Prinsip operasi model Maglev. Kenderaan dan peranti elektromagnet. Pengangkutan levitasi magnetik. Pembangunan mod pengangkutan baharu

Kereta api levitasi magnetik adalah pengangkutan yang mesra alam, senyap dan pantas. Mereka tidak boleh terbang dari landasan dan, sekiranya berlaku masalah, boleh berhenti dengan selamat. Tetapi mengapa pengangkutan sedemikian tidak meluas, dan orang ramai masih menggunakan kereta api dan kereta api elektrik biasa?

Pada tahun 1980-an, kereta api pengangkatan magnetik (maglev) dipercayai sebagai pengangkutan masa depan yang akan memusnahkan perjalanan udara domestik. Kereta api ini boleh membawa penumpang pada kelajuan 800 km/j dan hampir tidak mendatangkan bahaya kepada alam sekitar.

Maglev boleh bergerak dalam apa jua cuaca dan tidak boleh meninggalkan satu-satunya rel mereka - semakin jauh kereta api menyimpang dari landasan, semakin banyak levitasi magnet menolaknya ke belakang. Semua maglev bergerak pada frekuensi yang sama, jadi tidak akan ada masalah dengan isyarat. Bayangkan kesan kereta api sebegini ke atas ekonomi dan pengangkutan jika jarak antara yang jauh Bandar-bandar utama telah diatasi dalam masa setengah jam.

Tetapi mengapa anda masih tidak boleh memandu ke tempat kerja pada kelajuan supersonik pada waktu pagi? Konsep maglev telah wujud selama lebih satu abad, dengan banyak paten menggunakan teknologi sejak awal 1900-an. Walau bagaimanapun, hanya tiga sistem kereta api pengangkatan magnet yang berfungsi telah bertahan sehingga hari ini, semuanya hanya di Asia.

Maglev Jepun. Foto: Yuriko Nakao/Reuters

Sebelum ini, Maglev pertama yang berfungsi muncul di UK: antara 1984 dan 1995, perkhidmatan ulang-alik AirLink beroperasi dari Lapangan Terbang Birmingham. Maglev adalah pengangkutan yang popular dan murah, tetapi penyelenggaraannya sangat mahal, kerana beberapa bahagiannya pengeluaran tunggal dan mereka sukar ditemui.

Pada penghujung 1980-an, Jerman juga beralih kepada idea itu, dengan kereta api M-Bahn tanpa pemandunya beroperasi di antara tiga stesen di Berlin Barat. Walau bagaimanapun, mereka memutuskan untuk menangguhkan teknologi pengangkatan kereta api untuk kemudian, dan talian ditutup. Pengeluarnya, TransRapid, menguji maglev sehingga kemalangan berlaku di tapak latihan La Tène pada tahun 2006, membunuh 23 orang.

Insiden ini boleh menamatkan maglev Jerman jika TransRapid sebelum ini tidak menandatangani kontrak untuk pembinaan maglev untuk Lapangan Terbang Shanghai pada tahun 2001. Kini maglev ini adalah kereta api elektrik terpantas di dunia, bergerak pada kelajuan 431 km/j. Dengan bantuannya, jarak dari lapangan terbang ke daerah perniagaan Shanghai boleh ditempuhi dalam masa lapan minit sahaja. Pada pengangkutan biasa, ini memerlukan satu jam penuh. China mempunyai satu lagi maglev berkelajuan sederhana (kelajuannya kira-kira 159 km/j), yang beroperasi di ibu kota wilayah Hunan, Changsha. Orang Cina sangat menyukai teknologi ini sehingga menjelang 2020 mereka merancang untuk melancarkan beberapa lagi maglev di 12 bandar.

Canselor Jerman Angela Merkel adalah orang pertama yang menaiki TransRapid maglev ke Lapangan Terbang Shanghai. Foto: Rolf Vennenbernd/EPA

Di Asia, kerja sedang dijalankan untuk projek kereta api pengangkatan magnet yang lain. Salah satu yang paling terkenal ialah pengangkutan ulang-alik pandu sendiri EcoBee, yang telah beroperasi dari Lapangan Terbang Incheon Korea Selatan sejak 2012. Laluan terpendeknya mempunyai tujuh stesen, di antaranya maglev bergegas pada kelajuan 109 km/j. Dan perjalanan ke atasnya adalah percuma.

Kereta api levitasi magnetik pertama membawa sekumpulan penumpang sebagai sebahagian daripada Pameran Pengangkutan Antarabangsa IVA 1979 di Jerman. Tetapi beberapa orang tahu bahawa pada tahun yang sama satu lagi maglev, model Soviet TP-01, memandu meter pertamanya di sepanjang trek ujian. Amat menghairankan bahawa maglev Soviet telah bertahan hingga ke hari ini - mereka telah mengumpul habuk di pinggir sejarah selama lebih daripada 30 tahun.

