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Controllo di carico analogico


Se alimentiamo un motore elettrico con una certa tensione si portera' nominalmente ad una velocita' dipendente dalle sue caratteristiche elettriche e meccaniche (numero di poli e spire, attriti...) e dal carico a cui e' sottoposto: se non conosciamo precisamente questo carico  non riusciremo a controllarne la velocita' in maniera precisa. Per controllare la velocita' di rotazione del motore abbiamo bisogno di un controllo del carico a cui il motore e' sottoposto.

Il controllo di carico  e' possibile solo sfruttando una caratteristica comune a tutti i motori elettrici:

"Un motore elettrico genera una forza controelettromotrice (BEMF) proporzionale alla propria velocita' di rotazione"

che e' anche il principio su cui si basano dinamo e alternatori. Quindi riassumendo se noi facciamo girare un motore "a vuoto" riusciamo a predirne la velocita', se lo freniamo non riusciremo piu' a controllare la sua velocita' a meno di "leggere" attraverso la forza controelettromotrice la sua reale rotazione. La forza controelettromotrice si puo' leggere solamente "interrompendo" il pilotaggio del motore per alcuni millisecondi e leggendo la tensione generata dalla rotazione del motore, comunque abbastanza velocemente perche' la velocita' stessa non inizi a decrescere.

Come si applica questo controllo al modellismo ferroviario?


Questo controllo permette di "stabilizzare" la velocita' nei locomotori specialmente nelle condizioni di contatto o rotazione incerte (avvio e minimo) e nei casi in cui la variazione di carico e' notevole (discese e salite). Vediamo piu' in dettaglio.


1. Funzionamento al minimo:

Al minimo la rotazione del motore e' incerta perche' dominata dagli attriti statici delle spazzole e degli ingranaggi che portano il moto alle ruote. Inoltre le incertezze anche piu' piccole nella captazione dell'alimentazione si trasformano subito in un "impuntamento" del modello che non ha sufficiente inerzia per superare il punto morto. Nel filmato seguente si puo' vedere il funzionamento al minimo di una loco:



Si puo' notare come la velocita' iniziale di partenza sia abbastanza elevata (effetto non in scala di partenza "in quarta") e non appena inizia la salita la loco si ferma perche' a basse tensioni di alimentazione la coppia del motore non e' sufficiente per spingere il modello in salita. Al contrario nel caso di controllo della velocita' attraverso la forza controelettromotrice l'alimentatore controllera' centinaia di volte al secondo la reale rotazione del motore e riuscira' a ottenere un minimo molto piu' stabile e in scala (3 Km/h!!!)



Si nota anche che l'inizio della salita non influenza minimamente la velocita' della loco che continua a salire a 3Km/h...


2. Salite e discese:

Nelle salite e discese il carico della loco stessa o di tutto il convoglio causera' delle condizioni di lavoro molto diverse rispetto a quelle a vuoto. Estremizzando questo concetto e introducendo una salita molto ripda (7% !!!) si vede che il modello (a parita' di alimentazione alle rotaie) in discesa accelera notevolmente fino a 55 Km/h



mentre in salita decelera fino a 26 Km/h, con una differenza di velocita' relativa maggiore del 100% tra salita e discesa.



al contrario con il controllo di carico inserito la velocita' rimarra' assolutamente costante perche' sara' proprio l'alimentatore a far salire la tensione di alimentazione quando il motore "gira" troppo piano (in salita) e a far scendere la tensione di alimentazione quando il motore "gira" troppo velocemente (in discesa)


Ovviamente ogni motore ha una sua dinamica, di conseguenza i test sono stati fatti con "classi" di locomotori diversi e con caratteristiche molto distanti tra loro:
  • Loco E656 ROCO (grande inerzia, motore con coppia media)
  • Loco E444 Hornby Rivarossi (piccola inerzia, grande coppia)
  • Loco E444 Hornby Lima (motore G, piccola inerzia, coppia media, irregolarita' di rotazione dovuta alle espansioni polari)
  • Loco E646 Rivarossi (grande inerzia, coppia medio-bassa)