Trazione monofase: regolazione

Spazio dedicato a tutti i mezzi ferroviari ad alimentazione elettrica (locomotive, Ale, Etr)

Messaggioda Giovanni Pighini » 03/05/2015, 11:02

Da http://www.bardellarotaia.it/viewtopic.php?f=8&t=602
sincrono ha scritto:Si, Freelancer, un vero e proprio cerchio di fuoco, molto impressionante a vedersi (l'ho visto più volte sulle macchine ausiliarie dei motoventilatori/dinamo) . La cosa può verificarsi per diversi motivi: Superamento della tensione tra lamelle del collettore; per mancanza di manutenzione a causa di collettori molto sporchi del carbone delle spazzole che viene ad annullare l'isolamento delle lamelle; collettori molto usurati e incavati a cui vengono sostituite le spazzole senza preventivamente "pomiciare" i collettori. Questo può facilmente far comprendere perchè si cerchi di fare fuori le macchine con motori in c.c.. Troppa manutenzione (15/20.000km). Quello che viene chiamato flash, viene anche chiamato colpo di fuoco, fenomeno che si cerca assolutamente di evitare perchè rovina parecchio i collettori. Le operazioni di verifica e sostituzione delle spazzole, richiedeva anche una attenta visione del collettore per rilevare eventuali tracce di sfiammatine tre due o più lamelle e,nel caso, si procede con la pomiciatura dello stesso, operazione che si può effettuare in opera, sollevando l'asse interessato e alimentando il motore con un alimentatore specifico a bassa tensione. Si procede facendo girare il motore a bassa velocità e con un pezzo di pomice, si leviga la superficie delle lamelle. Una volta terminato, occorre "smicare" leggermente, ovvero, pulire lo spazio tra le lamelle. La locomotiva veniva rimessa in servizio con limitazione di velocità a 100kmh per 300km per adattamento spazzole, una sorta di rodaggio. Nel caso il collettore apparisse anche con segni profondi, il motore viene sostituito e inviato nel reparto dell'officina opportunamente attrezzato, smontato e tornito. In questo caso, dopo l'operazione, una profonda smicatura con l'apposito attrezzo.
Purtroppo, l'ovalizzazione dei collettori, si verifica eccome, specie con la 444 (ma solo se adoperate alla velocità max) dove è facile immaginare a che temperature possano arrivare i poveri motori, in particolare in arrivo e con lo spegnimento dei ventilatori e conseguente ulteriore innalzamento della temperatura. Naturalmente non è che il collettore diventasse ovale, ma si perdeva la perfetta rotondità, cosa che poteva fare saltellare le spazzole ad elevata velocità con conseguenti inneschi di arco. Nel caso, la locomotiva veniva limitata alla sola serie e shunt e fatta girare così fino una revisione importante.
Per quanto riguarda la "centrifugazione" dei motori, si, da quanto ne so, ho saputo che capitavano. Locomotori come il 646, con 12 motori e senza antislittante (installato solo con la modifica del telecomando), bisognava prestare parecchia attenzione, specie con le orecchie in quanto noi avevamo sott'occhio solo l'amperometro di un ramo. In queste condizioni avevamo il controllo solo nella "serie", dopo, solo con la sensibilità. C'è da dire che lo "sbandellamento" del motore era un evento rarissimo ma che poteva verificarsi nei vecchi motori, anche per un non perfetto legaggio degli avvolgimenti. Le forze elettrodinamiche che si creavano tra gli avvolgimenti, facevano il resto.



Stessi problemi immagino li abbiano anche le macchine monofase "tradizionali" a frequenza ferroviaria (Germania, Austria, Svizzera & co), visto che anche loro hanno motori a collettore.
Giovanni
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Messaggioda freelancer » 03/05/2015, 12:30

In alternata sono anche peggiori, qualcosa ho trovato...
Paolo
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Messaggioda Giovanni Pighini » 03/05/2015, 13:26

Già visto che la velocità incide tanto..... ma loro non si fanno problemi ad usare macchine antiche (anche perché quantomeno non sono reostatiche: quello che consumano lo usano!)
Giovanni
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Messaggioda ssb » 03/05/2015, 13:55