Eksperimen dengan pengangkutan yang beroperasi pada prinsip levitasi magnetik bermula sebelum perang. DALAM tahun yang berbeza dan dalam negara berbeza Ah, prototaip kereta api melayang yang berfungsi muncul. Pada tahun 1979, Jerman memperkenalkan sistem yang mengangkut lebih daripada 50,000 penumpang dalam tiga bulan operasi, dan pada tahun 1984, yang pertama dalam sejarah muncul di Lapangan Terbang Antarabangsa Birmingham (UK). talian kekal untuk kereta api levitasi magnetik. Panjang awal laluan ialah 600 m, dan ketinggian levitasi tidak melebihi 15 mm. Sistem ini beroperasi dengan agak berjaya selama 11 tahun, tetapi kemudiannya kegagalan teknikal menjadi lebih kerap disebabkan oleh peralatan yang semakin tua. Dan kerana sistem itu unik, hampir mana-mana alat ganti perlu dibuat untuk dipesan, dan ia telah memutuskan untuk menutup talian, yang membawa kerugian berterusan.

1986, TP-05 di tempat latihan di Ramenskoye. Bahagian 800 meter tidak membenarkan kami memecut ke kelajuan pelayaran, tetapi "perlumbaan" awal tidak memerlukan ini. Kereta itu, dibina dalam masa yang sangat singkat, berjaya hampir tanpa sebarang "penyakit zaman kanak-kanak", dan ini adalah hasil yang baik.

Sebagai tambahan kepada British, kereta api magnet bersiri agak berjaya dilancarkan di Jerman - syarikat Transrapid mengendalikan sistem serupa sepanjang 31.5 km di wilayah Emsland antara bandar Derpen dan Laten. Kisah Emsland Maglev, bagaimanapun, berakhir dengan tragis: pada tahun 2006, disebabkan oleh kesalahan juruteknik, kemalangan serius berlaku di mana 23 orang maut, dan talian telah dihentikan.

Terdapat dua sistem leviti magnet yang digunakan di Jepun hari ini. Yang pertama (untuk pengangkutan bandar) menggunakan sistem suspensi elektromagnet untuk kelajuan sehingga 100 km/j. Yang kedua, lebih dikenali, SCMaglev, direka untuk kelajuan melebihi 400 km/j dan berdasarkan magnet superkonduktor. Sebagai sebahagian daripada program ini, beberapa laluan telah dibina dan rekod kelajuan dunia untuk kenderaan kereta api telah ditetapkan, 581 km/j. Hanya dua tahun lalu, kereta api maglev Jepun generasi baharu telah diperkenalkan - L0 Series Shinkansen. Di samping itu, sistem yang serupa dengan "Transrapid" Jerman beroperasi di China, di Shanghai; ia juga menggunakan magnet superkonduktor.

Salun TP-05 mempunyai dua baris tempat duduk dan lorong tengah. Kereta itu lebar dan pada masa yang sama sangat rendah - editor setinggi 184 cm itu praktikal menyentuh siling dengan kepalanya. Ia adalah mustahil untuk berdiri di dalam teksi pemandu.

Dan pada tahun 1975, pembangunan maglev Soviet pertama bermula. Hari ini ia hampir dilupakan, tetapi ia adalah halaman yang sangat penting dalam sejarah teknikal negara kita.

Kereta api masa depan

Dia berdiri di hadapan kami - besar, reka bentuk futuristik, kelihatan lebih seperti kapal angkasa daripada filem sci-fi dan bukannya kenderaan. Badan aluminium diperkemas pintu gelangsar, tulisan bergaya "TP-05" di sisi. Sebuah kereta maglev eksperimen telah berdiri di tempat ujian berhampiran Ramenskoye selama 25 tahun, selofan itu ditutup dengan lapisan habuk tebal, di bawahnya adalah mesin yang menakjubkan yang secara ajaib tidak dipotong menjadi logam mengikut tradisi Rusia yang baik. Tetapi tidak, ia telah dipelihara, dan TP-04, pendahulunya, yang bertujuan untuk menguji komponen individu, telah dipelihara.

Kereta ujikaji di bengkel sudah pun dalam livery baharu. Ia dicat semula beberapa kali, dan untuk penggambaran filem pendek yang hebat, inskripsi bola Api yang besar telah dibuat di bahagian tepi.

