tram e trasporto pubblico a Roma

Note di trazione elettrica

Un pioniere della trazione elettrica: J.S. Raworth

Un singolare rotabile elettrico

 

Da una nota di G. Richard (1) sul periodico La Lumière électrique, vol. XXXVII, n. 27 dell'8 luglio 1890.

La storia della trazione elettrica, sul finire del secolo XIX, prima che con Siemens, Sprague ed Elihu Thomson si affermassero i sistemi che sarebbero poi divenuti di uso generale, è costellata da una miriade di inventori, grandi e piccoli, e di invenzioni talvolta geniali ma irrealizzabili a causa della tecnologia dell'epoca, ma il più delle volte solo inutilmente complicate e manifestamente non in grado di funzionare; il che dimostra, tra l'altro, che la mania della complicazione non è solo caratteristica del nostro tempo. Nella trazione elettrica due furono i campi che più eccitarono la fantasia degli inventori: la presa di corrente e la regolazione della velocità con i problemi relativi all'avviamento.

In quella felice epoca nella quale dilettanti ed inventori sfornavano in continuazione idee e brevetti che, anche se al momento restavano senza seguito, troviamo John Smith Raworth (1846-1917), un pioniere tra i fondatori dell'industria elettrotecnica in Inghilterra, che aveva tra l'altro il pallino della trazione elettrica; il suo nome è rimasto legato ad un sistema di frenatura elettrica a recupero di energia per rotabili tramviari, applicato tra il 1904, anno della fondazione della società di Raworth, la Raworth's Traction Patents, e il 1911 anno di cessazione della stessa, ad un tipo di vettura tramviaria di ridotta capacità, il così detto Demi-Car proposto per linee a scarsissimo traffico da esercitarsi ad agente unico.


Un Demi-Car (Southport Corp.)

Nonostante gli evidenti difetti del sistema, la Traction Patents riuscì a fornire un discreto numero di Demi Cars (che poi ricalcavano, come obbiettivo, i Birney Safety Cars americani) a varie reti britanniche, fino al 1911, anno nel quale, l'11 novembre, si verificò un grave incidente sulla rete di Rawtenstall (una cittadina nel Lancashire a una trentina di km da Manchester), dovuto all'improvvisa inefficienza del freno elettrico in una forte discesa; anche se, come poi accertato, si era trattato di un guasto banale (l'interruzione dell'avvolgimento del campo in derivazione di un motore), il fatto segnò la fine della Traction Patents e dell'attività di Raworth nel campo della trazione elettrica. Lo stesso Raworth restò però membro dei consigli di amministrazione di varie società ferroviarie sempre interessandosi di problemi di trazione, mentre suo figlio, Alfred Raworth (1882-1967) seguì le orme del padre e divenne uno dei maggiori progettisti di locomotori elettrici in Inghilterra tra il 1910 e 1930; a lui si deve la maggior parte del progetto dei locomotori della Southern Railway degli anni Venti.

Il sistema di recupero di Raworth era molto simile, come principio, a quello applicato nel 1939 ai filobus Breda della rete di Roma, con motori ad eccitazione composta e vari gradi di riduzione di eccitazione; i guai di Raworth derivarono in buona parte dall'eccesso di riduzione di eccitazione su un motore bipolare, con conseguente forte scintillamento al collettore e surriscaldamento della macchina; forse proprio all'eccesso di riduzione di eccitazione fu dovuto l'incidente di Rawtenstall. Ma non è del sistema di recupero Raworth che vogliamo qui occuparci, ma di un'altra proposta dello stesso, un sistema di avviamento e regolazione della velocità in un rotabile a trazione elettrica che, nonostante appaia subito di impossibile utilizzazione, presenta tuttavia alcune soluzioni che possono ritenersi di avanguardia; il relativo brevetto del Raworth è del 1884.