Non ho mai sentito parlare di questo problema sulle loc monofase. Sapete altro in proposito?
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Messaggioda Giovanni Pighini » 03/05/2015, 15:24

Non sono un esperto di elettrotecnica, riaprendo il Perticaroli (valido testo sui sistemi di trazione elettrici, in particolare ferroviari) ho trovato questo: in soldoni con l'alimentazione monofase l'annullamento della tensione residua durante la commutazione si ottiene solo per una velocità precisa. In particolare da fermo le tensione residua è massima e quindi si ha una corrente di circolazione che causa riscaldamenti localizzati sulle spazzole ed il collettore.
Per questo motivo le locomotive possono circolare per un tempo ridotto a basse velocità. Un accorgimento di cui sono dotati molti locomotori è quello di mettere in parallelo agli avvolgimenti dei poli ausiliari resistenza, induttanze e/o condensatori inseribili a determinate velocità, ottenendo varie velocità di compensazione.
Sarei curioso di vedere effettivamente come si realizza la cosa (e come sono collegati i motori "elettricamente" alla cassa del rotabile).
Giovanni
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Messaggioda sincrono » 03/05/2015, 16:44

Il motore a collettore è definito "universale" perchè in grado di funzionare sia in continua che in alternata. Ma, in verità, non è proprio così in quanto si devono evidenziare delle differenze importanti a partire dalla costruzione delle espansioni polari che devono essere assemblate con laminati e non con metallo pieno perchè devono offrire meno resistenza magnetica possibile per velocizzare il fenomeno dell'isteresi magnetica. E' anche per questo che si è scelta una frequenza molto bassa. Quindi, mentre un motore costruito per l'alternata può funzionare in continua, l'inverso causerebbe parecchi problemi diriscaldamento e malfunzionamento in generale. Lo scintillio al collettore è più accentuato rispetto ai motori in c.c. (come facevano i francesi con i 50hz? Usavano, forse, già i raddrizzatori?) Non conoscendo molto le macchine in oggetto, non saprei dare una risposta. Credo che vengano fatti funzionare anche a tensione più bassa rispetto ai nostri. Se qualcuno ha del materiale, sarei ben lieto di saperne di più.
n.b. Anche i motori delle nostre locomotive a chopper sono costruiti con espansioni lamellari, proprio perchè la forma d'onda delle correnti assorbite dal motore, è di tipo pulsante.
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Messaggioda tof63 » 03/05/2015, 18:59

Credo che potrebbe essere interessante una visita a questo sito svizzero in lingua italiana: http://www.sguggiari.ch/.

In particolare nella sezione "Schede tecniche" si trova una descrizione di quasi tutte le locomotive svizzere a 15kV 16 2/3Hz. Alcune di queste schede, in particolare quelle delle elettromeccaniche:
BLS Ae 4/4 http://www.sguggiari.ch/3_ae4_4.php
e FFS Ae 6/6 http://www.sguggiari.ch/3_ae6_6.php
sono corredate dallo schema del graduatore che permette di alimentare i motori ad una tensione variabile a 28 gradini da circa 30V a 500 senza l'uso di reostati.
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Messaggioda ssb » 03/05/2015, 19:16

Quello che posso dire, parlando ad esempio di una Re 420 svizzera che conosco bene (come macchinista, non come tecnico purtroppo...) è che la tensione ai motori va da 0 a 550V. Come saprete la tensione per i motori viene presa direttamente dal trasformatore, tramite un graduatore con 32 gradini a motore pneumatico. Un gradino = una tensione determinata ai motori. Per le basse velocità comunque si parla di tensioni al di sotto dei 250V sotto i 20km/h, non so di che cifre si parla per le macchine in CC, ma suppongo non sia moltissimo... :mrgreen:
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Messaggioda freelancer » 03/05/2015, 20:50

sincrono ha scritto: (come facevano i francesi con i 50hz? Usavano, forse, già i raddrizzatori?)

In gran parte... sì. Ignitroni prima, raffreddati ad acqua, poi, appena possibile, diodi al silicio. La locomotiva in questione è stata la BB12000. Anche le successive fino alla BB 15000, se ricordo bene, funzionavano così, la 15000 era già "a ponti controllati".