Perkembangan maglev bermula pada tahun 1975, apabila Kementerian Pembinaan Minyak dan Gas USSR muncul Persatuan Pengeluaran"Soyuztransprogress". Beberapa tahun kemudian ia bermula Program kerajaan"Pengangkutan mesra alam berkelajuan tinggi", dalam rangka kerja yang bermula pada kereta api levitasi magnetik. Pembiayaan adalah sangat baik; bengkel khas dan tempat latihan Institut Transprogress VNIIPI dengan bahagian jalan sepanjang 120 meter di Ramenskoye berhampiran Moscow telah dibina untuk projek itu. Dan pada tahun 1979, kereta levitasi magnetik pertama TP-01 berjaya melepasi jarak ujian di bawah kuasanya sendiri - bagaimanapun, masih berada di bahagian sementara 36 meter kilang Gazstroymashina, unsur-unsur yang kemudiannya "dipindahkan" ke Ramenskoye. Sila ambil perhatian - pada masa yang sama seperti orang Jerman dan sebelum banyak pemaju lain! Pada dasarnya, USSR mempunyai peluang untuk menjadi salah satu negara pertama yang membangunkan pengangkutan magnetik - kerja itu dijalankan oleh peminat sebenar kraf mereka, yang diketuai oleh Ahli Akademik Yuri Sokolov.

Modul magnetik (kelabu) pada rel (oren). Bar segi empat tepat di tengah-tengah foto ialah penderia jurang yang memantau ketidaksamaan permukaan. Elektronik telah dikeluarkan dari TP-05, tetapi peralatan magnet kekal, dan, pada dasarnya, kereta boleh dihidupkan semula.

Ekspedisi Popular Mechanics diketuai oleh Andrey Aleksandrovich Galenko, Ketua Pengarah Pusat Kejuruteraan dan Saintifik OJSC TEMP. "TEMP" adalah organisasi yang sama, ex-VNIIPItransprogress, cawangan Soyuztransprogress yang telah tenggelam dalam kelalaian, dan Andrei Aleksandrovich mengusahakan sistem itu dari awal lagi, dan hampir tidak ada orang yang boleh bercakap mengenainya lebih baik daripada dia. TP-05 berdiri di bawah selofan, dan perkara pertama yang dikatakan jurugambar ialah: tidak, tidak, kami tidak boleh memotret ini, tiada apa yang kelihatan serta-merta. Tetapi kemudian kami mengeluarkan selofan - dan buat pertama kali dalam beberapa tahun, maglev Soviet muncul di hadapan kami, bukan jurutera atau pekerja tapak ujian, dalam segala kemuliaannya.

Mengapa anda memerlukan Maglev?

Pembangunan sistem pengangkutan yang beroperasi pada prinsip levitasi magnetik boleh dibahagikan kepada tiga arah. Yang pertama ialah kereta dengan kelajuan reka bentuk sehingga 100 km/j; dalam kes ini, skema yang paling optimum adalah dengan elektromagnet levitasi. Yang kedua ialah pengangkutan pinggir bandar dengan kelajuan 100-400 km/j; di sini adalah paling dinasihatkan untuk menggunakan penggantungan elektromagnet sepenuhnya dengan sistem penstabilan sisi. Dan akhirnya, trend yang paling "bergaya", boleh dikatakan, adalah kereta api jarak jauh yang mampu memecut ke 500 km/j dan ke atas. Dalam kes ini, penggantungan hendaklah elektrodinamik, menggunakan magnet superkonduktor.

TP-01 tergolong dalam arah pertama dan telah diuji di tapak ujian sehingga pertengahan 1980. Beratnya ialah 12 tan, panjang - 9 m, dan ia boleh memuatkan 20 orang; Jurang penggantungan adalah minimum - hanya 10 mm. TP-01 diikuti oleh penggredan baru mesin ujian - TP-02 dan TP-03, trek dilanjutkan hingga 850 m, kemudian kereta makmal TP-04 muncul, direka untuk mengkaji operasi pemacu elektrik daya tarikan linear. Masa depan maglev Soviet kelihatan tidak berawan, terutamanya kerana di dunia, selain Ramensky, terdapat hanya dua tempat latihan seperti itu - di Jerman dan Jepun.

Sebelum ini, TP-05 adalah simetri dan boleh bergerak ke hadapan dan ke belakang; panel kawalan dan cermin depan berada di kedua-dua belahnya. Hari ini, panel kawalan dipelihara hanya di bahagian bengkel - yang kedua telah dibongkar kerana tidak perlu.

Prinsip operasi kereta api melayang agak mudah. Kereta api tidak menyentuh rel semasa dalam keadaan berlegar - ia berfungsi tarikan bersama atau tolakan magnet. Ringkasnya, kereta-kereta itu tergantung di atas satah trek berkat daya levitasi magnet yang diarahkan secara menegak, dan disimpan dari gulungan sisi oleh daya serupa yang diarahkan secara mendatar. Dengan ketiadaan geseran pada rel, satu-satunya "halangan" untuk pergerakan ialah rintangan aerodinamik - secara teorinya, walaupun seorang kanak-kanak boleh menggerakkan gerabak berbilang tan. Kereta api digerakkan oleh linear motor tak segerak, serupa dengan apa yang berfungsi, sebagai contoh, pada monorel Moscow (dengan cara ini, enjin ini dibangunkan oleh Pusat Saintifik JSC "TEMP"). Enjin sedemikian mempunyai dua bahagian: utama (induktor) dipasang di bawah kereta, sekunder (tayar reaktif) dipasang di trek. Medan elektromagnet yang dicipta oleh induktor berinteraksi dengan tayar, menggerakkan kereta api ke hadapan.