Il disegno sopra riportato è uno degli schemi presentati da Raworth nella domanda di brevetto (le lettere di riferimento sono state sovrascritte per migliorarne la leggibilità), mentre più oltre ne abbiamo tradotto la parte elettrica in uno schema più comprensibile degli scarabocchi dell'epoca (anzi, questo di Raworth è molto più comprensibile di altri); le lettere di riferimento sono le stesse nei due disegni.

La parte meccanica della macchina comprende il motore di trazione B, che aziona tramite una catena un doppio innesto elettromagnetico H, K: con l'eccitazione della bobina H si ha l'ingranamento della coppia a basso rapporto (1:3, alta velocità), mentre con la bobina K ingrana la coppia ad alto rapporto (1:5, bassa velocità). Le due ruote dentate condotte azionano l'assale motore. Il sistema, per come è disegnato, non è ben progettato: le ruote condotte, calettate sull'assale, trascinano inutilmente il pignone e l'innesto al momento non utilizzati a velocità elevata (con il rapporto alto il rapporto tra i due pignoni è 5:3).

La regolazione della velocità è ottenuta con l'inclusione di resistenze nel circuito di trazione e successivamente con riduzione di eccitazione del motore. L'elemento centrale del circuito di comando è il controller C, formato da un cilindro isolante Q portante una serie di settori metallici che possono entrare in contatto con una o più spazzole 1-18; i settori R, S, T sono elettricamente collegati tra loro, mentre i settori U, U', V sono singolarmente isolati. Per eseguire tutte le fasi successive dall'avviamento del rotabile fino al raggiungimento della velocità massima, il cilindro compie una rotazione di 360°, trovandosi quindi alla fine pronto alla successiva partenza, senza necessità di farlo ruotare in senso inverso; lo stesso cilindro è azionato da volantino da manovrarsi a mano, collegato all'albero del controller da un innesto elettromagnetico D escludibile con l'interruttore E. L'avviamento e la regolazione della velocità del rotabile procedono all'incirca nelle fasi indicate nella tabella seguente; occorre notare che apparentemente il cilindro non dispone di alcun dispositivo a ruota dentata e nottolino a molla che ne assicuri l'esatta posizione a fermo e quindi i numeri di posizione da 1 a 50 che abbiamo indicato sullo schema sono del tutto indicativi. La funzione dell'innesto elettromagnetico tra il volantino di manovra e l'albero del controller è alquanto oscura (si veda l'osservazione 2).

