فناوری مرزی الکترومغناطیسی - قطار Maglev

فناوری مرزی الکترومغناطیسی - قطار Maglev

چکیده: با پیشرفت علم و فناوری، زندگی مردم دستخوش تغییرات زمین لرزه ای شده است. با الگو گرفتن از رفتار در ملزومات اولیه زندگی، از قدیم الایام تا به امروز تغییراتی از قبیل پیاده روی- سوارکاری- اسب کالسکه- قطار- واگن- هواپیما و ... را تجربه کرده ایم. در سال های اخیر، قطارهای مگلو به دلیل مزایایی که در سرعت بالا، حفاظت از محیط زیست و صرفه جویی در انرژی دارند، توجه مردم را به خود جلب کرده اند.

امتیاز کلیدی:

1. قطار مگلو چیست؟

2. اصل قطار مگلو: الف. نوع هدایت ثابت.ب. اصل دافعه قطب الکترومغناطیسی با همجنس ج. نوع آهنربای دائمی

3. شالوده فنی قطار maglev

4. قطار مگلو داخلی چین

5. مزایای قطارهای مگلو

قطار مگلو چیست؟

قطار پرسرعت مگلو یک اختراع تکنولوژیکی قرن بیستم است و اصل آن عمیق نیست. از خاصیت آهن‌ربا استفاده می‌کند که «جنس همدیگر را دفع می‌کند و جنس‌های مخالف همدیگر را جذب می‌کنند»، به‌طوری‌که آهن‌ربا توانایی مقاومت در برابر جاذبه، یعنی «جذب مغناطیسی» را دارد. دانشمندان اصل "جلوگیری مغناطیسی" را در سیستم حمل و نقل ریلی اعمال می کنند که باعث می شود قطار به طور کامل از مسیر جدا شده و شناور شود و به قطاری "بی چرخ" با سرعت صدها کیلومتر در ساعت تبدیل شود. این به اصطلاح "قطار Maglev" است.

اصل قطار مگلو:

قطار Maglev محصول توسعه مدرن با فناوری پیشرفته است. اصل این است که از نیروی الکترومغناطیسی برای جبران گرانش زمین استفاده شود و کشش توسط موتور خطی انجام می شود، به طوری که قطار در مسیر معلق است (شکاف تعلیق حدود 1 سانتی متر است). تحقیقات و ساخت آن شامل رشته های زیادی مانند کنترل اتوماتیک، فناوری الکترونیک قدرت، فناوری پیشران خطی، طراحی و ساخت مکانیکی، پایش و تشخیص عیب و غیره است. این فناوری بسیار پیچیده است و نماد مهمی از علم و فناوری یک کشور است. سطح قدرت و صنعتی در مقایسه با قطارهای ریلی چرخدار معمولی، صدای کم دارد و اولین خط عملیات نمایش قطار مگلو در جهان - قطار Maglev شانگهای است. پس از تکمیل، از ایستگاه جاده پودونگ لونگ یانگ تا فرودگاه بین‌المللی پودونگ، بیش از 30 کیلومتر فقط 6-6 کیلومتر طول خواهد کشید. 7 دقیقه. با ویژگی های عدم آلودگی، ایمنی، راحتی، سرعت بالا و کارایی بالا، شهرت «هواپیمای ارتفاع صفر» را دارد. این نوع جدیدی از حمل و نقل با چشم انداز گسترده است، به ویژه برای حمل و نقل ریلی شهری مناسب است. قطارهای مگلو به طور کلی با توجه به روش‌های شناور به دو دسته دافعه و مکش تقسیم می‌شوند و با توجه به سرعت عملیاتی می‌توان آنها را به سرعت بالا و متوسط ​​و کم تقسیم کرد.

"دور ماندن" حالت اولیه کار قطار مگلو است. قطارهای مگلو از نیروی الکترومغناطیسی برای مقابله با کشش گرانشی زمین استفاده می‌کنند و به قطار اجازه می‌دهند در مسیر حرکت کند. در حین عملیات، بدنه خودرو و مسیر در حالت "نزدیک" هستند و شکاف شناور مغناطیسی حدود 1 سانتی متر است، بنابراین شهرت "هواپیمای با ارتفاع صفر" دارد. در مقایسه با قطارهای ریلی چرخدار معمولی، دارای ویژگی های کم صدا، مصرف انرژی کم، عدم آلودگی، ایمنی و راحتی، سرعت بالا و راندمان بالا است و نوع جدیدی از حمل و نقل با چشم انداز وسیع به شمار می رود. به خصوص در این

قطارهای مگلو با سرعت کم به دلیل شعاع چرخش کم و توانایی بالا رفتن بسیار مناسب برای حمل و نقل ریلی شهری هستند.

