Kálmán Kandó

Kálmán Kandó

Kálmán Kandó de Egerfarmos et Sztregova (Pest, 8 luglio 1869 – Budapest, 13 gennaio 1931) è stato un ingegnere e inventore ungherese. Era specializzato nello sviluppo di materiale rotabile ferroviario.

La forma nativa di questo nome personale è Kandó Kálmán. In questo articolo si usa l’ordine dei nomi occidentale quando si menzionano gli individui.

Statua di Kálmán Kandó a Székesfehérvár

Biografia

Kálmán Kandó nacque l’8 luglio 1869 a Pest in un’antica famiglia nobiliare ungherese. Suo padre era Géza Kandó (1840-1906) e sua madre Irma Gulácsy (1845-1933). Iniziò gli studi ginnasiali al Liceo luterano di Budapest in via Sütő. I genitori lo trasferirono da una scuola affollata a una scuola più piccola, un ginnasio sperimentale fondato da Mór Kármán. Si iscrisse all’Università Tecnica di Budapest la Királyi József Műegyetem ed ottenne la laurea in Ingegneria meccanica nel 1892, con qualifiche eccellenti. Kandó prestò servizio volontario nella Marina austro-ungarica fino al 1893. Dopo il servizio militare, nell’autunno del 1893 si recò in Francia e lavorò alla Fives-Lille come ingegnere junior, dove progettò e sviluppò i primi motori a induzione per locomotive. Sposò Ilona Mária Petronella Posch (1880-1913) a Terézváros il 2 febbraio 1899.[6] Il loro primo figlio, anch’egli chiamato Kálmán, nacque nell’inverno del 1899, e la loro figlia Ilona Sára nel 1901. Si trasferì per un periodo in Francia e nel 1907 in Italia dove rimase fino al 1915. Il 9 luglio 1913 la moglie morì di insufficienza renale a Rozsnyó. Il figlio Kálmán divenne ufficiale. Il 18 ottobre 1922 il figlio Kálmán si suicidò con la pistola d’ordinanza (in circostanze poco chiare) in una caserma. La figlia Ilona Mária si sposò il 7 luglio 1923 e il nipote George (anch’egli ingegnere) nacque il 5 giugno 1924. Morì il 13 gennaio 1931 (61 anni) a Budapest, allora ancora Regno d’Ungheria per un infarto.

Lavoro sull’elettrificazione ferroviaria

Fu un eclettico progettista e realizzatore di motori trifase di grande potenza e contribuì largamente allo sviluppo delle prime locomotive elettriche con delle concezioni originali nell'architettura dei gruppi di trazione. Per la prima volta nella storia della trazione ferroviaria, Kandó applicò la corrente alternata trifase ad alta tensione alla trazione ferroviaria. Nel 1894 Kálmán Kandó sviluppò motori e generatori in corrente alternata trifase ad alta tensione per locomotive elettriche; è considerato il padre del treno elettrico. Il suo lavoro sull’elettrificazione ferroviaria si svolse inizialmente presso gli stabilimenti elettrici Ganz di Budapest.

Francia

Come accennato, dopo il servizio militare, nell’autunno del 1893 si recò in Francia e lavorò alla Fives-Lille come ingegnere junior, dove progettò e sviluppò i primi motori a induzione per locomotive. Per la costruzione di motori a induzione sviluppò una procedura di calcolo e progetto completamente nuova, che rese possibile produrre motori di trazione AC economici per la Fives-Lille. I primi progetti del 1894 furono applicati alla breve tranvia in AC trifase a Évian-les-Bains (Francia), costruita tra il 1896 e il 1898. Era azionata da un sistema di trazione asincrono da 37 HP. progettò motori elettrici asincroni trifase più idonei al posto dei meno efficaci motori sincroni dei precedenti progetti di locomotive. Nel giro di un anno fu nominato capo ingegnere dello sviluppo dei motori elettrici presso l’azienda francese. András Mechwart (allora direttore generale della Ganz & Co.) nel 1894 gli chiese di tornare in Ungheria invitandolo a lavorare al reparto di ingegneria elettrica della Ganz.

Società Ganz, Budapest

Dopo un periodo passato alla Ganz, nel 1907 Kálmán Kandó si trasferì con la famiglia a Vado Ligure, in Italia, trovando impiego presso la Società Italiana Westinghouse la cui sede italiana era stata appena aperta per partecipare ad importanti commesse ferroviarie nell'ambito della elettrificazione delle ferrovie italiane.