Kelebihan maglev terutamanya termasuk ketiadaan rintangan selain daripada aerodinamik. Di samping itu, haus peralatan adalah minimum kerana bilangan elemen bergerak sistem yang kecil berbanding kereta api klasik. Kelemahannya ialah kerumitan dan kos laluan yang tinggi. Sebagai contoh, salah satu masalah adalah keselamatan: maglev perlu "diangkat" ke atas jejantas, dan jika ada jejantas, maka perlu mempertimbangkan kemungkinan memindahkan penumpang sekiranya berlaku kecemasan. Bagaimanapun, kereta TP-05 itu dirancang untuk beroperasi pada kelajuan sehingga 100 km/j dan mempunyai struktur trek yang agak murah dan berteknologi maju.

1980-an Seorang jurutera dari VNIIPI-transprogress bekerja pada komputer. Peralatan bengkel pada masa itu adalah yang paling moden - pembiayaan program "Pengangkutan Mesra Alam Berkelajuan Tinggi" telah dijalankan tanpa kegagalan yang serius walaupun semasa zaman perestroika.

Semuanya dari awal

Apabila membangunkan siri TP, jurutera pada dasarnya melakukan segala-galanya dari awal. Kami memilih parameter untuk interaksi antara magnet kereta dan trek, kemudian mengambil penggantungan elektromagnet - kami berusaha untuk mengoptimumkan fluks magnet, dinamik gerakan, dll. Pencapaian utama pemaju boleh dipanggil magnet yang dipanggil ski yang mereka cipta, mampu mengimbangi ketidaksamaan trek dan memastikan dinamik kereta yang selesa dengan penumpang. Penyesuaian kepada ketidaksamaan direalisasikan menggunakan elektromagnet bersaiz kecil yang disambungkan oleh engsel menjadi sesuatu yang serupa dengan rantai. Litar ini adalah kompleks, tetapi lebih dipercayai dan cekap daripada dengan magnet tetap tegar. Sistem ini dipantau terima kasih kepada sensor jurang, yang memantau penyelewengan trek dan memberi arahan kepada penukar kuasa, yang mengurangkan atau meningkatkan arus dalam elektromagnet tertentu, dan oleh itu daya angkat.

TP-01, maglev Soviet pertama, 1979. Di sini kereta itu belum berdiri di Ramenskoye, tetapi di atas trek pendek sepanjang 36 meter, dibina di tempat latihan kilang Gazstroymashina. Pada tahun yang sama, Jerman menunjukkan kereta pertama sedemikian - jurutera Soviet mengikuti perkembangan zaman.

Skim inilah yang diuji pada TP-05, satu-satunya kereta "arah kedua" yang dibina dalam program ini, dengan penggantungan elektromagnet. Kerja pada kereta itu dilakukan dengan cepat - badan aluminiumnya, sebagai contoh, telah disiapkan secara literal dalam tiga bulan. Ujian pertama TP-05 berlaku pada tahun 1986. Ia mempunyai berat 18 tan, memuatkan 18 orang, selebihnya kereta itu diduduki oleh peralatan ujian. Diandaikan bahawa jalan pertama menggunakan kereta sedemikian dalam amalan akan dibina di Armenia (dari Yerevan ke Abovyan, 16 km). Kelajuan itu akan ditingkatkan kepada 180 km/j, kapasiti kepada 64 orang setiap gerabak. Tetapi separuh kedua tahun 1980-an membuat pelarasan sendiri kepada masa depan yang cerah dari maglev Soviet. Pada masa itu, sistem pengangkatan magnet kekal pertama telah pun dilancarkan di Britain; kita boleh mengejar British jika bukan kerana perubahan politik. Satu lagi sebab untuk pengurangan projek itu ialah gempa bumi di Armenia, yang membawa kepada pengurangan mendadak dalam pembiayaan.

Projek B250 - maglev berkelajuan tinggi "Moscow - Sheremetyevo". Aerodinamik dibangunkan di Biro Reka Bentuk Yakovlev, dan mock-up bersaiz penuh segmen dengan tempat duduk dan kokpit telah dibuat. Kelajuan reka bentuk - 250 km/j - ditunjukkan dalam indeks projek. Malangnya, pada tahun 1993, idea bercita-cita tinggi itu terhempas kerana kekurangan dana.

