Note di trazione elettrica

Lo scambio elettrico tramviario a comando diretto

(come potrebbe essere fatto)

Con questo articolo vogliamo solo mostrare come potrebbe essere realizzato un comando diretto per uno scambio tramviario, non come fossero effettivamente realizzati gli scambi che noi tutti abbiamo visto per anni, sulle reti tramviarie, in particolare sulla rete romana, dato che nessuna documentazione è stata purtroppo trovata sull'argomento.

Gli scambi a comando elettrico apparvero sulle reti tramviarie europee a partire dagli anni Dieci; in particolare sulla rete romana il primo scambio di questo tipo fu attivato nel marzo 1920 in piazza Indipendenza. Questi scambi, azionati direttamente dalla corrente del circuito di trazione delle motrici, restarono in esercizio sulle reti europee fino agli anni Cinquanta quando, iniziando in Germania, furono sostituiti dagli scambi a comando induttivo, oggi di impiego generale.

Dal momento che finora non siamo riusciti a trovare descrizioni o schemi del dispositivo utilizzato sulla rete romana (e presumibilmente su altre reti italiane), cerchiamo di inventarci qualcosa che possa funzionare, partendo dalla disposizione meccanica sotto riportata che, per aver viato qualcosa qua e là durante i lavori ai binari, è senz'altro molto prossima a quella reale. Gli aghi degli scambi sono mossi, attraverso un opportuno leveraggio, da due elettromagneti a succhiamento E1, E2; in figura l'eccitazione di E1 dispone lo scambio in deviata, mentre E2 lo riporta in diretta. E1 ed E2 sono alimentati a tensione di linea; la loro eccitazione è necessaria solo allo spostamento dello scambio che, raggiunta una delle due posizioni, vi resta stabilmente  senza necessità di seguitare ad alimentare la bobina.

Vediamo ora come comandare i due elettromagneti nel modo opportuno. Già sappiamo, per averlo visto per strada, che prima dello scambio, a circa 20 metri di distanza, sul filo di contatto è montata una slitta, sulla quale viene ad appoggiare il trolley della motrice in passaggio e, dal punto di vista dell'azionamento dello scambio, le cose stanno così: se il conducente vuole passare sullo scambio lasciandolo nella posizione in cui si triva, nel passare sotto la slitta riporta il controller nella posizione neutra, mentre se vuole azionare lo scambio, giunto sotto la slitta, marca qualche punto in serie, magari frenando simultaneamenre per dar tempo al meccanismo dello scambio di disporsi nell'altra posizione. E' quindi la corrente di trazione che comanda gli elettromagneti dello scambio e non occorre essere un illustre elettricista per convincersi che l'organo sensibile alla corrente di trazione sarà un relè inserito tra filo di linea e slitta, come nello schema sottostante nel quale p è la presa di corrente, trolley o pantografo che sia, S è il relè di comando, c è un contatto che nel disegno simula il controller, M è un motore di trazione. Se la vettura passa col trolley sotto la slitta in coasting, nulla accade (fig. a), lo scambio resta nella posizione in cui si trova; se invece il conducente vuole azionare lo scambio inserisce la trazione in una delle prime tacche del controller ed essendo il trolley in contatto con la slitta e non con il filo, il circuito di trazione si chiude in serie al relè S che eccita, comandando l'azionamento dello scambio (fig. b).

A questo punto si potrebbe pensare che tutto sia fatto: da un contatto di S comandiamo l'uno o l'altro degli elettromagneti dello scambio, aggiungendo al meccanismo una coppia di contatti 1-3 e 2-4 per inviare la corrente nella bobina giusta, come sotto indicato.

Ma non funzionerebbe: inviando la corrente sul filo che fa capo ai contatti 3 e 2 ecciterebbe l'elettromagnete E2 e lo scambio cambierebbe posizione ma, aprendosi 1-3 e chiudendosi 2-4, essendo il trolley ancora a contatto della slitta e quindi S eccitato, ecciterebbe immediatamente E1 e lo scambio tornerebbe nella presedente posiizione, per poi passare daccapo nell'altra ecc. fintanto che il trolley tocca la slitta. Occorre pertanto aggiungere allo sistema qualcosa che memorizzi il primo azionamento di un elettromagnete e impedisca qualsiasi altra azione fintanto che il relè S è eccitato, ossia fintanto che il trolley è sotto la slitta. Per ottenere questo risultato si potrebbe ricorrere a qualche meccanismo collegato ai leveraggi di comando e sicuramente in passato si sarà seguita questa via; ma è più semplice, a nostro modesto parere, procedere con mezzi elettrici aggiungendo al circuito due relè R1, R2, come nello schema sottostante.