قطارهای سریع السیر مگلو در حال آزمایش در دنیا دارای مدل های زیر هستند:

1. نوع معمولی رسانا (الکترومغناطیسی).

با استفاده از اصل متضادهای الکترومغناطیسی که یکدیگر را جذب می کنند، وسیله نقلیه در مسیر حدود 1 سانتی متر معلق می شود. در اوایل سال 1976، آلمان یک وسیله نقلیه آزمایشی شناور مغناطیسی ثابت، که در حال حاضر توسط مدل آلمانی TR08 (این مدل از آلمان در شانگهای وارد شده است) با حداکثر سرعت 500 کیلومتر در ساعت ارائه شده است. هنگامی که نخست وزیر ژو در ژوئن 2000 از آلمان بازدید کرد، سعی کرد این قطار پرسرعت را در خط آزمایشی 31.5-کیلومتری از نوع عینک در Emslant ( ) سوار شود. در اوایل سال 1992، آلمان اعلام کرده بود که این فناوری برای کاربرد تجاری آماده است.

2. با استفاده از اصل دافعه قطبی الکترومغناطیسی در دمای بسیار پایین، وسیله نقلیه در حدود 10 سانتی متر بالای مسیر معلق می شود. در سال 1962، ژاپن شروع به مطالعه فناوری قطارهای سریع السیر مگلو ابررسانا کرد و در سال 1989، یک خط آزمایشی 18 کیلومتری در استان یاماناشی ساخته شد. رکورد 552 کیلومتر در ساعت با خودروی MLX01 ایجاد شد. پریمیر ژو زمانی که در سپتامبر 2000 از ژاپن بازدید کرد سعی کرد سوار این نوع قطار شود و هنوز هم به آزمایش و بهبود آن ادامه می دهد.

3. نوع آهنربای دائمی

این هواپیما که به عنوان هواپیمای مگلو نیز شناخته می شود، در واقع یک قطار سریع السیر مغناطیس دائمی است. این اثری است که ایالات متحده در حال تحقیق و آزمایش آن است. ارتفاع تعلیق 8-15 سانتی متر است و سرعت آن می تواند به 550 کیلومتر در ساعت برسد. از آنجایی که در دو طرف قطار "بال های دندانی" وجود دارد (مشابه بال های هواپیما)، و یک "دم" در دم برای تعادل وجود دارد، به آن هواپیمای مگلو می گویند. چهار شرکت در چنگدو، استان سیچوان، سرمایه‌گذاری مشترکی با بانک تجاری آمریکایی، شرکت هواپیمای پرسرعت Feimei Magnetic Levitation ایجاد کرده‌اند و به توافق همکاری عمدی برای معرفی فناوری آمریکایی دست یافته‌اند. دو طرف به طور مشترک بودجه ایجاد یک پایگاه تولید را تامین کردند و قصد داشتند یک خط آزمایشی به طول حدود 2 کیلومتر بسازند.

قطار مگلو شانگهای یک قطار مغناطیسی با رسانش ثابت است (که به آن "رسانایی ثابت" گفته می شود). بر اساس اصل "متضادها یکدیگر را جذب می کنند" طراحی شده است. این یک سیستم تعلیق مکش است. از آهنرباهای الکترومغناطیس تعلیق نصب شده بر روی بوژهای دو طرف قطار و آهنرباهای نصب شده در مسیر استفاده می کند. نیروی مکش ایجاد شده توسط میدان مغناطیسی باعث شناور شدن وسیله نقلیه می شود. . الکترومغناطیس در پایین قطار و در بالای بوژی ها در دو طرف نصب می شود. صفحات واکنش و صفحات فولادی القایی به ترتیب در بالای ریل "I" و زیر قسمت بالای بازو برای کنترل جریان الکترومغناطیس نصب می شوند به طوری که فاصله 1 سانتی متری بین الکترومغناطیس و مسیر حفظ می شود. بگذارید جاذبه بین بوژی و قطار و گرانش قطار یکدیگر را متعادل کند و با استفاده از جاذبه مغناطیسی قطار را حدود 1 سانتی متر شناور کنید تا قطار در مسیر معلق شود. این باید دقیقا جریان آهنربای الکتریکی را کنترل کند.

اصل حرکت قطار تعلیق دقیقاً مشابه موتور خطی سنکرون است. به عبارت ساده تر، جریان متناوب در سیم پیچ واقع در دو طرف مسیر می تواند سیم پیچ را به یک آهنربای الکتریکی تبدیل کند و قطار به دلیل تعامل با آهنربای الکتریکی در قطار شروع به کار خواهد کرد.

