tram e trasporto pubblico a Roma

Note di trazione elettrica

Lo scambio elettrico tramviario a comando diretto

Gli scambi a comando elettrico apparvero sulle reti tramviarie europee a partire dagli anni Dieci del XX secolo, in sostituzione dei vari tipi a comando meccanico (col paletto, a leva, ecc.) fino allora in uso; ebbero subito notevole diffusione in Germania e si estesero ben presto a tutte le maggiori reti tramviarie in esercizio, anche in America; sulla rete romana il primo scambio di questo tipo fu attivato nel marzo 1920 in piazza Indipendenza. Nonostante che negli anni seguenti molti costruttori presentassero propri tipi di scambi ad azionamento elettrico, si può dire che tutti i sistemi proposti si basavano sullo stesso principio: l'azionamento elettromagnetico degli aghi dello scambio a mezzo di corrente derivata dalla linea di contatto, sotto il controllo da parte del conducente con opportune manovre sul controller di marcia. Questi scambi, detti pertanto a comando diretto, restarono in esercizio sulle reti europee fino agli anni Cinquanta quando si rese necessario sostituirli con sistemi più adatti alla tecnologia che si andava affermando per la motrice tramviaria (si veda oltre).

La figura sottostante indica un tipo di azionamento degli aghi dello scambio: due elettromagneti a succhiamento E1, E2, eccitati alternativamente, spostano gli aghi in un senso o nell'altro.

Sistema di comando Siemens-Schuckert

Questo sistema fu impiegato per la prima volta sulla rete di Mannheim nel 1911; è uno dei più semplici e sarà alla base di quasi tutti gli analoghi successivamente proposti dai costruttori.

Il filo di contatto f è interrotto dalla slitta s, elettricamente collegata ad f attraverso la bobina del relè R; se una vettura motrice passa col trolley sotto la slitta s, possono darsi due casi:

1. la motrice non è in trazione, ossia si trova col controller in posizione neutra o comunque in posizione tale da non assorbire corrente dalla linea: il relè R resta inattivo e con esso tutto il circuito di comando dello scambio e gli aghi restano nella posizione in cui si trovavano;
2. la motrice si trova in trazione, ossia assorbe corrente dalla linea: il relè R, trovandosi inserito nel circuito del trolley, eccita e avvia l'azionamento dello scambio chiudendo un circuito tra il filo di contatto, il proprio contatto r, il commutatore K in posizione k1 e l'elettromagnete E1 di comando degli aghi.

Il commutatore K è di fondamentale importanza nel circuito ed è costruito in modo da essere azionato solo alla diseccitazione della propria bobina: all'atto della chiusura del circuito i contatti k1, k2 non si spostano dalla posizione attuale, mentre commutano alla diseccitazione all'apertura del circuito. Con ciò quando il circuito di comando si apre perchè il trolley della motrice abbandona la slitta, il commutatore si predispone per l'alimentazione di E2 anzichè di E1, ossia per l'azionamento dello scambio nel senso opposto al precedente.

Risulta quindi che il comando azionamento dello scambio è dato dal conducente, col passare con il trolley sotto la slitta a motori inseriti; passandovi invece a circuito di trazione aperto lo scambio non è azionato. Ecco quindi la manovra tipica dei conducenti di una volta all'approssimarsi di uno scambio che doveva essere azionato: rallentare frenando e passare sotto la slitta con una o due tacche di controller inserite e ci ricordiamo di quelli abili che, senza nemmeno frenare, azionavano lo scambio con una sola tacca di controller, mentre quelli più scarsi frenavano e non erano contenti se non davano due od anche tre tacche.

Schema di una slitta di comando scambio per presa ad archetto o pantografo:
s, slitte; f, filo di contatto.

Montaggio delle apparecchiature

Nei primi impianti in Germania tutta l'apparecchiatura di comando degli scambi era posta in armadi montati a filo dei marciapiedi; anche gli elettromagneti erano montati, ad assi verticali, negli armadi e comandavano gli aghi a mezzo di leveraggi. Successivamente si trovò più conveniente raggruppare tutto in una cassa da interrare a fianco dello scambio, disposizione in seguito costantemente usata.

Altri sistemi

Successivamente alla Siemens-Schuckert, altre ditte di elettromeccanica iniziarono a costruire scambi elettrici; tra queste la Oerlikon, i cui scambi furono diffusissimi sulla rete ATAG. Lo scambio Oerlikon è caratterizzato dall'avere, al posto degli elettromagneti di azionamento, un motore a corrente continua eccitato in serie a doppio avvolgimento induttore per i due sensi di marcia, che tramite una riduzione a vite senza fine comanda il movimento degli aghi.