Posiz.
controller
Azione Circuito
1 Secondo la descrizione del sistema data nella nota del Richard (1), nella posizione 1 si ha l'avvio del motore a vuoto, ossia senza carico meccanico (non alimentando l'innesto di trasmissione), in serie a tutto il reostato. In realtà nel disegno allegato alla nota non esiste una posizione del controller nella quale, sempre secondo il Richard, si può "lanciare un po'" il motore per facilitare l'avviamento, con il contatto del settore U che chiude sulle spazzole 3 e 4 poco dopo il contatto delle spazzole 16 e 18 con i settori R ed S. Il circuito che realizzerebbe quanto descritto dal Richard, non presente nello schema originale, per la pos. 1 è +. interr. A, motore B, invertitore C, bobina innesto D (o interruttore E), controller spazz. 18-sett. R-spazz. 16, resist. W, X, terra.
2 Si inserisce tutto il reostato (res. W e X); sulla resistenza X si collega, a mezzo dei settori U, la bobina K dell'innesto sulla trasmissione del moto (bassa velocità); l'innesto inserisce il rapporto alto e il rotabile si avvia a bassa velocità. +A, B, C, D, controller spazz. 18-sett. R-spazz. 16, resist. W e X, terra; in parallelo ad X si trova la bobina K dell'innesto della trasmissione.
3...13 Si escludono successivamente le sezioni della resistenza W. c.s., col circuito chiuso successivamente dalle spazz. 15, 14,... 6.
14 Le resistenze W sono tutte escluse; il motore è in serie alla resistenza X ed alla bobina K dell'innesto della trasmissione. Questa sembra essere una posizione di marcia economica sulla quale il conducente può fermarsi. c.s., col circuito chiuso dalla spazz. 5.
15...25 Si reinseriscono successivamente le sezioni della resistenza W. c.s., col circuito chiuso successivamente dalle spazz. 6, 7,... 16
26 Il circuito di trazione è aperto, si interrompe l'alimentazione all'innesto della trasmissione; il rotabile prosegue la marcia per inerzia fino a fermarsi.  
27...37 Si ripetono i circuiti delle pos. 3...13, con la differenza che è ora eccitata, a mezzo dei settori U', la bobina H dell'innesto della trasmissione, che inserisce il rapporto basso per la velocità alta. +A, B, C, D, controller spazz. 18-sett. R-spazz. 16, 15,... 6, resist. W e X, terra; in parallelo ad X si trova la bobina H dell'innesto della trasmissione.
38 Le resistenze W sono tutte escluse; il motore è in serie alla resistenza X ed alla bobina H dell'innesto della trasmissione (notare la spazz. 17 chiusa sul settore V, alla quale non corrisponde alcun circuito chiuso). c.s., col circuito chiuso dalla spazz. 5.
39-50 I circuiti formati dai settori T ed U' restano immutati; nelle successive posizioni l'avvolgimento di campo del motore è shuntato da una resistenza successivamente decrescente, costituita dagli elementi della resistenza W. Il rotabile aumenta gradatamente la velocità, raggiungendo la massima con il controller in pos. 50 (massima riduzione di eccitazione). Tutte le pos. da 39 a 50 sono posizioni di marcia economica. c.s. ed inoltre spazz. 17-spazz. 16, 15,...6 con successivo cortocircuito delle resistenze W che si trovano ora in parallelo all'avvolgimento di campo del motore attraverso la spazz. 17.

Osservazioni.

  1. Il controller non sembra disporre di una posizione neutra posta all'inizio della corsa; l'apertura e la chiusura del circuito di trazione si dovrebbero sempre eseguire con l'interruttore di linea A. Esiste sul controller la pos. 26, ammesso che corrisponda realmente al circuito di trazione aperto, date le incertezze nel decifrare il disegno originario, che apparentemente si trova a circa metà corsa del tamburo e non se ne capisce la funzione; si potrebbe ipotizzare che sia questa la posizione neutra o di riposo del tamburo (pos. 0) e che ruotando lo stesso in un senso o nell'altro si eseguano le combinazioni di marcia a bassa (pos. 25, 24,... 14) o ad alta (pos. 27, 28,... 50) velocità; ma non si capirebbe allora la funzione dei punti da 1 a 13.
  2. Non sono chiare la costituzione e la funzione del dispositivo indicato con D, E. Secondo il Richard, si tratta di un innesto elettromagnetico (del quale è indicata la bobina di eccitazione) inserito tra il volantino di comando e l'albero del controller, ma non si riesce a capire che funzione possa avere questo innesto, dotato anche di un commutatore di esclusione. L'ipotesi più probabile è che il volantino azioni il controller a mezzo di un arpionismo (ruota dentata con nottolino a molla), in modo da centrare le successive posizioni del controller; diseccitando la bobina con lo spostamento su 2 del commutatore E oppure per apertura del circuito di trazione dall'interruttore di linea A, l'arpionismo si libera e il controller può essere riportato nella posizione iniziale (o tornare alla stessa a mezzo di una molla, come suggerisce il Richard).

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(1) Gustave Richard (Dunkerque 1849, Paris 1912), ingegnere al Servizio materiale e trazione della Compagnie de Chemins de fer du Nord, inventore di numerosi perfezionamenti alle macchine a vapore e autore di numerosi libri sull'argomento.


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rev. A 13/02/18