tram e trasporto pubblico a Roma

Note di trazione elettrica

La tramvia monofase sistema Finzi dell'esposizione di Milano 1906

Un grave errore di concetto e una correzione

 

Per l'esposizione di Milano del 1906 fu costruito un collegamento su rotaia tra due centri della città, sotto forma di una breve linea sopraelevata, elettrificata in corrente alternata monofase secondo i brevetti e le idee del Finzi (1), un elettrotecnico dell'epoca. A parte frammentarie notizie sulla stampa tecnica, l'unica fonte di dati su questa linea pare sia costituita da un articolo di un certo ing. Fumero (2) apparso su un numero della rivista L'elettricità dell'aprile 1906, articolo che però contiene ciò che appare come un grave errore di concetto che avrebbe impedito il regolare funzionamento dei treni, come risulta da quanto segue.

La linea ha una lunghezza di 1400 m circa; scartamento normale; doppio binario in linea, binario semplice nelle stazioni (sembra che secondo l'idea dei costruttori ciò facilitasse il movimento dei viaggiatori...); armamento con rotaie da 27 kg/m; pendenza massima 35 per mille; raggio medio delle curva 90 m. Trazione elettrica a corrente alternata monofase, da linea aerea a 2000 V, 15 Hz. Il materiale rotabile in servizio è costituito da quattro treni bloccati a quattro elementi tutti motori, costruiti secondo lo schema riportato in fig. 1. Ogni treno è formato dall'accoppiamento di due unità costituite da una motrice a due motori e da una ad un motore e dispone quindi di sei motori, stabilmente accoppiati in due serie di tre motori collegate tra loro in parallelo, monofasi con eccitazione in serie e compensazione in serie, da 30 CV l'uno.


Fig. 1 - Composizione dei treni dell'Esposizione di Milano 1906.

Caratteristica dei treni e, a quanto pare, oggetto di brevetto del Finzi, è la disposizione dei due trasformatori di un treno: sono posti nelle vetture di estremità e collegati in serie sia sui primari che sui secondari. E' proprio da questo collegamento che derivano i dubbi da noi espressi sul funzionamento del sistema.


Fig. 2 - Schema di principio del sistema di trazione Finzi.
T1, T2, trasformatori; G, graduatore; M1,3,5 motori dell'unità A1-B1; M2,4,6 motori dell'unità B2-A2.

In fig. 2 è riportato lo schema di principio per un treno composto di due unità, formazione che si vedrà poi essere l'unica adottabile vista la disposizione dei circuiti. Si suppone che la motrice di testa, dalla quale è condotto il treno, sia la A1; con il graduatore G in prima posizione di marcia, pos. 1, il trasformatore T1 della motrice di testa è escluso e i motori sono alimentati dal solo trasformatore della motrice di coda; in pos. 7 di G il secondario di T1 è invece tutto incluso in serie a quello di T2, mentre nelle posizioni intermedie solo alcune sezioni di T1 sono in circuito. Il Fumero ci dà anche alcuni valori: ogni trasformatore fornisce, sulle sette posizioni di G, una tensione variabile da 0 a 180 V di 30 in 30 V e pertanto ad ogni serie di tre motori sarebbe applicata una tensione pari al valore determinato dalla posizione di G su T1 incrementato dalla tensione di tutto il secondario di T2. Avremmo quindi, nelle successive posizioni di G, le tensioni di 180, 210,... 360 V applicate alle serie di tre motori, per cui ogni motore sarebbe alimentato a 60, 70,... 120 V.

In realtà, tutto ciò sarebbe corretto se i due trasformatori fossero alimentati a tensione costante indipendentemente l'uno dall'altro, in altre parole se fossero alimentati in parallelo dalla linea di alimentazione; qui abbiamo invece i due primari in serie tra loro e la tensione che si localizzerà su ognuno di questi dipenderà in ogni istante dalla suddivisione del carico sui due secondari, il quale carico è equilibrato solo con G in pos. 7, per la quale posizione vale il valore dato nell'articolo, mentre è del tutto squilibrato per ogni altra posizione; con G in pos. 1, addirittura, il secondario di T1 è escluso e T2 è alimentato in serie al primario di T1 funzionante a vuoto e la tensione di linea, in queste condizioni, si localizzerà in massima parte sull'impedenza presentata dal primario di T1, mentre al secondario di T2 la tensione si ridurrà a ben poco.


Fig. 3 - Comando bidirezionale di un treno sistema Finzi.
Dei due interruttori S1, S2 è chiuso quello della motrice di coda, nella quale inoltre il graduatore è posto in pos. 0.