Italia: progettare la prima linea ferroviaria principale elettrificata al mondo

Voci principali: FS E.430 e FS E.360.

La linea della Valtellina, aperta nel settembre 1902 dimostrò la applicabilità della trazione elettrica alle linee di grande traffico. La Rete Adriatica aveva commissionato l'intero progetto di elettrificazione alla ditta Ganz di Budapest, una delle più quotate dell'epoca; gli impianti furono realizzati così sotto la supervisione e secondo il progetto dell'Ing. Kandó. Egli progettò così le prime locomotive trifasi E.430 per la linea stessa e successivamente anche l'E.550 e l'E.330 concepite per le linee di valico. La sua applicazione dei sistemi polifase e a cambio di fase alle locomotive aprì un nuovo capitolo nella storia e nello sviluppo delle ferrovie nel mondo. Si deve al suo intuito in particolare la Trasmissione iperstatica a bielle di molte serie di locomotive italiane e di prototipi di altre ferrovie europee. Nella stazione di Colico in provincia di Lecco, sulla ferrovia della Valtellina che vide la nascita della trazione elettrica a corrente alternata trifase, è stata collocata una targa in lingua italiana e ungherese a ricordo di Kandó.

Locomotiva elettrica RA 361 (poi FS E.360) della Ganz per la Valtellina, 1904.

Nel 1897 Kandó progettò un sistema elettrico e i motori per le ferrovie italiane; la trazione elettrica aveva grandi vantaggi e importanza sulle ripide linee ferroviarie delle regioni montuose d’Italia. Sotto la sua guida, la Ganz iniziò a lavorare sulla trazione ferroviaria trifase. In base al loro progetto, la Ferrovia della Valtellina fu elettrificata nel 1902 e divenne la prima linea ferroviaria principale elettrificata d’Europa.

Per la linea della Valtellina, la corrente trifase era fornita a 3.000 volt (poi aumentati a 3.600 V) attraverso due linee aeree, mentre le rotaie fornivano la terza fase. Negli scambi, le due linee aeree dovevano incrociarsi e ciò impediva l’uso di tensioni molto elevate.

Il sistema trifase a due fili fu usato su diverse ferrovie dell’Italia settentrionale e divenne noto come “sistema italiano”.

La sperimentazione e poi l'esercizio regolare col sistema di trazione elettrica a corrente alternata trifase a frequenza ferroviaria, svoltosi sulle linee della Valtellina (Colico-Sondrio e Colico-Chiavenna, attivate il 4 settembre 1902, e Colico-Lecco, attivata il 15 ottobre 1902, prolungata nell'aprile 1910 fino a Calolziocorte) e del traforo del Sempione (Iselle di Trasquera-Briga, attivata il 1º giugno 1906) avevano dato ottimi risultati. Essi spinsero le neoistituite FS dirette dall'ingegner Riccardo Bianchi (che come componente della commissione Nicoli-Grismayer aveva promosso i primi esperimenti italiani di trazione elettrica) a predisporre fin dal 1905-1906 un primo impegnativo programma di elettrificazioni da completare entro il 1911, comprendente le linee di valico: i Giovi, il Frejus, la Savona–San Giuseppe di Cairo–Ceva, la Porrettana, la Napoli–Salerno con la diramazione Torre Annunziata–Castellammare di Stabia; e le linee pianeggianti o moderatamente acclivi accentrate su Milano: Milano–Lecco con diramazione Carnate–Bergamo, Milano–Arona con diramazione Gallarate-Laveno, Iselle di Trasquera–Domodossola da prolungare fino ad Arona.