Perchè lo scambio a comando diretto è stato sostituito da quello a comando induttivo

Gli scambi a comando diretto sono semplici e robusti, i loro componenti elettromeccanici restano sotto tensione solo per pochi istanti e non danno quindi problemi di riscaldamento, sono di quelle cose che non si guastano mai o quasi; per il loro corretto funzionamento necessitano però che siano verificate, tra l'altro, queste due condizioni:

1. il trolley deve essere montato, sull'imperiale della motrice, all'incirca sempre nella stessa posizione rispetto al posto di guida, dal momento che il conducente deve valutare l'istante in cui il trolley si trova sotto la slitta;
2. deve essere possibile passare sotto la slitta senza assorbire corrente dalla linea (o comunque con una corrente tale da non azionare il relè R) oppure assorbendo corrente (con una corrente tale da azionare il relè R).

Queste due condizioni, soddisfatte abbastanza facilmente con i rotabili che sono stati in uso, anche sulle nostre reti, fino all'avvento dell'elettronica, dal momento in cui la stessa elettronica ha completamente stravolto la tecnica tramviaria non sono più tanto facilmente soddisfacibili, anzi nella maggior parte dei casi non lo sono affatto.

Condizione a). I moderni rotabili articolati bidirezionali, di notevole lunghezza, hanno spesso un trolley, normalmente a pantografo, ad una sola estremità della cassa e di conseguenza il conducente si trova, in riguardo alla posizione di contatto tra trolley e slitta, in condizioni molto diverse nella condotta dall'una o dall'altra cabina di guida.

Condizione b). Perchè lo scambio funzioni con sicurezza sia se deve essere azionato che se deve essere lasciato nella posizione in cui si trova, occorre che, dette I ed i le correnti di sicuro azionamento e di sicuro non azionamento del relè R e tenendo conto del fatto che la tensione di linea può variare tra i due limiti minimo v e massimo V, siano soddisfatte le seguenti due condizioni:

1. con la tensione di linea al valore minimo v la corrente assorbita dal circuito di trazione deve essere eguale o superiore ad I;
2. con la tensione di linea al valore massimo V la corrente assorbita dalla motrice con il circuito di trazione aperto deve essere eguale o inferiore ad i.

Mentre per il punto 1. non si incontrano particolari difficoltà a raggiungere il valore della corrente bastando allo scopo avanzare se necessario di una o due tacche sul controller, il punto critico è il 2., ossia la corrente assorbita dalla vettura a trazione esclusa; questa, per un tram a due assi degli anni Venti, si riduceva alla corrente assorbita dal circuito di illuminazione, peraltro attivo solo la sera, ed anche quando dalla fine degli stessi anni si cominciò ad impiegare il motocompressore in sostituzione del compressore assiale, la corrente totale a trazione esclusa non poneva problemi per gli scambi. La prima difficoltà si ebbe, sulla rete romana, con l'immissione in servizio delle articolate Stanga nelle quali l'impiego del freno reostatico come freno di servizio portava alla necessità dell'eccitazione indipendente dei campi in fase di frenatura; eccitazione indipendente significa che in frenatura le bobine di campo dei quattro motori sono staccate dagli altri circuiti e sono alimentate dalla linea di contatto attraverso una resistenza di limitazione e la corrente assorbita per questa funzione, raggiungendo o superando i, rende incerto il passaggio sotto le slitte senza azionare gli scambi. All'ATAC non restò che emettere un ferreo ordine di servizio, imponendo l'esclusione del freno elettrico (manetta del controller in pos. 0, anzichè in P) nel passaggio in coasting sotto le slitte. E' da notare che il problema non si pose invece per le più moderne PCC, nelle quali l'alimentazione dei campi in frenatura e dei circuiti ausiliari era data dalla dinamo.

La situazione precipitò poi verso il 1990 con l'entrata in servizio delle Socimi e successivamente delle Fiat Cityway che, tra elettronica e complicazioni varie, assorbono dagli ausiliari una tale corrente da rendere assolutamente inutilizzabili gli scambi a comando diretto; ecco perchè si è passati, con il nostro abituale ritardo di una ventina di anni e più rispetto ad altre nazioni, agli scambi a comando induttivo.

rev. A1 12/09/21