mantenere la batteria in un sufficiente stato di carica; il collegamento della stessa alla linea di alimentazione attraverso resistenze portava da un lato ad una enorme dissipazione di energia nelle stesse e dall'altro all'impossibilità di disporre di una tensione di carica regolare a causa delle sempre notevoli oscillazioni della tensione di linea, nè d'altronde la tecnica del momento forniva altri dispositivi, quali i gruppi motore-dinamo, sufficientemente piccoli e leggeri per essere montati nelle vetturette motrici dell'epoca. Si aggiunga che la presenza di una batteria di accumulatori sui rotabili era all'epoca sempre guardata con sospetto, a causa della difficoltà di costruire batterie assolutamente stagne e per lo svolgimento di vapori solforosi durante il funzionamento con conseguente corrosione di ferri e legnami.

Dovendosi quindi ripiegare sulla soluzione 2., si vide subito che, dovendo partire da una tensione di 400-500 V e sempre per l'impossibilità di ridurre in modo economico tale tensione al valore richiesto da una lampada, le lampade dell'impianto di illuminazione avrebbero dovuto essere collegate in serie tra loro, in modo che la tensione necessaria al funzionamento dell'impianto si approssimasse per quanto possibile alla tensione di linea.

Si ricorda che un collegamento in serie di un certo numero di utilizzatori (es. lampade) è caratterizzato dalle seguenti proprietà:

Nell'esempio sottostante, a), sei lampade da 100 V, 0,18 A (ossia da 100.0,18=18 W) sono collegate in serie ed alimentate da una tensione pari a 100.6=600 V. Non è detto che le lampade debbano essere tutte eguali, l'importante è che assorbano tutte la stessa corrente; se una di esse dovesse essere più potente, ad es. da 36 W, dovendo assorbire sempre 0,18 A, necessiterà di una tensione di 36/0,18=200 V e nella serie prenderà il posto di due lampade. Qualora in una serie si presenti la necessità di escludere una lampada, la stessa dovrà essere sostituita da una corrispondente resistenza, che nell'esempio b) dovrà assorbire 0,18 A sotto 100 V, ossia dovrà essere da 100/0,18=555 ohm.

Si può dire che dalle origini della trazione elettrica applicata alle reti tramviarie urbane, ossia dall'ultimo decennio dell'Ottocento alla seconda guerra mondiale (almeno in Europa, in America un po' prima) l'illuminazione delle vetture ha sempre utilizzato l'alimentazione in serie delle lampade dalla tensione di linea; anche se già negli anni Trenta su alcune reti di avanguardia, come Berlino e Budapest, circolavano motrici equipaggiate di batteria di accumulatori, queste erano state installate solo per particolari funzioni, quali l'eccitazione dei motori in frenatura a recupero e l'alimentazione dei freni a pattini elettromagnetici. Solo con l'avvento della motrice PCC, dapprima in America a metà degli anni Trenta e dopo la guerra in Europa, la batteria di accumulatori, resa necessaria su tali vetture per l'alimentazione del circuito di comando, troverà applicazione anche all'illuminazione interna e alla segnalazione; scompariranno allora man mano gli impianti di lampade in serie, sostituiti da usuali impianti con alimentazione in parallelo di lampade a bassa tensione o, più tardi, di lampade fluorescenti alimentate da dc-dc converter.

In tutte le installazioni si è sempre impiegato lo stesso tipo di lampada per tutte le funzioni; in alcuni casi il fanale anteriore è stato dotato di due lampade, poste in serie tra loro e con le restanti, per avere una maggiore intensità di luce. Onde garantire una sufficiente durata delle lampade, si fa in modo che la tensione nominale totale della serie sia superiore di circa il 10% alla massima tensione di linea.

Schemi di principio

Si riportano gli schemi elettrici relativi ad alcune disposizioni semplificate, per una maggior comprensione di quanto segue. Il disegno seguente riporta la disposizione delle lampade per una installazione minima su una motrice unidirezionale (a) e su una bidirezionale (b).


F, fanali anteriori; C, segnalazione di coda; L, lampade di corsia passeggeri

Motrice unidirezionale

E' il più semplice schema possibile. Un'unica serie comprende il fanale, le lampade di corsia e la segnalazione di coda; per 4 lampade di corsia la serie comprende 6 lampade che, scelte per 110 V, danno una tensione totale per la serie pari a 660 V, valore adatto per una tensione di linea di 600 V.

Motrice bidirezionale

Con le motrici bidirezionali è necessario che le lampade di corsia si possano accendere in serie al fanale di una estremità e alla segnalazione di coda dell'altra o viceversa, a seconda del senso di marcia della vettura.

Con la disposizione di cui in a) si ha un interruttore per cabina, che accende le lampade di corsia insieme al fanale dal proprio lato e alla segnalazione di coda dal lato opposto. Si ha però l'inconveniente che se il conducente al capolinea, nel cambiare banco, non si ricorda di aprire l'interruttore della luce, al chiudere quello del banco all'altra estremità le due coppie fanale-coda si trovano in parallelo tra loro: queste lampade hanno la luce ridotta, mentre le lampade di corsia risultano sovralimentate con pericolo di fulminazione. Oltre a ciò, se il conducente apre, come dovuto, l'interruttore ad una estremità e poi passa all'altro banco, durante il passaggio la vettura rimane senza luce.

Lo schema b) indica la disposizione più usata: l'interruttore per la luce è presente in una sola cabina ed è composto da un commutatore ad una posizione neutra centrale (lampade spente) e due posizioni laterali corrispondenti ai due sensi di marcia della vettura. Nel passare da un banco all'opposto il conducente è tenuto a manovrare il commutatore, portandolo nella posizione opposta a quella nella quale si trova; nel passaggio sulla posizione neutra le luci della vettura si spengono per un istante. Per le lampade vale quanto detto per la motrice unidirezionale.

I circuiti di illuminazione dei rotabili SRTO e ATM

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rev. A1 12/09/21