Si trattava dell’elettrificazione di altri 2.000 km di linee, con la restrizione che apparecchiature elettriche e il materiale rotabile fossero prodotti solo in Italia. La Westinghouse così, acquistò i brevetti di Kandó e pagò una licenza per i motori elettrici della Ganz. La Westinghouse costruì anche uno stabilimento per locomotive a Vado Ligure e nominò Kandó a dirigerlo. Kandó accettò e si trasferì a Vado con diversi colleghi ungheresi. In Italia furono sviluppate sotto la sua guida due tipologie di locomotive: una da 1500 kW, la E 550, per treni merci, per le linee più acclivi di valico che vennero realizzate in 186 esemplari e

La E 550

e un'altra per treni passeggeri più potente, la E330 da 2000 kW , di cui furono prodotti in totale 16 esemplari. Da questi inizi prese spunto un'intera famiglia di locomotive trifasi che vennero utilizzate sulle linee italiane elettrificate col sistema trifase a catenaria bifilare. In onore del suo lavoro, Kandó fu in quegli anni insignito del titolo di Commendatore dell’Ordine della Corona d’Italia, ma nel 1915 dovette fuggire attraverso la Svizzera, poiché l’Italia, entrando nella Prima guerra mondiale a fianco dell’Intesa, dichiarò guerra alla Monarchia austro-ungarica di cui Kandò era cittadino.

Oggi non vi sono più ferrovie nel mondo che utilizzano questo sistema trifase con catenaria bifilare: l'Italia che fu la prima ad adottarlo, abbandonò infine per ultima il sistema trifase nel 1976.

Elettrificazione delle linee della metropolitana di Londra, una vittoria morale

Sulle District e Metropolitan Railways, l’uso di locomotive a vapore portava a stazioni e carrozze piene di fumo, impopolari tra i passeggeri, e all’inizio del XX secolo l’elettrificazione fu vista come la strada da seguire. Fu indetta una gara per un sistema elettrico e le maggiori aziende europee e americane parteciparono. Tuttavia, quando gli esperti delle ferrovie confrontarono i progetti della Ganz con le offerte degli altri grandi concorrenti, conclusero che la tecnologia della Ganz era più economica e affidabile, e la definirono una “rivoluzione nella trazione ferroviaria elettrica”. Nel 1901, un comitato congiunto Metropolitan-District raccomandò il sistema AC trifase della Ganz con linee aeree. Inizialmente la raccomandazione fu accettata all’unanimità da entrambe le parti, finché la District trovò un investitore, l’americano Charles Yerkes, per finanziare l’aggiornamento. Yerkes raccolse 1 milione di sterline (1 milione del 1901, pari a 137 milioni odierni) e presto prese il controllo della District Railway. Tuttavia Yerkes preferiva il sistema classico in corrente continua (DC), simile a quello in uso sulla City & South London Railway e sulla Central London Railway. La Metropolitan protestò contro il cambiamento, ma dopo un arbitrato del Board of Trade fu adottato il sistema DC.

Vienna, l’invenzione del convertitore di fase

Durante la Prima guerra mondiale, tra il 1916 e il 1917, Kandó fu tenente in servizio presso il Ministero della Difesa a Vienna. Lavorò a un sistema rivoluzionario di trazione elettrica con cambio di fase, in cui le locomotive erano alimentate dalla corrente alternata monofase a 50 periodi della rete nazionale. Fu il primo a riconoscere che un sistema ferroviario elettrico può avere successo solo se utilizza l’elettricità delle reti pubbliche. Nel 1918, Kandó inventò e sviluppò il convertitore di fase rotante, che consentiva alle locomotive elettriche di usare motori trifase pur essendo alimentate tramite un unico filo aereo che portava la semplice AC monofase a 50 Hz delle reti ad alta tensione.

Ungheria

Locomotiva elettrica MÁV V40 di Kandó

Per evitare i problemi associati all’uso di due fili aerei, Kandó sviluppò un sistema modificato per l’Ungheria. Non essendo ancora stati inventati i semiconduttori di potenza negli anni ’30, i sistemi delle locomotive Kandó V40 si basavano su elettromeccanica ed elettrochimica.

Convertitore di fase sincrono Kandó

La prima locomotiva con convertitore di fase fu la V50 di Kandó (solo per dimostrazione e prove).

La corrente monofase era fornita a 16.000 volt e 50 Hz attraverso una singola linea aerea e convertita in trifase a bordo della locomotiva da un convertitore di fase rotante. I motori di trazione, prodotti dalla Metropolitan-Vickers, avevano un diametro molto grande, 3 metri, e incorporavano quattro serie di 24 poli magnetici ciascuna, inseribili a piacere nello sforzo di trazione, producendo velocità costanti molto efficienti di 25, 50, 75 e 100 km/h su rotaia (oppure 17/34/51/68 km/h per la variante da treni merci pesanti V60, con sei coppie di ruote motrici più piccole).

