Elektromanyetiğin Sınır Teknolojisi - Maglev Treni
Özet: Bilim ve teknolojinin gelişmesiyle birlikte insanların yaşamları dünyayı sarsacak değişikliklere uğramıştır. Yaşamın temel ihtiyaçlarındaki davranışları örnek alarak, antik çağlardan günümüze kadar yürüme-binme-at arabası-tren-araba-uçak vb. değişimler yaşamaktayız. Maglev trenleri son yıllarda yüksek hız, çevre koruma ve enerji tasarrufu avantajlarından dolayı insanların ilgisini çekmektedir.
Anahtar noktaları:
1. Maglev treni nedir?
2. Maglev treninin prensibi: a. Sabit iletim tipi.b. Aynı cinsiyetteki elektromanyetik kutupların itilmesi ilkesi c. Kalıcı mıknatıs tipi
3. Maglev treninin teknik temeli
4. Çin'in yerli maglev treni
5. Maglev trenlerinin avantajları
Maglev treni nedir?
Yüksek hızlı maglev treni 20. yüzyılın teknolojik bir buluşudur ve prensibi derin değildir. Mıknatısın "aynı cinsiyetin birbirini itmesi ve karşıt cinsiyetlerin birbirini çekmesi" özelliğini kullanır, böylece mıknatıs yerçekimine direnme, yani "manyetik kaldırma" yeteneğine sahiptir. Bilim insanları, trenin raydan tamamen ayrılarak havada süzülmesini sağlayan ve saatte yüzlerce kilometre hıza sahip "tekerleksiz" bir tren haline gelmesini sağlayan "manyetik kaldırma" ilkesini demiryolu ulaşım sistemine uyguluyor. Bu sözde "maglev treni".
Maglev treninin prensibi:
Maglev treni, modern yüksek teknoloji gelişiminin ürünüdür. Prensip, dünyanın yerçekimini dengelemek için elektromanyetik kuvvetin kullanılmasıdır ve çekiş, tren ray üzerinde asılı kalacak şekilde doğrusal motor tarafından gerçekleştirilir (askı boşluğu yaklaşık 1 cm'dir). Araştırma ve üretimi, otomatik kontrol, güç elektroniği teknolojisi, doğrusal tahrik teknolojisi, mekanik tasarım ve imalat, arıza izleme ve teşhis vb. gibi birçok disiplini içermektedir. Teknoloji çok karmaşıktır ve bir ülkenin bilimsel ve teknolojik gelişiminin önemli bir simgesidir. Güç ve endüstriyel seviye. Sıradan tekerlekli raylı trenlerle karşılaştırıldığında, düşük gürültüye sahiptir ve dünyanın ilk maglev treni gösteri operasyon hattı olan Şangay Maglev Treni'dir. Tamamlandıktan sonra Pudong Longyang Yolu İstasyonundan Pudong Uluslararası Havaalanına 30 kilometreden fazla mesafe yalnızca 6-6 kilometre sürecektir. 7 dakika. Kirlilik yaratmaması, emniyeti, konforu, yüksek hızı ve yüksek verimliliği ile "sıfır irtifa uçağı" ününe sahiptir. Özellikle şehir içi demiryolu taşımacılığına uygun, geniş perspektifli yeni bir ulaşım türüdür. Maglev trenleri genel olarak farklı kaldırma yöntemlerine göre itici tip ve emme tipine ayrılır ve çalışma hızına göre yüksek hızlı, orta ve düşük hızlı olarak ayrılabilir.
Maglev treninin temel çalışma durumu "Uzak durmak"tır. Maglev trenleri, Dünya'nın yer çekimine karşı koymak için elektromanyetik kuvvet kullanarak trenin ray üzerinde havaya kalkmasına olanak tanır. Operasyon sırasında, arabanın gövdesi ve pisti "yakınlık" durumundadır ve manyetik kaldırma boşluğu yaklaşık 1 cm'dir, bu nedenle "sıfır yükseklikte uçak" ününe sahiptir. Sıradan tekerlekli raylı trenlerle karşılaştırıldığında düşük gürültü, düşük enerji tüketimi, kirlilik olmaması, güvenlik ve konfor, yüksek hız ve yüksek verimlilik özelliklerine sahip olup, geniş beklentileri olan yeni bir ulaşım türü olarak kabul edilmektedir. özellikle bu konuda
Düşük hızlı maglev trenleri, küçük dönüş yarıçapları ve güçlü tırmanma kabiliyetleri nedeniyle özellikle şehir içi demiryolu taşımacılığı için uygundur.