Nenek moyang Aeroexpress

Semua kerja pada siri TP telah dihentikan pada akhir 1980-an, dan sejak 1990, TP-05, yang pada masa itu telah berjaya membintangi filem pendek fiksyen sains "Robots are No Mess," telah dimasukkan ke dalam simpanan kekal di bawah selofan. di bengkel yang sama di mana ia dibina. Kami menjadi wartawan pertama dalam suku abad yang melihat kereta ini "secara langsung". Hampir segala-galanya di dalam telah dipelihara - dari panel kawalan ke upholsteri tempat duduk. Pemulihan TP-05 tidaklah sesukar yang mungkin - ia berdiri di bawah bumbung, dalam keadaan yang baik dan layak mendapat tempat di muzium pengangkutan.

Pada awal 1990-an, Pusat Penyelidikan TEMP meneruskan topik maglev, yang kini ditugaskan oleh kerajaan Moscow. Ini adalah idea Aeroexpress, kereta api levitasi magnet berkelajuan tinggi untuk menghantar penduduk ibu kota terus ke Lapangan Terbang Sheremetyevo. Projek itu dinamakan B250. Segmen percubaan kereta api telah ditunjukkan pada pameran di Milan, selepas itu pelabur dan jurutera asing muncul dalam projek itu; Pakar Soviet mengembara ke Jerman untuk mengkaji perkembangan asing. Tetapi pada tahun 1993, disebabkan oleh krisis kewangan, projek itu telah disekat. Gerabak 64 tempat duduk untuk Sheremetyevo hanya tinggal di atas kertas. Walau bagaimanapun, beberapa elemen sistem telah dicipta dalam sampel berskala penuh - unit penggantungan dan casis, peranti untuk sistem bekalan kuasa on-board, dan juga ujian unit individu bermula.

Perkara yang paling menarik ialah terdapat perkembangan untuk maglev di Rusia. Pusat Saintifik JSC "TEMP" sedang bekerja dan melaksanakan pelbagai projek untuk industri awam dan pertahanan, terdapat tapak ujian, ada pengalaman bekerja dengan sistem yang serupa. Beberapa tahun yang lalu, terima kasih kepada inisiatif JSC Russian Railways, perbualan tentang maglev sekali lagi berpindah ke peringkat pembangunan reka bentuk - bagaimanapun, kesinambungan kerja telah diamanahkan kepada organisasi lain. Masa akan memberitahu apa yang akan membawa kepada ini.

Para editor ingin mengucapkan terima kasih atas bantuan mereka dalam menyediakan bahan. kepada CEO ITC "Pengangkutan Penumpang Elektromagnet" A.A. Galenko.

Kereta api levitasi magnetik, maglev - jenis pengangkutan darat terpantas Pengangkutan awam. Dan walaupun hanya tiga trek kecil telah beroperasi setakat ini, penyelidikan dan ujian prototaip kereta api magnet sedang berlaku di negara yang berbeza. Bagaimana teknologi leviti magnetik telah berkembang dan apa yang menantinya dalam masa terdekat anda akan belajar daripada artikel ini.

Sejarah pembentukan

Halaman pertama sejarah Maglev dipenuhi dengan beberapa siri paten yang diterima pada awal abad ke-20 di negara yang berbeza. Kembali pada tahun 1902, beliau telah dianugerahkan paten untuk reka bentuk kereta api yang dilengkapi dengan motor linear. pencipta Jerman Alfreda Seiden. Dan empat tahun kemudian, Franklin Scott Smith membangunkan satu lagi prototaip awal kereta api penggantungan elektromagnet. Tidak lama kemudian, dalam tempoh dari 1937 hingga 1941, jurutera Jerman Hermann Kemper menerima beberapa lagi paten yang berkaitan dengan kereta api yang dilengkapi dengan motor elektrik linear. Dengan cara ini, stok sistem pengangkutan monorel Moscow, yang dibina pada tahun 2004, menggunakan motor linear tak segerak untuk pergerakan - ini adalah monorel pertama di dunia dengan motor linear.

Sebuah kereta api sistem monorel Moscow berhampiran stesen Teletsentr

Pada penghujung 1940-an, para penyelidik berpindah dari perkataan ke tindakan. Jurutera British Eric Lazethwaite, yang ramai dipanggil "bapa maglev," berjaya membangunkan prototaip bersaiz penuh pertama yang berfungsi untuk motor aruhan linear. Kemudian pada tahun 1960-an, beliau menyertai pembangunan kereta api peluru Tracked Hovercraft. Malangnya, projek itu ditutup pada tahun 1973 kerana kekurangan dana.

Pada tahun 1979, prototaip pertama di dunia kereta api levitasi magnetik, yang dilesenkan untuk penyediaan perkhidmatan pengangkutan penumpang, Transrapid 05, muncul. Trek ujian sepanjang 908 m telah dibina di Hamburg dan dibentangkan semasa pameran IVA 79. Minat dalam projek itu adalah begitu hebat sehingga Transrapid 05 berjaya beroperasi selama tiga bulan lagi selepas tamat pameran dan mengangkut seramai kira-kira 50 ribu penumpang. Kelajuan maksimum kereta api ini ialah 75 km/j.