قطب N مغناطیس الکترومغناطیس در سر قطار توسط قطب S مغناطیس الکترومغناطیس نصب شده در مسیر کمی جلوتر جذب می شود و کمی دیرتر توسط قطب N آهنربای الکتریکی نصب شده در مسیر دفع می شود. هنگامی که قطار به سمت جلو حرکت می کند، جهت جریان در سیم پیچ برعکس می شود، یعنی قطب S اصلی تبدیل به قطب N و قطب N تبدیل به قطب S می شود. چرخه متناوب می شود و قطار به جلو می رود.

ثبات توسط یک سیستم هدایت کنترل می شود. سیستم هدایت کننده "مکش مغناطیسی رسانش عادی" برای نصب گروهی از آهنرباهای الکتریکی است که به طور ویژه برای هدایت در کنار قطار استفاده می شود. هنگامی که قطار به چپ و راست منحرف می شود، آهنربای الکتریکی راهنمای قطار

با کناره ریل راهنما در تعامل است و نیروی دافعه ای ایجاد می کند که خودرو را به حالت عادی خود باز می گرداند. هنگامی که قطار روی یک منحنی یا یک سطح شیب دار در حال حرکت است، سیستم کنترل جریان آهنربای راهنما را کنترل می کند تا به هدف کنترل عملیات دست یابد.

ایده قطار مگلو "رسانایی عادی" توسط مهندس آلمانی هرمان کمپر در سال 1922 ارائه شد. اصل کار قطار مگلو "رسانایی عادی" و مسیر و موتور دقیقاً یکسان است. فقط "روتور" موتور را در قطار مرتب کنید و "استاتور" موتور را روی مسیر قرار دهید. از طریق تعامل بین "روتور" و "استاتور"، انرژی الکتریکی به انرژی جنبشی رو به جلو تبدیل می شود. ما می دانیم که هنگامی که "استاتور" موتور انرژی می گیرد، "روتور" می تواند از طریق القای الکترومغناطیسی به چرخش درآید. هنگامی که نیرو به "استاتور" مسیر منتقل می شود، قطار رانده می شود تا درست مانند "روتور" موتور از طریق القای الکترومغناطیسی در یک خط مستقیم حرکت کند. اساس فنی قطار Maglev:

همانطور که در شکل نشان داده شده است، قطار مگلو عمدتاً از سه بخش تشکیل شده است: سیستم تعلیق، سیستم رانش و سیستم هدایت.

3. در اکثریت قریب به اتفاق طرح های فعلی، هر سه عملکرد توسط آهنربا انجام می شود، اگرچه می توان از یک سیستم محرکه مستقل از مغناطیس استفاده کرد. فناوری های مورد استفاده در این سه قسمت به ترتیب در زیر معرفی می شوند.

سیستم تعلیق: در حال حاضر، طراحی سیستم تعلیق را می توان به دو جهت تقسیم کرد، یعنی نوع هدایت معمولی که توسط آلمان و نوع ابررسانا اتخاذ شده توسط ژاپن اتخاذ شده است. از نظر فناوری شناور، سیستم شناور الکترومغناطیسی (EMS) و سیستم شناور الکتریکی (EDS) است. شکل 4 تفاوت های ساختاری دو سیستم را نشان می دهد. سیستم شناور الکترومغناطیسی (EMS) یک سیستم شناور مکش است که در آن مغناطیس الکترومغناطیسی روی لوکوموتیو و مسیر فرومغناطیسی روی ریل راهنما، یکدیگر را جذب می‌کنند تا شناور ایجاد کنند. هنگامی که قطار شناور مغناطیسی معمولی کار می کند، ابتدا سیستم تعلیق قسمت پایینی وسیله نقلیه و جاذبه الکترومغناطیسی آهنربای الکترومغناطیسی راهنما را تنظیم کنید و با سیم پیچ های دو طرف مسیر زمینی واکنش نشان دهید تا قطار شناور شود. تحت واکنش مغناطیس الکترومغناطیس راهنما در قسمت پایین خودرو و آهنربای مسیر، چرخ و مسیر در یک فاصله جانبی معین نگه داشته می شوند و پشتیبانی غیر تماسی و هدایت غیر تماسی چرخ- ریل در جهات افقی و عمودی تحقق می یابد. فاصله تعلیق بین خودرو و مسیر رانندگی 10 میلی متر است که توسط یک سیستم تنظیم الکترونیکی با دقت بالا تضمین می شود. علاوه بر این، از آنجایی که تعلیق و راهنمایی در واقع به سرعت قطار بی ربط هستند، قطار همچنان می تواند حتی در حالت پارکینگ به حالت تعلیق وارد شود.