Dünyada test edilen maglev hızlı trenlerin modelleri şu şekilde:
1. Normalde iletken (elektromanyetik) tip
Elektromanyetik karşıtların birbirini çekmesi ilkesinden yararlanan araç, yaklaşık 1 cm kadar ray üzerinde asılı duruyor. 1976 gibi erken bir tarihte Almanya, saatte maksimum 500 kilometre hıza sahip, şu anda Alman TR08 modeliyle (bu model Şangay'daki Almanya'dan ithal edilmiştir) temsil edilen sabit bir manyetik kaldırma deney aracı geliştirdi. Başbakan Zhu, Haziran 2000'de Almanya'yı ziyaret ettiğinde, Emslant'taki ( ) 31.5-kilometrelik gözlük tipi çevirme test hattında bu yüksek hızlı trene binmeye çalıştı. 1992 gibi erken bir tarihte Almanya, teknolojinin ticari uygulamaya hazır olduğunu duyurmuştu.
2. Ultra düşük sıcaklıkta elektromanyetik kutupsal itme ilkesini kullanan araç, rayın yaklaşık 10 cm yukarısına asılır. 1962'de Japonya süper iletken maglev yüksek hızlı tren teknolojisi üzerinde çalışmaya başladı ve 1989'da Yamanashi Eyaletinde 18.4-kilometrelik bir test hattı inşa edildi. MLX01 aracıyla saatte 552 kilometrelik insanlı rekor kırıldı. Başbakan Zhu, Eylül 2000'de Japonya'yı ziyaret ettiğinde bu tür bir trene binmeyi denedi ve hala test etmeye ve geliştirmeye devam ediyor.
3. Kalıcı mıknatıs tipi
Maglev uçağı olarak da bilinen bu uçak aslında kalıcı mıknatıslı maglev yüksek hızlı trenidir. Bu, Amerika Birleşik Devletleri'nin araştırdığı ve test ettiği bir yaratımdır. Süspansiyon yüksekliği 8-15 cm'dir ve hızı saatte 550 kilometreye ulaşabilir. Trenin her iki yanında (uçağın kanatlarına benzer şekilde) "diş kanatlar" ve kuyrukta dengeyi sağlayan bir "kuyruk" bulunduğundan buna maglev uçağı adı verilir. Sichuan Eyaleti, Chengdu'daki dört şirket, American Commercial Bank, Feimei Manyetik Levitasyonunun Yüksek Hızlı Uçak Co., Ltd. ile bir ortak girişim kurdu ve Amerikan teknolojisini tanıtmak için kasıtlı bir işbirliği anlaşmasına vardı. İki taraf, bir üretim üssünün kurulmasını ortaklaşa finanse etti ve yaklaşık 2 kilometre uzunluğunda bir test hattı inşa etmeyi planladı.
Şanghay maglev treni, "sabit iletimli manyetik çekim" ("sabit iletim" olarak anılır) maglev trenidir. "Zıt kutuplar birbirini çeker" ilkesinden yola çıkılarak tasarlanmıştır. Emme süspansiyon sistemidir. Trenin her iki tarafındaki bojilere monte edilen süspansiyon elektromıknatıslarını ve ray üzerine döşenen mıknatısları kullanır. Manyetik alan tarafından üretilen emme kuvveti, aracın yüzmesini sağlar. . Elektromıknatıslar trenin altına ve her iki taraftaki bojilerin üstüne monte edilir. Reaksiyon plakaları ve indüksiyon çelik plakalar, elektromıknatıs ile ray arasında 1 cm'lik bir boşluk kalacak şekilde elektromıknatısın akımını kontrol etmek için sırasıyla "I" rayının üzerine ve üst kol kısmının altına monte edilir. , boji ile tren arasındaki çekim ile trenin yer çekiminin birbirini dengelemesine izin verin ve manyetik çekimden yararlanarak treni yaklaşık 1 cm kadar yüzdürün, böylece tren ray üzerinde asılı kalır. Bu, elektromıknatısa giden akımı tam olarak kontrol etmelidir.