Dan pesawat magnet komersial pertama muncul pada tahun 1984 di Birmingham, England. Laluan kereta api maglev menghubungkan terminal Lapangan Terbang Antarabangsa Birmingham dan yang berdekatan stesen kereta api. Dia bekerja dengan jayanya dari 1984 hingga 1995. Panjang garisan itu hanya 600 m, dan ketinggian kereta api dengan motor tak segerak linear naik di atas permukaan jalan ialah 15 milimeter. Pada tahun 2003, sistem pengangkutan penumpang AirRail Link berasaskan teknologi Cable Liner telah dibina menggantikannya.

Pada tahun 1980-an, pembangunan dan pelaksanaan projek untuk mencipta kereta api laju Teknologi levitasi magnetik dilancarkan bukan sahaja di England dan Jerman, tetapi juga di Jepun, Korea, China dan Amerika Syarikat.

Bagaimana ia berfungsi

Kami telah mengetahui tentang sifat asas magnet sejak pelajaran fizik gred 6. Jika anda membawa kutub utara magnet kekal dekat dengan kutub utara magnet lain, ia akan menolak antara satu sama lain. Jika salah satu magnet dibalikkan, menyambungkan kutub yang berbeza, ia menarik. Prinsip mudah ini terdapat dalam kereta api maglev, yang meluncur melalui udara di atas rel untuk jarak yang singkat.

Teknologi suspensi magnetik adalah berdasarkan tiga subsistem utama: levitation, penstabilan dan pecutan. Pada masa yang sama pada masa ini Terdapat dua teknologi penggantungan magnetik utama dan satu teknologi eksperimen, terbukti hanya di atas kertas.

Kereta api yang dibina di atas teknologi suspensi elektromagnet (EMS) menggunakan medan elektromagnet untuk pengangkatan, yang kekuatannya berubah mengikut masa. Selain itu, pelaksanaan praktikal sistem ini sangat serupa dengan operasi pengangkutan kereta api konvensional. Di sini, katil rel berbentuk T digunakan, diperbuat daripada konduktor (kebanyakannya logam), tetapi kereta api menggunakan sistem elektromagnet - sokongan dan panduan - bukannya pasangan roda. Magnet sokongan dan panduan terletak selari dengan pemegun feromagnetik yang terletak di tepi laluan berbentuk T. Kelemahan utama teknologi EMS ialah jarak antara magnet sokongan dan stator, iaitu 15 milimeter dan mesti dikawal dan diselaraskan oleh sistem automatik bergantung pada banyak faktor, termasuk sifat berubah-ubah interaksi elektromagnet. By the way, sistem levitation berfungsi terima kasih kepada bateri yang dipasang di atas kereta api, yang dicas semula oleh penjana linear yang dibina ke dalam magnet sokongan. Oleh itu, sekiranya berhenti, kereta api akan dapat melayang untuk masa yang lama dengan bateri. Kereta api Transrapid dan, khususnya, Shanghai Maglev dibina berdasarkan teknologi EMS.

Kereta api berasaskan teknologi EMS dipandu dan dibrek menggunakan motor linear segerak pecutan rendah, diwakili oleh magnet sokongan dan trek di atasnya satah magnet berlegar. Pada umumnya, sistem motor yang dibina ke dalam kanvas ialah pemegun biasa (bahagian pegun motor elektrik linear) yang digunakan di sepanjang bahagian bawah kanvas, dan elektromagnet sokongan, seterusnya, berfungsi sebagai angker motor elektrik. Oleh itu, bukannya menghasilkan tork, arus ulang alik dalam gegelung menjana medan magnet gelombang teruja, yang menggerakkan kereta api tanpa sentuhan. Perubahan dalam kekuatan dan kekerapan arus ulang alik membolehkan anda melaraskan daya tarikan dan kelajuan kereta api. Untuk memperlahankan, anda hanya perlu menukar arah medan magnet.

Dalam kes menggunakan teknologi penggantungan elektrodinamik (EDS), pengangkatan dilakukan oleh interaksi medan magnet dalam kanvas dan medan yang dicipta oleh magnet superkonduktor di atas kereta api. Kereta api JR–Maglev Jepun dibina berdasarkan teknologi EDS. Tidak seperti teknologi EMS, yang menggunakan elektromagnet dan gegelung konvensional yang mengalirkan elektrik hanya apabila kuasa digunakan, elektromagnet superkonduktor boleh mengalirkan elektrik walaupun selepas punca kuasa telah dialih keluar, seperti semasa gangguan bekalan elektrik. Dengan menyejukkan gegelung dalam sistem EDS, anda boleh menjimatkan banyak tenaga. Walau bagaimanapun, sistem penyejukan kriogenik digunakan untuk mengekalkan lebih banyak suhu rendah dalam gegelung, boleh jadi agak mahal.

