Salve,
mi presento, mi chiamo Francesco, scrivo per la prima volta su questo subforum Rotabili (sono poco poco più attivo sul modellismo).
Volevo porre una domanda. Ho qualche pubblicazione sulle loco elettriche FS, ultimamente ho acquistato un altro libro. Fra le pubblicazioni c'è confusione sul tipo di componenti elettronici degli inverter che montano le 402A. Alcuni indicano i GTO, altri sembrano far riferimento ai più vecchi SCR con circuito di spegnimento veloce. Ovviamente è esclusa l'ultima riqualificazione in atto nelle officine di Foligno
Qualcuno può chiarirmi?
Grazie, a presto
F.

Da quando esiste l'elettronica di potenza per motori in CA, +/- da quando la uso io, non ho mai sentito, e tanto meno visto, di inverter a SCR: sarebbe anche un suicidio circuitale. Magari in laboratorio ci hanno provato, ma quello che fa un inverter non lo puoi fare con gli SCR (poi ci sono tante cose chiamate inverter, ma non è il nostro caso).
Probabilmente la confusione nasce perchè, in tante pubblicazioni, si scrive che GTO e IGBT sono dei misti tra: transistor , mosfet e scr, è vero solo in parte, ed è una descrizione molto semplicistica.

Ho ancora conservato il libro istruzione FS per condotta locomotive per l'abilitazione della 402a.purtroppo sono fuori casa e non posso consultarlo.Mi ricordo che in fase di abilitazione si parlava del GTO,l'SCR forse le avevano le E.453/454 progetto poi abortito ( dico io:...per fortuna )

Le 402A sono nate ai tempi dei GTO.
Gli SCR sono state utilizzate in tutte le elettroniche di potenza con motori in CC nei tempi passati.
Oggi se serve per forza il motore in CC si usano GTO e IGBT: solo sugli azionamenti più semplici ed economici si usano ancora SCR, ma solo se l'alimentazione primaria è in CA.
Dando per assodato che il motore in CC si usa veramente dove non se né può fare a meno per via delle sue specifiche caratteristiche.

Direi che le E402a avevano un chopper a SCR con fuzione di stabilizzatore (limitatore) di tensione, seguìto da un inverter a GTO.

Fonte :
http://www.leferrovie.it/leferrovie/wik ... ive:e.402a di Daniele Neroni

Il motivo dei due sistemi in cascata risiede nella limitata tensione sopportabile dai GTO di allora.

Il SCR è un diodo dotato di un terminale di controllo. Normalmente il SCR è spento, ovvero non conduce in nessuna direzione.
Mandando corrente al terminale di controllo si innesca la conduzione, ovvero diventa un diodo.
Togliendo la corrente dal terminale di controllo, il componente non cambia stato e continua a condurre.
In un circuito a corrente continua lo si spegne drenando la corrente con un condensatore caricato a polarità opposta.
Per inserirlo esiste un complicato circuito chiamato chopper, che comprende un SCR ausiliario, un diodo ed una induttanza. Tutti componenti dimensionati per le alte tensioni e correnti in gioco.
I SCR sono di due tipi : quelli fatti per parzializzatori a 50..60 Hz e quelli veloci, capaci di commutazioni anche dell' ordine dei kHz.
Solo i secondipossono esere utilizzati nei choppers.

Il GTO è un SCR costruito in modo che una corrente negativa (uscente) dal terminale di controllo riesca a spegnere il componente.
Si tratta di una corrente dell' ordine di grandezza di quella di conduzione principale.
Il vantaggio stà nella bassa tensione richiesta al terminale di controllo.