Süspansiyon dizisinin sürüş prensibi senkron lineer motorunkiyle tamamen aynıdır. Basit bir ifadeyle rayın her iki yanında bulunan bobinden akan alternatif akım, bobini bir elektromıknatısa dönüştürebilir ve tren üzerindeki elektromıknatıs ile etkileşimi nedeniyle tren hareket edecektir.
Trenin başındaki elektromıknatısın N kutbu, biraz ilerideki ray üzerine monte edilen elektromıknatısın S kutbu tarafından çekilir, biraz sonra raya monte edilen elektromıknatısın N kutbu tarafından ise itilir. Tren ileri doğru hareket ettiğinde bobinde akan akımın yönü tersine döner, yani orijinal S kutbu N kutbu, N kutbu da S kutbu olur. Döngü değişiyor ve tren ileri doğru gidiyor.
Stabilite bir yönlendirme sistemi tarafından kontrol edilir. "Normal iletimli manyetik emme" yönlendirme sistemi, trenin yan tarafına yönlendirme için özel olarak kullanılan bir grup elektromıknatısın kurulmasıdır. Tren sola ve sağa saptığında trendeki kılavuz elektromıknatıs
Aracı normal konumuna döndüren itici bir kuvvet oluşturmak için kılavuz rayın yan tarafıyla etkileşime girer. Tren bir viraj veya rampa üzerinde hareket ederken, kontrol sistemi, operasyonu kontrol etme amacına ulaşmak için kılavuz mıknatıstaki akımı kontrol eder.
"Normal iletimli" maglev treni fikri, 1922 yılında Alman mühendis Hermann Kemper tarafından ortaya atıldı. "Normal iletimli" maglev treninin çalışma prensibi ile ray ve motor tamamen aynıdır. Sadece motorun "rotorunu" trene yerleştirin ve motorun "statorunu" rayın üzerine yerleştirin. "Rotor" ve "stator" arasındaki etkileşim sayesinde elektrik enerjisi ileri kinetik enerjiye dönüştürülür. Motorun "statoruna" enerji verildiğinde, "rotorun" elektromanyetik indüksiyon yoluyla dönecek şekilde tahrik edilebileceğini biliyoruz. Rayın "statoruna" güç iletildiğinde, tren elektromanyetik indüksiyon yoluyla tıpkı motorun "rotoru" gibi düz bir çizgide hareket edecek şekilde itilir. Maglev treninin teknik temeli:
Maglev treni esas olarak üç bölümden oluşur: şekilde gösterildiği gibi süspansiyon sistemi, tahrik sistemi ve yönlendirme sistemi
3. Mevcut tasarımların büyük çoğunluğunda, her üç fonksiyon da mıknatıslar tarafından gerçekleştirilir, ancak manyetizmadan bağımsız bir tahrik sistemi de kullanılabilir. Bu üç bölümde kullanılan teknolojiler sırasıyla aşağıda tanıtılmaktadır.
Süspansiyon sistemi: Şu anda süspansiyon sisteminin tasarımı, Almanya tarafından benimsenen normal iletim tipi ve Japonya tarafından benimsenen süper iletken tip olmak üzere iki yöne ayrılabilir. Havaya kaldırma teknolojisi açısından elektromanyetik kaldırma sistemi (EMS) ve elektrikli kaldırma sistemidir (EDS). Şekil 4 iki sistemin yapısal farklılıklarını göstermektedir. Elektromanyetik kaldırma sistemi (EMS), lokomotif üzerindeki elektromıknatısın ve kılavuz ray üzerindeki ferromanyetik rayın havaya yükselme oluşturmak için birbirini çektiği bir emme kaldırma sistemidir. Geleneksel manyetik kaldırma treni çalışırken, öncelikle aracın alt kısmının süspansiyonunu ve kılavuz elektromıknatısın elektromanyetik çekiciliğini ayarlayın ve treni yüzdürmek için yer rayının her iki tarafındaki sargılarla reaksiyona girin. Aracın alt kısmındaki kılavuz elektromıknatısın ve palet mıknatısının reaksiyonu altında, tekerlek ve palet belirli bir yanal mesafede tutulur ve tekerlek rayının temassız desteği ve temassız rehberliği yatay ve dikey yönler gerçekleştirilir. Araç ile sürüş yolu arasındaki süspansiyon boşluğu 10 mm'dir ve bu, yüksek hassasiyetli elektronik ayar sistemi ile garanti edilir. Ayrıca askıya alma ve yönlendirmenin aslında trenin hızıyla ilgisi olmadığından tren park durumunda bile hala askı durumuna geçebilmektedir.