Kelebihan utama sistem EDS ialah kestabilannya yang tinggi - dengan sedikit pengurangan jarak antara kepingan dan magnet, daya tolakan timbul, yang mengembalikan magnet ke kedudukan asalnya, sambil meningkatkan jarak mengurangkan daya tolakan dan meningkatkan daya tarikan, yang sekali lagi membawa kepada penstabilan sistem. Dalam kes ini, tiada alat elektronik diperlukan untuk mengawal dan melaraskan jarak antara kereta api dan trek.

Benar, terdapat juga beberapa kelemahan di sini - daya yang mencukupi untuk mengapungkan kereta api hanya berlaku pada kelajuan tinggi. Atas sebab ini, kereta api EDS mesti dilengkapi dengan roda yang boleh beroperasi pada kelajuan rendah (sehingga 100 km/j). Perubahan yang sepadan juga mesti dibuat di sepanjang keseluruhan trek, kerana kereta api boleh berhenti di mana-mana tempat kerana kesilapan teknikal.

Satu lagi kelemahan EDS ialah pada kelajuan rendah, daya geseran berkembang di hadapan dan belakang magnet tolakan dalam web, yang bertindak terhadapnya. Ini adalah salah satu sebab mengapa JR-Maglev meninggalkan sistem tolakan sepenuhnya dan melihat ke arah sistem levitasi sisi.

Ia juga perlu diperhatikan bahawa kuat medan magnet di bahagian penumpang, terdapat keperluan untuk memasang perlindungan magnetik. Tanpa pelindung, perjalanan dalam gerabak sedemikian adalah kontraindikasi untuk penumpang dengan perentak jantung elektronik atau media storan magnetik (HDD dan kad kredit).

Subsistem pecutan dalam kereta api berdasarkan teknologi EDS berfungsi dengan cara yang sama seperti dalam kereta api berdasarkan teknologi EMS, kecuali selepas perubahan polariti, stator berhenti seketika.

Teknologi ketiga, paling hampir dengan pelaksanaan, yang kini hanya wujud di atas kertas, ialah versi EDS dengan magnet kekal Inductrack, yang tidak memerlukan tenaga untuk diaktifkan. Sehingga baru-baru ini, penyelidik percaya bahawa magnet kekal tidak mempunyai daya yang mencukupi untuk mengapungkan kereta api. Walau bagaimanapun, masalah ini telah diselesaikan dengan meletakkan magnet dalam apa yang dipanggil "tatasusunan Halbach". Magnet terletak sedemikian rupa sehingga medan magnet timbul di atas tatasusunan, dan bukan di bawahnya, dan mampu mengekalkan levitasi kereta api pada kelajuan yang sangat rendah - kira-kira 5 km/j. Benar, kos tatasusunan sedemikian daripada magnet kekal adalah sangat tinggi, sebab itu belum ada satu pun projek komersial seperti ini.

Buku Rekod Guinness

Pada masa ini, tempat pertama dalam senarai kereta api pengangkatan magnet terpantas diduduki oleh penyelesaian Jepun JR-Maglev MLX01, yang pada 2 Disember 2003, di trek ujian di Yamanashi, berjaya mencapai rekod kelajuan 581 km. /h. Perlu diingat bahawa JR-Maglev MLX01 memegang beberapa lagi rekod yang ditetapkan antara 1997 dan 1999 - 531, 550, 552 km/j.

Jika anda melihat pesaing terdekat anda, antaranya perlu diperhatikan Shanghai maglev Transrapid SMT, dibina di Jerman, yang berjaya mencapai kelajuan 501 km/j semasa ujian pada tahun 2003, dan leluhurnya - Transrapid 07, yang mengatasi 436 km/j pada tahun 1988

Pelaksanaan praktikal

Kereta api levitasi magnetik Linimo, yang mula beroperasi pada Mac 2005, telah dibangunkan oleh Chubu HSST dan masih digunakan di Jepun. Ia berjalan di antara dua bandar di Prefektur Aichi. Panjang kanvas di mana maglev berlegar adalah kira-kira 9 km (9 stesen). Di mana kelajuan maksimum Linimo bersamaan dengan 100 km/j. Ini tidak menghalangnya daripada membawa lebih 10 juta penumpang dalam tempoh tiga bulan pertama pelancarannya sahaja.

Lebih terkenal ialah Shanghai Maglev, yang dicipta oleh syarikat Jerman Transrapid dan mula beroperasi pada 1 Januari 2004. Laluan kereta api maglev ini menghubungkan Stesen Shanghai Longyang Lu dengan Lapangan Terbang Antarabangsa Pudong. Jumlah jaraknya ialah 30 km, kereta api meliputinya dalam kira-kira 7.5 minit, memecut ke kelajuan 431 km/j.