L' IGBT (tutte le locomotive moderne) è un transistore BJT pilotato da un transistore FET ed ha i seguenti vantaggi :
- potenza minima richiesta al terminale di controllo per la conduzione
- spegnimento al cessare della tensione di controllo
- buona velocità di commutazione
- alte tensioni sopportabili (quelli di oggi)
con anche qualche svantaggio :
- caduta di tensione in conduzione non molto bassa (con conseguente dissipazione di calore)
- (mi sembra di ricordare anche) utilizzo del silicio meno efficiente rispetto al SCR

Quanto alla DB 102, la prima locomotiva con inverter e motori trifase, non ricordo se fosse a GTO o a SCR.
I GTO erano ancora giovani.


Stefano Minghetti

forse volevi scrivere 120,la prima vera loco elettronica con motori trifasi in Europa.

Sì, certo, la DB 120, che derivava delle esperienze fatte con la diesel-elettrica Henschel-BBC DE2500. Tecnica stupefacente per l' epoca.

Cercando in rete ho anche trovato notizia del seguente libro :
Electric Traction - Motive Power and Energy Supply_ Basics and Practical experience - Andreas Steimel
Al paragrafo 6.6.1 a pagina 96 mostra il circuito di un ramo di un convertitore trifase costituito da una coppia di SCR e dotato di un circuito di spegnimento fatto con un condensatore, un induttore e due SCR ausiliari. Il circuito di spegnimento era brevettato e consentiva di usare meno componenti rispetto a due circuiti di spegnimento separati.

Quando progettarono questo circuito i GTO esistevano già, ma erano ancora agli inizi e non erano ancora sufficientemente robusti per quelle tensioni e correnti.
I GTO sarebbero poi stati disponibili per quelle potenze solo dagli anni '80.


Stefano Minghetti

Fuori argomento.Il tutto ( locomotive elettroniche ) l'antenata non era stata la SJ serie Rc a Tiristori'?

Tiristore = SCR,
dipende dalla lingua e dal manuale tecnico

Giusto per la cronaca, oggi gli IGBT in Silicio si avviano sul viale del tramonto: il Silicio ha ormai raggiunto l'apice delle sue prestazioni e non potrà più essere migliorato più di tanto. La nuova frontiera (per i dispositivi di potenza, beninteso) sono i componenti in GaN...

era con motori CC, ed era prestazionalmente inferiore alla nostra E444 005.
era solo enormemente avvantaggiata nella messa a punto essendo a CA, il che permette di poter operare con tensioni basse all'uscita del trasformatore. e con circa 700V in ingresso al chopper era decisamente avvantaggiata potendo usare componentistica all'epoca gia disponibile per usi industriali ed eliminando alla radice i problemi di isolamento e sovratensione.

Ah, sì, le ASEA !
Non è fuori argomento, dato che era il primo utilizzo di SCR (Silicon Controlled Rectifier) o Thyristori, componenti costruiti dalla ASEA stessa.
D' altronde, all'inizio della trazione elettronica italiana, Ansaldo di Genova costruiva i componenti elettronici di protenza.

Ma, come accennato da andrea.terzi, vale la pena sottolineare che fra la regolazione a parzializzazione d' onda e la regolazione a chopper, la differenza è abissale.
Questo perchè nella parzializzazione è sufficiente dare al tiristore un impulso per ciclo, sfasato opportunamente, per ottenere tutta la gamma di regolazione.
Il rovescio della medaglia è la generazione di correnti fortemente impulsive (alto contenuto di armoniche) che riducono l' efficienza del sistema di trasporto di energia. Per mitigare il fenomeno sono usati vari sistemi. Di uno di essi si era discusso in http://forum.duegieditrice.it/viewtopic ... hilit=1044 ove si esamina il circuito di trazione della 1044 austriaca.

Col chopper, invece, fino a chè non sono arrivati gli IGBT, occorreva spegnere il componente attivo, SCR o GTO che fosse, impiegando potenze anche notevoli.