Questo è il punto oscuro della faccenda; ma c'è dell'altro: è interessante vedere come il Finzi risolve il comando di tutti i motori del treno. Innanzitutto il treno deve essere bidirezionale, ossia deve poter essere condotto sia da A1 che da A2, per cui le due motrici devono essere eguali come equipaggiamento; per poter realizzare il circuito di fig. 2 da entrambe le estremità del treno, si rende necessaria l'inserzione di due interruttori S1, S2 (fig. 3), dei quali deve essere chiuso solo quello della motrice di coda; considerando il fatto che il graduatore di coda sarà in posizione 0, si vede che lo schema proposto realizza le connessioni volute per i due sensi di marcia. Per facilitare la manovra, gli interruttori S sono compresi negli invertitori e sono chiusi in posizione neutra degli stessi.

Rimane il problema dell'inversione di marcia, che si vuole potersi ottenere con usuali invertitori posti nelle motrici di estremità e a tal fine occorre portare i fili di indotti e campi di tutti i motori ad entrambi i posti di condotta. Lo schema dei circuiti del treno, anche se concettualmente semplice, diviene così intricato che ridisegnarlo da capo sarebbe un lavoro improbo, oltre che inutile; ci limitiamo a proporre lo schema originale preso dalla rivista citata, che chi ha la pazienza e la vista buona potrà divertirsi a decifrare (fig. 4).


Fig. 4 - Schema originale del circuito di comando e trazione di un treno.
T, trasformatore; G, graduatore; Z, bobina di reattanza; M, motori; INV, invertitore;
il contatto presente in basso sugli invertitori costituisce l'interruttore S sopra citato

Osservazioni.

Siamo nel 1906, il comando multiplo con contattori elettromagnetici o elettropneumatici è oramai una realtà sulle principali reti metropolitane europee e americane e si sta imponendo anche nella trazione a corrente alternata ad opera della Westinghouse (Roma-Civitastellana, ferrovia della Val Brembana): nonostante ciò, il Finzi si ostina con un treno di quattro motrici direttamente comandate dai controller di estremità, con un gran numero di fili tra i rotabili, da 6 ad 8 conduttori a b.t., per i quali si prevede una corrente massima di ben 700 A e tre linee ad a.t. per il collegamento del pantografo (chissà perchè montato su una vettura intermedia invece che su una di estremità) e dei trasformatori.

I doppi contatti sui graduatori, insieme alla bobina di reattanza Z, servono a passare da una posizione all'altra senza cortocircuitare le sezioni del trasformatore e senza interrompere del tutto l'alimentazione dei motori; è un sistema rudimentale derivato dai sommatori usati allo stesso scopo per le batterie di accumulatori e l'autore dell'articolo descrive Z come una resistenza apparente... costituita da un filo di rame isolato avvolto sopra un nucleo di lamierini di ferro aventi la forma di un anello. In realtà la bobina è un rudimentale sistema già all'epoca sostituito in tutti i circuiti a corrente alternata dalla preventive coil. Il pantografo previsto dall'inventore, che in realtà non appare mai installato, è dotato di due rulli di contatto, tipo trolley primitivo della Valtellina, distanziati di ben 60 cm, disposizione che l'autore indica come la più opportuna per non interrompere l'alimentazione del treno sotto i sezionatori, senza però notare che una tale presa di corrente porta al corto circuito dei sezionatori, con possibili conseguenze ben più gravi che non la momentanea interruzione della corrente di trazione.

La soluzione di unità doppie asimmetriche, motrice a due motori accoppiata a motrice con un solo motore, è tutt'altro che nuova, essendo stata utilizzata dal Siemens fin dal 1903 sulla Altona-Blankenese (ferrovia suburbana di Amburgo), qui con motrici ad un carrello e un asse radiale in composizione (B0-1)-(1-1A0) a comando multiplo a contattori elettromagnetici per la formazione di treni a grande capacità.

Conclusione.

Ma questa tramvia monofase dell'esposizione, tanto acclamata nella stampa dell'epoca, funzionava o no? Sembra di sì, stando alle cronache; ma certamente non come il Fumero ne descrive il circuito. Sicuramente, gli arditi inventori, accortisi della papera che avevano preso (speriamo prima della costruzione dei rotabili), saranno corsi ai ripari, probabilmente scegliendo una delle seguenti soluzioni:

  1. riavvolgere i trasformatori per 2000 V e alimentarli in parallelo nel modo usuale;
  2. lasciarli a 1000 V, alimentarli in parallelo e ridurre a 1000 V la tensione di linea, soluzione di dubbia riuscita perchè certamente generatori e linea non avrebbero potuto raddoppiare la corrente per mantenere invariata la potenza;
  3. far finta di niente e avviare i treni partendo direttamente in una delle ultime posizioni del graduatore per poi, appena possibile, passare in pos. 7 (conoscendo certe abitudini nostrane, questa avrebbe potuto essere la soluzione scelta, tenendo anche presente che l'esercizio della linea sarebbe durato solo qualche mese...).