Creò una macchina elettrica chiamata convertitore di fase sincrono, costituita da un motore sincrono monofase e da un generatore sincrono trifase con statore e rotore comuni.

Aveva due avvolgimenti indipendenti:

• L’avvolgimento esterno è un motore sincrono monofase. Il motore prende potenza dalla linea aerea.
• L’avvolgimento interno è un generatore sincrono trifase (o a fase variabile), che fornisce potenza ai motori di trazione a tre (o più) fasi.

La compagnia MÁV decise di elettrificare la linea principale Budapest-Hegyeshalom, lunga 190 km, con il nuovo “sistema Kandó”. Il sistema era alimentato da una linea di trasmissione trifase a 110 kV proveniente dalla centrale di Bánhida, messa in servizio nel 1930, tramite una linea aerea monofase a 16 kV 50 Hz e convertito in quattro sottostazioni di trasformazione. Dei quattro tratti di linea, due erano collegati alla stessa fase e gli altri due all’altra fase. Ciò significa che la ferrovia, nonostante l’alimentazione monofase, forniva comunque un carico approssimativamente simmetrico alla centrale. Le sottostazioni erano semplici, economiche e con un’ottima efficienza. La distanza tra le sottostazioni era maggiore che in qualsiasi altro sistema (35–40 km). In via sperimentale, la sottostazione di Torbágy fu spenta e l’alimentazione fu presa da Bánhida. Anche così si poté mantenere un servizio ininterrotto su 74 km dal punto di alimentazione. La linea, che applicava il suo sistema di cambio di fase, fu elettrificata fino a Komárom e aperta al traffico nel 1932.

Dettagli del gruppo V40

La sfida maggiore fu realizzare una locomotiva capace di operare con alimentazione a 50 Hz. Il primo prototipo fu costruito nel 1913 e subì modifiche in base all’esperienza operativa. Le corse di prova furono condotte sulla linea sperimentale Budapest-Alag. Questi esperimenti portarono allo sviluppo della serie V40 a cambio di fase, nota anche come “locomotiva Kandó”. Aveva una potenza di 2.500 HP. La corrente monofase a 16 kV prelevata dalla linea aerea era fornita direttamente all’avvolgimento primario del cambia-fase attraverso il pantografo e l’interruttore principale. Il cambia-fase era una soluzione innovativa, in anticipo sui tempi. Era una macchina elettrica estremamente complessa. Il suo avvolgimento primario era nello statore. Questo avvolgimento, insieme al rotore eccitato in corrente continua, funzionava come un motore sincrono monofase. Il rotore, situato nelle cave dei pacchi statorici, induceva tensioni a 3, 4 o 6 fasi secondo la sequenza di commutazione; quindi l’avvolgimento secondario formava un generatore multifase con il rotore. Il cambia-fase combinava così in un’unica macchina un motore sincrono monofase e un generatore multifase. Degno di nota il sistema di raffreddamento ad acqua integrato negli avvolgimenti del rotore. L’unico motore della locomotiva, un motore a induzione multifase, riceveva una tensione intorno a 1.000 V dal cambia-fase. Il cambia-fase forniva corrente costante a 50 Hz, per cui la variazione della velocità e del senso di marcia era ottenuta commutando il numero di poli del motore. La transizione continua tra le velocità sincrone risultanti dalla commutazione dei poli era assicurata da una resistenza ad acqua.

Fattore di potenza

Un grande vantaggio di questo schema era un fattore di potenza vicino a 1,00 nell’apparecchiatura collegata alla catenaria, soddisfacendo i severi regolamenti di ripartizione del carico delle centrali elettriche. Il fattore di potenza inaccettabilmente basso dei motori elettrici progettati prima della Seconda guerra mondiale (talvolta fino a 0,65) non si avvertiva all’esterno delle locomotive Kandó, poiché il macchinario cambia-fase forniva isolamento.

Controllo della velocità

Le velocità intermedie erano mantenute collegando alla linea una resistenza regolabile a base di acqua e salnitro, che riduceva l’efficienza della locomotiva. Gli orari delle linee elettrificate avrebbero dovuto consentire l’uso delle velocità costanti a piena efficienza per la maggior parte del tempo ma, in pratica, la necessità di condividere la linea con treni trainati da locomotive a vapore MÁV 424 significava che il “cambio a reostato”, assetato d’acqua e inefficiente, doveva essere usato spesso.