Per avere un' idea delle grandezze in gioco, ecco una veloce comparazione :
- SCR, POWEREX, TDK4_30
........ 4500 V, 3070 A, Euro 772 per 1 pezzo (sito DigiKey)
........ corrente di innesco al gate : 300 mA, corrente di spegnimento = corrente di conduzione : p.es. 3070 A 600 us
........ caduta di tensione in conduzione 1.2 V @ 1000 A

- GTO SCR, ABB, 5SGF 30J4502
........ 4500 V, 960 A, $ 2394 per un pezzo (sito tme.eu)
........ corrente di innesco al gate : 2.5 A, corrente di spegnimento al gate max 800 A (40 A/us * 20 us max)
........ caduta di tensione in conduzione 2.5 V @ 1000 A

-IGBT, IXYS, IXYL60N450
........ 4500 V, 90 A, Euro 73 per un pezzo (sito DigiKey)
........ corrente di pilotaggio di gate : 6.6 Ap * 0.06 us, corrente di spegnimento al gate max 6.6 A * 0.06 us, tempo di spegnimento 1.4 us
........ caduta di tensione in conduzione : 3.3 V @ 60 A
Non ho trovato IGBT più grandi. Per condurre 1000 A, ne occorrono circa 18.

Dai dati mostrati, si nota che occorre una potenza di picco di :
- SCR : accensione = 1 W, spegnimento = 300 W (a 500 Hz)
- GTO : accensione = 1 W, spegnimento = 200 W (a 2 kHz)
- IGBT : accensione = 36 W, spegnimento = 36 W (a 10 kHz, 18 IGBT in parallelo)

ma anche la potenza dissipata in conduzione diretta :
- SCR : duty cycle 50% : 600 W
- GTO : duty cycle 50% : 1250 W
- IGBT : duty cycle 50% : 3500 W
Ad esse si devono aggiungere le dissipazioni durante le commutazioni, che possono anche eguagliare o superare quelle di conduzione diretta. Ed ovviamente sono da sommare ! Più il componente è lento a commutare, maggiori saranno le perdite di commutazione.

Ecco spiegata la necessità di un raffreddamento a liquido degli IGBT. Scaldano molto di più.

Fare un inverter con tiristori (SCR) è assai limitativo. Il tempo di spegnimento di 600 us limita la frequenza di commutazione a qualche centinaio di Hz, con conseguente generazione di un' onda distorta. Lo si può compensare con filtri, ma pesano e sono ingombranti.

Si nota anche che coi componenti più nuovi aumenta la frequenza di commutazione e, quindi, l' accuratezza della forma d' onda. E' importante, perchè la distorsione dell' onda provoca abbassamento del rendimento del motore.


Stefano Minghetti

Forse a kecco65 è questo che interessa :

Dal Libro Forza e velocita' E.402A di Angelo Nascimbene edito da Duegi Editrice

Ho un manifesto ANSALDO sulla E402b. E' magnificata come macchina di 2a generazione ed ha i convertitori di trazione a GTO.

Da altri indizi trovati in rete, credo fosse :
- E402a :
........... 2 choppers innalzatori a 4200 V (?) a SCR, uno per carrello
........... 2 convertitori trifase di trazione a SCR, uno per carrello
........... inverter dei servizi ausiliari a GTO
- E402b :
........... 2 choppers innalzatori a 4200 V a SCR, uno per carrello
........... 2 convertitori trifase di trazione a GTO, uno per carrello
........... inverter dei servizi ausiliari a GTO


Stefano Minghetti

edit : aggiunto punto interrovativo alla tensione intermedia della 402a

Grazie a tutti per le informazioni. Dunque dagli ultimi interventi sembrerebbe che gli inverter delle 402A siano a tiristori SCR. Questo potrebbe spiegare anche il motivo di uno stadio chopper elevatore a 4200V in ingresso agli inverter, potrebbe servire per ottimizzare il dimensionamento dei condensatori dei circuiti di spegnimento veloce. Mi sembra infatti che il primo stadio degli azionamenti che utilizzano inverter a GTO stabilizzi a tensioni inferiori a 4200V.
Ciao.
F.