سیستم‌های تعلیق الکتریکی (EDS) از آهن‌ربا روی یک لوکوموتیو متحرک برای تولید جریان الکتریکی روی ریل استفاده می‌کنند. با کاهش فاصله بین لکوموتیو و ریل راهنما، دافعه الکترومغناطیسی افزایش می یابد و دافعه الکترومغناطیسی حاصل، پشتیبانی و هدایت پایداری را برای لوکوموتیو فراهم می کند. با این حال، لوکوموتیو باید به چیزی شبیه چرخ مجهز شود تا به طور موثر از لکوموتیو در هنگام "برخاست" و "فرود" پشتیبانی کند زیرا EDS نمی تواند سیستم تعلیق لوکوموتیو را در سرعت های کمتر از 25 مایل در ساعت حفظ کند. سیستم‌های EDS تحت فناوری ابررسانا در دمای پایین توسعه یافته‌اند.

ویژگی اصلی قطار مغناطیسی ابررسانا، رسانایی کامل و دیامغناطیس کامل اجزای ابررسانای آن در دمای نسبتا پایین است. آهنرباهای ابررسانا از سیم پیچ های ابررسانا ساخته شده از مواد ابررسانا تشکیل شده اند. نه تنها مقاومت جریان صفر دارد، بلکه می تواند جریان قدرتمندی را که قابل مقایسه با سیم های معمولی نیست، عبور دهد. این ویژگی امکان ساخت آهنرباهای الکتریکی با اندازه کوچک و قدرتمند را فراهم می کند. .

وسیله نقلیه قطار مغناطیسی ابررسانا مجهز به آهنرباهای ابررسانا روی برد است و یک دستگاه یکپارچه سازی توان القایی را تشکیل می دهد.

سیم پیچ محرک قطار و سیم پیچ هدایت تعلیق در دو طرف ریل راهنمای زمین نصب شده است. تجهیزات یکپارچه سازی توان القایی روی خودرو شامل سیم پیچ یکپارچه سازی نیرو، ابررسانا یکپارچه سازی توان القایی است.

آهنربای راهنما از سه قسمت تشکیل شده است. هنگامی که جریان متناوب سه فازی که با فرکانس سرعت وسیله نقلیه مطابقت دارد به سیم‌پیچ‌های محرک در هر دو طرف مسیر وارد می‌شود، یک میدان الکترومغناطیسی متحرک ایجاد می‌شود و در نتیجه امواج مغناطیسی روی ریل راهنما قطار تولید می‌شود. آهنربای ابررسانای تخته ای در قطار در معرض یک نیروی رانش قرار می گیرد. رانش، هماهنگ با میدان مغناطیسی متحرک، چیزی است که قطار را به جلو می راند. اصل آن مانند موج سواری است، موج سوار روی تاج موج می ایستد و توسط موج به جلو رانده می شود. مشابه مشکلاتی که موج سواران با آن مواجه هستند، قطارهای مغناطیسی ابررسانا نیز باید با مشکل چگونگی کنترل دقیق حرکت اوج امواج الکترومغناطیسی متحرک مقابله کنند. برای این منظور، یک ابزار با دقت بالا برای تشخیص موقعیت خودرو بر روی ریل راهنمای زمین نصب شده است و حالت تامین جریان متناوب سه فاز با توجه به اطلاعات آشکارساز تنظیم می شود و شکل موج الکترومغناطیسی دقیقاً کنترل می شود. تا قطار به خوبی حرکت کند.

سیستم محرکه: محرک قطار مگلو از اصل موتور خطی سنکرون استفاده می کند. سیم پیچ آهنربای الکتریکی که قسمت پایینی خودرو را پشتیبانی می کند مانند سیم پیچ میدان یک موتور خطی سنکرون عمل می کند و سیم پیچ محرک میدان مغناطیسی متحرک سه فاز در داخل مسیر زمین به عنوان آرمیچر عمل می کند که مانند سیم پیچ طولانی استاتور عمل می کند. یک موتور خطی سنکرون از اصل کار موتور می توان فهمید که وقتی سیم پیچ آرمیچر به عنوان استاتور نیرو می گیرد، روتور موتور به دلیل القای الکترومغناطیسی به چرخش در می آید. به طور مشابه، هنگامی که پستی که در امتداد خط چیده شده است، برق سه فاز FM و AM را برای سیم پیچ محرک در داخل مسیر فراهم می کند، سیستم یاتاقان همراه با قطار به دلیل حرکت در یک خط مستقیم مانند "روتور" موتور تحت فشار قرار می گیرند. القای الکترومغناطیسی بنابراین، در حالت معلق، قطار می تواند به طور کامل کشش و ترمز غیر تماسی را متوجه شود.