Trasmissione “triangolo Kandó”

La forza motrice era trasferita alle ruote tramite un sistema tradizionale a bielle, progettato per favorire fabbricazione e manutenzione nell’ambito, allora prevalentemente “a vapore”, delle Ferrovie Ungheresi (MÁV). Il cosiddetto triangolo Kandó trasferiva la potenza dal motore elettrico alle bielle in modo che non si esercitassero forze oblique sul telaio, rendendo la V40 meno dannosa per l’armamento rispetto alle macchine a vapore. In pratica il sistema a bielle della V40 risultò tuttavia troppo “delicato” per le abitudini manutentive vigenti per le locomotive al vapore dell'epoca e richiese cure più frequenti.

Trasmissione ad albero

Più di un decennio dopo la morte di Kandó, la Ganz costruì due nuovi prototipi a trasmissione ad albero, per consentire velocità di 125 km/h. Le V44 risultarono però troppo pesanti per uso generale, a causa del carico per asse di 22 tonnellate. Entrambi i veicoli furono infine distrutti nei bombardamenti dell’USAAF nel 1944, percorrendo in tutto solo 16.000 km.

Motori montati sui carrelli

Dopo la Seconda guerra mondiale fu costruita un’ultima serie di locomotive elettriche a cambia-fase dal nuovo governo comunista ungherese. A causa delle restrizioni della Guerra fredda, il tipo innovativo V55,[25] che utilizzava motori montati sui carrelli, dovette essere costruito interamente con componenti nazionali e soffrì di problemi di affidabilità nel sistema di trazione a doppia conversione (cambiaphase/convertitore di frequenza). (I motori di trazione delle V40 e V60 pre-belliche erano realizzati in Gran Bretagna dalla Metropolitan-Vickers, nell’ambito di un programma di aiuti economici organizzato da Lord Rothermere.)

Conservazione

Attualmente sopravvive un esemplare per ciascuna delle V40,[26] V55[27] e V60[28]. Sono preservati al Parco Ferroviario Storico di Budapest, ma necessitano di restauro dopo decenni di esposizione statica all’aperto. Se i finanziamenti lo permetteranno, la V40 riparata potrebbe tornare su linea per “servizi nostalgici”, con l’aggiunta di un front-end a semiconduttori per la conversione 25→16 kV AC.

Francia

Nel 1926 Kandó progettò le locomotive 1,5 kV DC 2BB2 400 (fr: 2BB2 400) per la linea Paris-Orléans, che furono le locomotive in corrente continua più potenti d’Europa all’epoca. Le Officine Ganz di Budapest fornirono queste due locomotive, su progetto di Kálmán Kandó.

Regno Unito

Otto anni dopo la morte di Kandó, l’ufficio tecnico della Ganz vinse diverse gare nel Regno Unito, basate per lo più sulle tecnologie più recenti di Kandó. A ditte britanniche fu affidata l’implementazione di questi piani. Esistevano progetti per usare il sistema trifase a due fili sulla Portmadoc, Beddgelert and South Snowdon Railway in Galles e sulla Metropolitan Railway di Londra, ma nessuno dei due si concretizzò a causa dello scoppio della Seconda guerra mondiale.

Bibliografia

• T. Varfalvi: 50 Jahre elektrischer Zugbetrieb Budapest - Hegyeshalom, ein Werk Kálmán Kandós, In: Eisenbahn 1983/10, Bohmann Verlag, S. 181–188, ISSN 0013-2756
• Giovanni Cornolò, Martin Gut, Ferrovie trifasi nel mondo. 1895-2000, Parma, Ermanno Albertelli, 1999, ISBN 88-87372-10-1, p. 16
• Franco Dell'Amico In ricordo di Kálmán Kandó In Rf la Rivista della Ferrovia n. 6
• Erminio Mascherpa, E. 471 locomotive di sogno, Rovereto, Nicolodi, 2006, ISBN 88-8447-236-9

Voci correlate

• Trazione trifase
• Commissione Nicoli-Grismayer

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Collegamenti esterni

• (DE) Kálmán Kandó (XML), in Dizionario biografico austriaco 1815-1950.
• Biografia, su geocities.com (archiviato dall'url originale l'11 agosto 2006).
• Cenni biografici in francese, su archivchemindefer.free.fr.