Elektrikli Süspansiyon Sistemleri (EDS), raylar üzerinde elektrik akımı oluşturmak için hareket eden bir lokomotif üzerindeki mıknatısları kullanır. Lokomotif ile kılavuz ray arasındaki boşluk azaldıkça elektromanyetik itme artacak ve ortaya çıkan elektromanyetik itme, lokomotif için stabil destek ve kılavuzluk sağlayacaktır. Bununla birlikte, lokomotifin "kalkış" ve "iniş" sırasında lokomotifi etkili bir şekilde desteklemek için tekerlek benzeri bir şeyle donatılması gerekir çünkü EDS, lokomotifin süspansiyonunu yaklaşık 25 mil/saatin altındaki hızlarda koruyamaz. EDS sistemleri, düşük sıcaklıkta süper iletken teknolojisi altında daha da geliştirilmiştir.
Süper iletken maglev dizisinin ana özelliği, süper iletken bileşenlerinin nispeten düşük bir sıcaklıkta tam iletkenliği ve tam diyamanyetizmasıdır. Süper iletken mıknatıslar, süper iletken malzemelerden yapılmış süper iletken bobinlerden oluşur. Sadece sıfır akım direncine sahip olmakla kalmıyor, aynı zamanda sıradan tellerle karşılaştırılamayacak kadar güçlü bir akım iletebiliyor. Bu özellik küçük boyutlu ve güçlü elektromıknatısların yapılmasını mümkün kılar. .
Süper iletken maglev treninin aracı, yerleşik süper iletken mıknatıslarla donatılmıştır ve bir endüksiyon gücü entegrasyon cihazı oluşturur.
Trenin tahrik sarımı ve süspansiyon kılavuz sarımı yer kılavuz rayının her iki tarafına monte edilmiştir. Araçtaki endüksiyon güç entegrasyon ekipmanı, güç entegrasyon sargısı, endüksiyon güç entegrasyonu süper iletkenden oluşur.
Kılavuz mıknatıs üç parçadan oluşur. Rayın her iki tarafındaki tahrik sargılarına araç hız frekansına uygun üç fazlı alternatif akım beslendiğinde hareketli bir elektromanyetik alan oluşturulacak, böylece tren kılavuz rayında ve üzerinde manyetik dalgalar üretilecektir. Trenin üzerindeki süper iletken tahta mıknatısı, treni ileri doğru iten şey, hareketli manyetik alanla senkronize olan itme kuvvetine maruz kalacaktır. Prensibi sörf gibidir; sörfçü dalganın tepesinde durur ve dalga tarafından ileri doğru itilir. Sörfçülerin karşılaştığı sorunlara benzer şekilde, süper iletken maglev trenleri de hareketli elektromanyetik dalgaların tepe hareketinin doğru bir şekilde nasıl kontrol edileceği sorunuyla uğraşmak zorundadır. Bu amaçla, yer kılavuz rayına aracın konumunu tespit etmek için yüksek hassasiyetli bir cihaz monte edilir ve üç fazlı alternatif akım besleme modu, dedektörden gelen bilgiye göre ayarlanır ve elektromanyetik dalga şekli hassas bir şekilde kontrol edilir. trenin iyi çalışabilmesi için.
Tahrik sistemi: Maglev treninin tahriki senkron lineer motor prensibini kullanır. Aracın alt kısmını destekleyen elektromıknatısın bobini, senkron bir doğrusal motorun alan bobini gibi davranır ve yer rayının içindeki üç fazlı hareketli manyetik alan tahrik sargısı, aracın uzun stator sargısı gibi davranan bir armatür görevi görür. senkron doğrusal motor. Motorun çalışma prensibinden, stator olarak armatür bobinine güç verildiğinde, motorun rotorunun elektromanyetik indüksiyon nedeniyle dönecek şekilde tahrik edildiği bilinebilir. Benzer şekilde hat boyunca düzenlenen trafo merkezi, yol içindeki tahrik sargısına üç fazlı FM ve AM gücü sağladığında, trenle birlikte yatak sistemi, motorun "rotoru" gibi düz bir çizgide hareket edecek şekilde itilir. elektromanyetik indüksiyon. Bu nedenle, tren askıdayken tamamen temassız çekiş ve frenleme gerçekleştirebilir.