Nota. - Un articolo apparso su Street Railway Journal dell'agosto 1906 ripete, ampliandole, le notizie date dal Fumero e presenta anch'esso lo schema con l'errore, aggiungendo però due interessanti particolari. Il treno era inizialmente previsto con presa di corrente a pantografo, secondo il brevetto del Finzi sopra citato, per semplificare l'inversione di marcia ai capolinea; senonchè, a causa di difficoltà sopraggiunte per i brevetti (?), tale pantografo non potè essere impiegato e fu sostituito dai due archetti contrapposti visibili nell'immagine, archetti che, nonostante un fatal accident avvenuto nei primi giorni di esercizio, furono poi mantenuti. Il secondo particolare è che il viaggiatore che entrava in una vettura di estremità restava impressionato dalle enormi dimensioni del controller (visto che doveva portare 700 A...).

Si corregge l'errore del Finzi.

Lo schema dei circuiti elettrici della ferrovia in questione appare radicalmente modificato e in grado di funzionare, anche se non in modo perfetto, sul numero di febbraio 1908 di Glasers Annalen. I due trasformatori di un treno, posti nelle motrici di estremità, possono essere alimentati dalla linea indipendentemente l'uno dall'altro; ogni trasformatore può alimentare tutti i sei motori del treno, ossia in ogni senso di marcia è attivo solo quello di testa e il treno si porta dietro la zavorra del trasformatore di coda, inattivo, che oltre tutto deve essere di potenza circa doppia di quello all'inizio previsto e di conseguenza di peso circa doppio. Basterebbe questo particolare per dimostrare che si tratta di una soluzione di ripiego, adottata per la necessità di porre in servizio la linea per l'esposizione; ciò si nota anche da alcuni particolari dello schema, ad es. le doppie posizioni neutre dei graduatori. Il disegno mostra anche la disposizione dei trolley sulle motrici di estremità, mentre nell'immagine del treno si hanno due archetti su una delle motrici intermedie, cosa priva di senso che rende più complicato il cambio del senso di marcia del convoglio; i conduttori lungo il treno si riducono a quattro a b.t. e alta intensità ed uno ad alta tensione. Ulteriore fatto singolare è che lo schema ha le indicazioni in tedesco, come se i nostri arditi costruttori si fossero rivolti ai cugini d'oltralpe dopo la papera presa dal Finzi.


Fig. 5 - Schema dei treni come in Glasers Annalen (cfr. fig. 4).

Si conferma l'errore del Finzi.

Sul Monitore tecnico del maggio 1906 appare una descrizione della linea dell'esposizione di Milano che conferma quanto sopra esposto, mostrando lo schema della fig. 5 con le didascalie tradotte in italiano; nel testo troviamo:

Il progetto di questa ferrovia, studiato dall'ex Comitato per la trazione elettrica dott. Giorgio Finzi... fu modificato in vari punti dall'Unione Elettrotecnica Italiana Gadda & C., costruttrice di tutto il materiale elettrico. Detto progetto servì di base a questo impianto che andiamo a descrivere, che fu curato in ogni minimo particolare da quest'ultima Ditta.

e più oltre, dopo le dovute glorificazioni all'Italia e al suo genio industriale:

...la presa di corrente dal filo aereo è fatta con un archetto Siemens, in sostituzione del trolley romboidale progettato dall'ex Comitato per la trazione.

___________

(1) Giorgio Finzi: il suo nome è legato a certi perfezionamenti sui motori in serie per corrente alternata (1903), che sembra però non avessero nessuna particolare caratteristica se confrontati con analoghi di altri inventori. Appare legato all'industria elettromeccanica dell'epoca. Non si trova in rete alcun cenno biografico o sull'opera svolta dal Finzi; dello stesso è stato di recente rinvenuto un libro, Trattato elementare di elettricità e magnetismo (Milano, 1892), notevole per la sue imprecisioni e per evidenti errori di concetto.
(2) Ernesto Fumero, Ferrovia monofase sistema Finzi per l'Esposizione di Milano 1906. Articolo digitalizzato da www.trenidicarta.it.


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rev. A+ 13/02/18