Veloce, comodo e moderno: mentre viaggi rilassato, ti sei mai chiesto come funziona un treno ad alta velocità? Ecco la tecnologia che muove i nostri treni.
Magari fra un pisolino e l’altro a bordo te lo sarai chiesto, o te lo avrà domandato tuo figlio durante la vostra ultima gita: come funziona un treno ad alta velocità? Risposta breve: i treni ad alta velocità funzionano a trazione elettrica, con alimentazione a corrente alternata tramite una linea aerea.
Ora che abbiamo risposto al quiz di ingegneria (non ce ne vogliano gli ingegneri 🙂 ), possiamo provare a spiegarlo in modo più semplice. Anche perché restano in sospeso altre domande: ad esempio, che tipo di motore fa girare le ruote di un treno ad alta velocità? Quanta corrente serve per alimentarlo? E che tipo di linea ferroviaria è necessaria per sostenere l’alta velocità?
Se vuoi capire davvero come funziona un treno ad alta velocità, seguici in questa piccola guida. Se saremo stati bravi, potrai anche usarla per soddisfare la curiosità di tuo figlio!
Il cuore del treno: il motore elettrico
Hai presente le calamite che compri in vacanza e poi attacchi sul frigo? Il principio che le fa appiccicare al metallo è il magnetismo ed è lo stesso per cui, se provi ad avvicinare due calamite, queste si respingeranno.
In scala più grande, è lo stesso fenomeno che fa girare il motore elettrico. Questo è composto da un insieme di avvolgimenti elettrici (immaginiamolo come una specie di mega-calamita) che si chiama rotore, e da altri avvolgimenti elettrici tutto intorno, che prendono il nome di statore. Una volta elettrificati, gli avvolgimenti elettrici dello statore si comportano come un magnete che cambia direzione nel tempo. Questo fenomeno, simile a quello delle calamite, è l’elettromagnetismo.
Il campo elettromagnetico del rotore continua a variare (vedremo tra poco come) facendo girare il rotore su se stesso come una trottola. Una volta creata questa rotazione (coppia rotante), è possibile trasferirla in modo meccanico alle ruote del treno, che sposteranno in avanti l’intero convoglio. Più coppia è in grado di fornire il motore, più veloce potrà andare il treno.
Fin qui tutto chiaro? Andiamo avanti!
I motori elettrici sono tutti uguali?
Hai presente la distinzione AC/DC? No, non stiamo parlando di musica rock-metal: è la differenza tra corrente alternata (AC) e corrente continua (DC). Per capirla, useremo un’altra metafora che può tornarti utile con tuo figlio.
Hai presente i circuiti delle macchinine? Immagina che corrano sempre nella stessa direzione: quella è la corrente continua. Se invece andassero un po’ in avanti, e un po’ indietro, quella sarebbe la corrente alternata.
Funzionano entrambi, solo che per poter usare l’energia prodotta in uno o nell’altro modo, i motori devono essere costruiti in due modi diversi. Il motore del nostro treno ad alta velocità è alimentato in corrente alternata: è proprio il cambio di direzione delle nostre “macchinine” che fa variare il campo elettromagnetico e fa girare il rotore.
Fino agli anni ’80, sui treni i motori più diffusi erano in corrente continua. Da allora in poi, grazie agli sviluppi dell’elettronica si è gradualmente passati alla corrente alternata, perché consente ai convogli di essere più potenti, consumare meno, e usurarsi meno nel tempo.
Da dove arriva l’energia elettrica che alimenta i motori dei treni?
L’alimentazione a corrente alternata è quella che viene impiegata dalle linee ad alta velocità. Le linee AC per l’alta velocità possono trasportare fino a 25mila volt di tensione elettrica.
Importante: l’alimentazione di una ferrovia non determina che tipo di motore una locomotiva debba montare. Su linee a corrente alternata è possibile infatti far correre anche dei treni che hanno dei motori DC: in questi casi, la corrente viene convertita da AC a DC tramite uno strumento apposito, che si chiama raddrizzatore, e che si trova a bordo treno.
I motori elettrici nei treni ad alta velocità
Il primo TGV del 1981 aveva un motore Alstom a corrente continua della potenza di 535 kW. A questa generazione seguì l’epoca dei motori a corrente alternata con un rotore particolare, detto avvolto, con una potenza doppia: 1130 kW.
Questo tipo di motore è utilizzato ad esempio dal TGV Atlantique, entrato in funzione nel 1989. Gli anni Duemila hanno visto il pieno sviluppo dei motori elettrici a corrente alternata: robusti, economici, e con una velocità di rotazione facilmente regolabile. Questi motori sono quelli installati nel TGV Est del 2007, che ha toccato una velocità di 542,9 km/h.
I motori odierni
Al giorno d’oggi, i motori più utilizzati nelle ferrovie grazie sono i Permanent magnet motors (PMM). Questo tipo di motore è compatto, poco rumoroso e consuma poco, ed ha un rapporto potenza/peso molto alto. I treni AGV della flotta Italo utilizzano proprio questo motore di ultima generazione.
Le linee di energia in Italia
Gli impianti di energia e trazione elettrica delle nuove linee ferroviarie ad alta velocità in Italia sono realizzati con il sistema AC 2 x 25 kV a 50 Hz. È uno standard internazionale, parte dei Trans-European railway interoperability standards dettati dall’Unione Europea.
La sigla significa che l’alimentazione arriva da una doppia linea aerea: il feeder e la Linea di Contatto, nella forma di 25mila Volt a corrente alternata, ad una frequenza di 50 mega-Hertz. Se sei curioso, puoi studiare questa lezione del Corso di Trazione Elettrica dell’Università di Pavia, che spiega in modo tecnico e dettagliato il funzionamento dell’AV in Italia.
I treni veloci italiani “raccolgono” l’elettricità dalla linea di contatto tramite un sistema di bracci metallici detto pantografo. La corrente va ad alimentare i motori PMM, che a loro volta azionano le ruote e permettono ai convogli di raggiungere velocità fino a 320 km/h.
Il video di Alstom
Ti lasciamo con questo breve video di Alstom che riassume la storia dei motori elettrici per i treni ad alta velocità, e che ha fornito diversi spunti per questo articolo. Quale sarà l’evoluzione dei motori elettrici per i treni negli anni 2020?