Basit bir ifadeyle, rayın her iki yanında bulunan bobinden akan alternatif akım, bobini bir elektromıknatısa dönüştürebilir. Trendeki süper iletken elektromıknatısla etkileşimi nedeniyle trenin hareket etmesini sağlar. Trenin baş kısmındaki elektromıknatısın (N kutbu) biraz daha ileride ray üzerine monte edilen elektromıknatıs (S kutbu) tarafından çekilmesi ve aynı zamanda elektromıknatısın (N kutbu) tarafından çekilmesi nedeniyle tren ileri doğru hareket eder. reddedilir. Tren ileri doğru hareket ettikçe bobinlerdeki akımın yönü tersine döner. Sonuç, orijinal S-kutuplu bobinin artık bir N-kutuplu bobin olmasıdır ve bunun tersi de geçerlidir. Bu sayede elektromanyetik polaritenin değişmesi nedeniyle tren ileri doğru koşmaya devam edebilir. Araç hızına göre bobinden akan alternatif akımın frekansı ve voltajı güç dönüştürücü tarafından ayarlanır.
Çin'in yerli maglev treni:
2000 yılında Southwest Jiaotong Üniversitesi tarafından geliştirilen dünyanın ilk insanlı yüksek sıcaklık süper iletken maglev treni
Daha sonra geliştirilen "Yüzyıl" ve "Gelecek" insanlı normal sıcaklık ve normal manyetik kaldırma treni, Hu Jintao, Jiang Zemin ve diğer parti ve devlet liderlerinden büyük ilgi gördü ve tam onay aldı.
Raporlara göre, 1994 gibi erken bir tarihte, Güneybatı Jiaotong Üniversitesi, Çin'in insan taşıyabilen ilk düşük hızlı maglev trenini başarıyla geliştirdi, ancak tamamen ideal laboratuvar koşulları altında başarıyla çalıştırıldı. 2003 yılında Güneybatı Jiaotong Üniversitesi Qingshan, Chengdu, Sichuan'daki maglev tren hattını tamamladı. Maglev test pisti 420 metre uzunluğundadır. Esas olarak turistlere yöneliktir ve bilet fiyatı taksi ücretinden daha düşüktür. Dünyanın ilk maglev treni gösteri operasyon hattı - Şangay Maglev Treni, tamamlandıktan sonra Pudong Longyang Karayolu İstasyonundan Pudong Uluslararası Havaalanına 30 kilometreden fazla yolculuk yalnızca 6-7 dakika sürecektir.
Manyetik kaldırma prensibi üzerine
Şangay Maglev Treni
Günümüzün yüksek hızlı trenleriyle karşılaştırıldığında maglev trenlerinin pek çok eşsiz avantajı vardır:
Maglev treni ray üzerinde çalıştığı için kılavuz ray ile lokomotif arasında gerçek bir temas yoktur ve "tekerleksiz" bir duruma dönüşür, dolayısıyla tekerlek ile ray arasında neredeyse hiç sürtünme olmaz ve hız da aynı derecede yüksektir. saatte birkaç yüz kilometre; Maglev treninin güvenilirliği Büyüktür, bakımı kolaydır ve maliyeti düşüktür. Enerji tüketimi bir arabanın yarısı kadar, bir uçağın ise dörtte biri kadardır. Gürültü düşük. Maglev treninin hızı saatte 300 kilometrenin üzerine çıktığında gürültü yalnızca 656 desibel oluyor, bu da ancak bir insanın yüksek sesle konuşmasına eşdeğer. geçen arabaların sesinden daha küçük olan; Elektrikle çalıştığı için yol boyunca egzoz gazı yaymaz ve kirlilik yaratmaz. Gerçek bir yeşil ulaşım aracıdır.
Referanslar: Yüksek Hızlı EMU'ların Çalışma Prensipleri ve Yapısal Özellikleri/Dong Ximing/Çin Demiryolu Basını? 2007.12.1; Küçük Newton Bilim Müzesi--Elektrikli ve Manyetik Havaya Yükselme Trenleri (Dördüncü Seri) Guizhou Education Press, 2011.12.9