به زبان ساده، جریان متناوب در سیم پیچ واقع در دو طرف مسیر می تواند سیم پیچ را به یک آهنربای الکتریکی تبدیل کند. به دلیل برهم کنش با آهنربای الکتریکی ابررسانا در قطار، قطار را به حرکت وا می دارد. قطار به سمت جلو حرکت می کند زیرا آهنربای الکتریکی (قطب N) در سر قطار توسط آهنربای الکتریکی (قطب S) که کمی جلوتر روی مسیر نصب شده است جذب می شود و در همان زمان توسط آهنربای الکتریکی (قطب N) جذب می شود. رد می شوند. با حرکت قطار به جلو، جهت جریان در سیم پیچ ها برعکس می شود. نتیجه این است که سیم پیچ S-Pole اصلی اکنون یک سیم پیچ N-Pole است و بالعکس. به این ترتیب قطار می تواند به دلیل تغییر قطبیت الکترومغناطیسی به حرکت خود به جلو ادامه دهد. با توجه به سرعت خودرو، فرکانس و ولتاژ جریان متناوب جاری در سیم پیچ توسط مبدل قدرت تنظیم می شود.

قطار مگلو داخلی چین:

اولین قطار مغناطیسی ابررسانا با دمای بالا سرنشین دار جهان که توسط دانشگاه جنوب غربی جیائوتنگ در سال 2000 ساخته شد.

"قرن" و "آینده" با دمای معمولی سرنشین دار و قطار شناور مغناطیسی معمولی که بعدها توسعه یافتند، مورد توجه و تایید کامل هو جینتائو، جیانگ زمین و دیگر رهبران حزب و ایالت قرار گرفتند.

طبق گزارشات، در اوایل سال 1994، دانشگاه جنوب غربی جیائوتنگ با موفقیت اولین قطار مگلو کم سرعت چین را که قادر به حمل افراد بود، توسعه داد، اما با موفقیت در شرایط آزمایشگاهی کاملاً ایده آل مورد بهره برداری قرار گرفت. در سال 2003، دانشگاه جنوب غربی جیائوتنگ خط قطار مگلو را در چینگشان، چنگدو، سیچوان تکمیل کرد. مسیر آزمایشی مگلو 420 متر طول دارد. هدف اصلی آن گردشگران است و قیمت بلیط کمتر از کرایه تاکسی است. اولین خط عملیات نمایش قطار مگلو در جهان - قطار Maglev شانگهای، پس از تکمیل، بیش از 30 کیلومتر از ایستگاه جاده پودونگ لونگ یانگ تا فرودگاه بین‌المللی پودونگ تنها 6-7 دقیقه طول خواهد کشید.

بر اساس اصل شناور مغناطیسی

قطار Maglev شانگهای

در مقایسه با قطارهای پرسرعت امروزی، قطارهای مگلو دارای مزایای بی‌نظیری هستند:

از آنجا که قطار مگلو در مسیر حرکت می کند، هیچ تماس واقعی بین ریل راهنما و لوکوموتیو وجود ندارد و به حالت "بی چرخ" تبدیل می شود، بنابراین تقریباً هیچ اصطکاک بین چرخ و ریل وجود ندارد و سرعت به همان اندازه است. چند صد کیلومتر در ساعت؛ قابلیت اطمینان قطار مگلو بزرگ، نگهداری آسان و کم هزینه است. مصرف انرژی آن تنها نیمی از مصرف انرژی یک خودرو و یک چهارم انرژی مصرفی یک هواپیما است. سر و صدا کم است. هنگامی که سرعت قطار مگلو به بیش از 300 کیلومتر در ساعت می رسد، صدای آن تنها 656 دسی بل است که تنها برابر با بلند صحبت کردن یک فرد است. که از صدای عبور ماشین ها کوچکتر است; از آنجایی که با برق کار می کند، گاز اگزوز را در طول مسیر منتشر نمی کند و آلودگی ندارد. این یک ابزار حمل و نقل سبز واقعی است.

منابع: اصول کاری و ویژگی‌های ساختاری EMUهای پرسرعت/Dong Ximing/China Railway Press؟ 2007.12.1; موزه علوم نیوتن کوچک{4}}قطارهای شناور الکتریکی و مغناطیسی (سری چهارم) انتشارات آموزشی گویژو، 9/12/2011