Per chi ha la pazienza di seguire il circuito, le cose funzionano come segue. Sul filo f è sempre presente il +500 V di alimentzione; quando una motrice passa sotto la slitta s con il circuito di trazione chiuso eccita il relè S; dal contatto di S eccita R1 o R2 a seconda di come si trova lo scambio; nell'esempio, trovandosi in deviata, è chiuso 1-3 ed eccita pertanto R2 e dopo R2 segue E2, col che lo scambio si sposta; per tutto il tempo in cui la motrice si trova sotto la slitta,  S seguita ad essere eccitato, ma il relè R2 è bloccato su un proprio contatto e impedisce l'azionamento di E1 mentre mantiene eccitato E2. Quando, liberata la slitta, cade S, cade anche R2 e il circuito torna nelle condizioni iniziali, con la differenza che lo scambio è ora spostato in diretta ed è chiuso 2-4 in luogo di 1-3; di conseguenza, al successivo comando proveniente dalla slitta, ecciterà R1 seguito da E1, ecc.

Il circuito formato dagli elettromagneti E e dai relè R è quello che si chiama oggi bistabile, ossia un circuito o dispositivo che ha due posizioni stabili e passa dall'una all'altra mediante la ripetizione di un comando esterno; è un bistabile a memoria meccanica in quanto il leveraggio spostato in una posizione dall'elettromagnete momentaneamente eccitato resta poi stabilmente nella stessa posizione; se al posto degli E1, E2 vi fossero stati due relè o gli equivalenti elementi elettronici, si sarebbe dovuto prevedere un circuito elettrico di tenuta per gli stessi.

La figura seguente riporta la disposizione di montaggio delle apparecchiature: J è un commutatore che permette di escludere il comando dello scambio, ricollegando direttamente la slitta al filo di contatto; la cassetta contentente J ed un'altra contenente i relè sono generalmente fissate ad un palo, mentre la cassa di manovra degli aghi è interrata a fianco dello scambio.

Schema di una slitta di comando scambio per presa ad archetto o pantografo:
 s, slitte; f, filo di contatto; p, ponte per la continuità del filo di contatto; m, morsetti; g, isolatori di sostrgno.

Nota. - Molti ricordano ancora gli scambi elettrici tradizionali sulla rete romana e in particolare ricordano le cassette con l'interruttore di esclusione, ma non altre cassette come quelle che dovrebbero, secondo la nostra ricostruzione, contenere i relè ausiliari. Ci ricolleghiamo qui a quello detto all'inizio dell'articolo; è probabile che la meccanica utilizzata impiegasse qualche altro artifizio per rendere bistabile il sistema.

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

Gli scambi a comando diretto sono semplici e robusti, i loro componenti elettromagnetici 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 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 S) oppure assorbendo corrente (con una corrente tale da azionare il relè S).

Queste due condizioni, che erano 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.

Ci sarebbe qui da osservare che anche in passato ci si trovava spesso ad avere a che fare con vetture abbastanza lunghe con una sola presa di corrente ad una estremità: le motrici a quattro assi dei Castelli, per le quali non si è mai sentito che i conducenti segnalassero difficoltà nel comando degli scambi.

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_S  ed  I_R le correnti di sicuro azionamento e di sicuro non azionamento del relè S e tenendo conto del fatto che la tensione di linea può variare tra i due limiti minimo V_m e massimo V_M, siano soddisfatte le seguenti due condizioni:

1. con la tensione di linea al valore minimo V_m la corrente assorbita dal circuito di trazione deve essere eguale o superiore ad I_S;

2. con la tensione di linea al valore massimo V_M la corrente assorbita dalla motrice con il circuito di trazione aperto deve essere eguale o inferiore ad I_R;

Mentre per il punto 1. non si incontrano particolari difficoltà a raggiungere il valore di I_S 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_R, rende incerto il passaggio sotto le slitte senza azionare gli scambi. All'ATAC non restò che emettere un ferreo ordine di servzio, 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 batteria di accumulatori.

La situazione preecipitò 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 (l'elettronica porta al risparmio energetico [nota]!) 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.

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Nota. - Ed anche, naturalmente, alla riduzione di emissione di CO₂, come è noto; ma la CO₂ è ridotta anche dall'impiego dei led al posto delle lampadine.

rev. 24/10/11