Ci fu anche una con motori monofasi a 50 Hz, la BB13000, piuttosto critica, in quella le lamelle del collettore non erano direttamente collegate alle spire del rotore ma vi erano delle resistenze in lega speciale. Nei primi tempi, le resistenze erano usate anche con le frequenze ridotte. Inoltre, i motori della BB13000 operavano a tensioni infime (sui 350 V: fra due fasi di un'utenza condominiale ce ne sono 400).

Le locomotive CC 14000 e 14100 erano complicate: le 14100 avevano un regolatore simile al Ward-Leonard, un motore monofase sincrono trascinava una dinamo in cui la tensione era variata variandone l'eccitazione con una dinamo ausiliaria; le 14000 avevano un complicatissimo convertitore mono-trifase antesignano degli inverter, variava la frequenza, questo evito di spiegare come funziona, anche se mi è stato tradotto a suo tempo.
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Messaggioda sincrono » 03/05/2015, 23:18

Grazie Freelancer, molto interessante. Avevo intuito che la tensione di alimentazione dei motori fosse tenuta piuttosto bassa. Considerato che, ad esempio, un 636 in serie ed in prima tacca, ai morsetti di ogni singolo motore, giungono poco più di 16V per arrivare a 500 a fine combinazione o a 1500V a fine parallelo, la differenza è evidente e conferma la difficoltà di commutazione di un motore monofase a collettore. Quindi i francesi utilizzavano gli ignitron per la conversione, similarmente a noi sulle Lebc. Solo che noi li chiamavamo "eccitroni" ed erano raffreddati ad aria, visto le basse potenze in gioco. Grazie anche ad ssb!
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Messaggioda ssb » 04/05/2015, 19:34

Quello che non capisco però è perchè nei motori monofase 16 e 2/3Hz il problema del "flash" è uguale se non peggiore :|
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Messaggioda freelancer » 04/05/2015, 20:32

Cerco di spiegarlo prelevando dai miei testi (Rerbora, Solari e Biasutti).
Quando una spira in commutazione è sul "piano neutro", il fatto che la corrente sia alternata induce nella spira stessa una tensione (detta statica) che, essendo la spira chiusa attraverso le spazzole, raggiunge valori di corto circuito. Questo è grosso modo il motivo per cui il rischio di flash dovrebbe essere maggiore anche con tensioni minori. Questa corrente non è dovuta alla commutazione ma è indotta dal campo magnetico principale che, essendo alternato, fa comportare la spira come il secondario di un trasformatore. Questo imponeva di collegare le spire alle lamelle del collettore non direttamente ma con apposite resistenze (con opprtuni accorgimenti, nelle potenze minori si è potuto sopprimere queste resistenze e le relative perdite.
Questo spiega anche perchè a bassa velocità funzionasse meno bene che ad alta. Ed è anche il motivo dell'uso di frequenze ridotte rispetto a quella industriale. I francesi lo hanno potuto costruire per 50 Hz nel 1954 circa.
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Messaggioda Giovanni Pighini » 05/05/2015, 14:21

Un ultimo appuntino Freelancer: le 14100 che citi non avevano un regolatore "simile al Ward-Leonard" in quanto è proprio il WL!
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Messaggioda freelancer » 05/05/2015, 14:49

Le 14100 sono chiamate dagli stessi francesi "monocontinua", è un metodo affine al WL ma i motori alimentati dal convertitore sono in serie o poco ne differiscono (la 14100 aveva motori ad eccitazione composta). O forse non si voleva usare il termine (che è il nome dell'inventore) per nazionalismo?
Peraltro lo scorso 18/2 è stato il centenario della morte di Harry Ward-Leonard (alcuni lo scrivono senza trattino, propendendo che Ward, il cognome di un antenato, fosse il "second name").
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Messaggioda Giancarlo Giacobbo » 05/05/2015, 16:55

Vado in OT per evidenziare il nazionalismo francese.
Una volta un francese, parlando nella sua lingua di geni dell'umanità, mi disse che Leonardo da Vinci era francese. Io gli dissi che era italiano, anche perché Vinci è una località italiana e non francese. Allora lui si corresse dicendo che Leonardo da Vinci era europeo. È un tutto dire. ;)
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