Satu lagi laluan kereta api maglev berjaya beroperasi di bandar Daejeon, Korea Selatan. UTM-02 tersedia untuk penumpang pada 21 April 2008, dan mengambil masa 14 tahun untuk membangun dan mencipta. Laluan kereta api maglev menghubungkan Muzium Sains Negara dan Taman Pameran, yang hanya berjarak 1 km.

Antara kereta api levitasi magnetik yang akan mula beroperasi dalam masa terdekat, perlu diperhatikan Maglev L0 di Jepun, ujiannya baru-baru ini disambung semula. Ia dijangka beroperasi di laluan Tokyo-Nagoya menjelang 2027.

Mainan yang sangat mahal

Tidak lama dahulu, majalah popular yang dipanggil pengangkatan magnet melatih pengangkutan revolusioner, dan pelancaran projek baharu sistem sedemikian dilaporkan dengan kerap dicemburui oleh kedua-dua syarikat swasta dan pihak berkuasa dari seluruh dunia. Walau bagaimanapun, kebanyakan projek besar ini telah ditutup pada peringkat awal, dan beberapa laluan kereta api maglev, walaupun mereka berjaya memberi manfaat kepada penduduk untuk masa yang singkat, kemudiannya dibongkar.

Sebab utama kegagalan ialah kereta api maglev sangat mahal. Mereka memerlukan infrastruktur yang dibina khas untuk mereka dari awal, yang, sebagai peraturan, adalah item perbelanjaan yang paling banyak dalam belanjawan projek. Contohnya, Shanghai Maglev menelan belanja China $1.3 bilion, atau $43.6 juta setiap 1 km landasan dua hala (termasuk kos mencipta kereta api dan membina stesen). Kereta api levitasi magnetik boleh bersaing dengan syarikat penerbangan hanya pada laluan yang lebih panjang. Tetapi sekali lagi, terdapat beberapa tempat di dunia dengan trafik penumpang yang mencukupi untuk menjadikan laluan kereta api maglev berbaloi.

Apa yang akan datang?

Pada masa ini, masa depan kereta api maglev kelihatan suram ke tahap yang lebih besar disebabkan kos terlalu tinggi bagi projek tersebut dan tempoh bayaran balik yang panjang. Pada masa yang sama, banyak negara terus melabur sejumlah besar wang dalam projek kereta api berkelajuan tinggi (HSR). Tidak lama dahulu, ujian berkelajuan tinggi kereta api pengangkatan magnet Maglev L0 disambung semula di Jepun.

Kerajaan Jepun juga berharap dapat menarik minat AS terhadap kereta api levitasi magnetnya sendiri. Baru-baru ini, wakil syarikat The Northeast Maglev, yang merancang untuk menghubungkan Washington dan New York menggunakan laluan kereta api maglev, membuat lawatan rasmi ke Jepun. Mungkin kereta api maglev akan menjadi lebih meluas di negara yang mempunyai rangkaian kereta api berkelajuan tinggi yang kurang cekap. Sebagai contoh, di Amerika Syarikat dan Great Britain, tetapi kos mereka akan kekal tinggi.

Terdapat satu lagi senario untuk perkembangan acara. Seperti yang diketahui, salah satu cara untuk meningkatkan kecekapan kereta api pengangkatan magnet ialah penggunaan superkonduktor, yang, apabila disejukkan kepada suhu yang hampir kepada sifar mutlak, kehilangan sepenuhnya. rintangan elektrik. Walau bagaimanapun, menyimpan magnet besar dalam tangki cecair yang sangat sejuk adalah sangat mahal, kerana "peti sejuk" yang besar diperlukan untuk mengekalkan suhu yang diingini, yang meningkatkan lagi kos.

Tetapi tiada siapa yang mengecualikan kemungkinan bahawa dalam masa terdekat, ahli fizik akan dapat mencipta bahan murah yang mengekalkan sifat superkonduktor walaupun pada suhu bilik. Apabila superkonduktiviti dicapai pada suhu tinggi, medan magnet berkuasa yang mampu menahan kereta dan kereta api digantung akan menjadi sangat mudah diakses sehinggakan "kereta terbang" pun akan berdaya maju dari segi ekonomi. Jadi kami menunggu berita dari makmal.

• Kereta api levitasi magnetik boleh mencapai kelajuan yang lebih tinggi daripada kereta api konvensional.
• Kereta api levitasi magnetik menghasilkan bunyi yang kurang daripada kereta api konvensional.
• Kereta api pengangkatan magnet mengurangkan masa perjalanan untuk penumpang.
• Kereta api pengangkatan magnet menggunakan sumber tenaga elektrik, kurang mencemarkan suasana.

Kelemahan kereta api levitasi magnetik

• Kereta api levitasi magnetik lebih mahal daripada kereta api biasa.
• Kereta api pengangkatan magnet memerlukan latihan khas untuk kakitangan.
• Kereta api pengangkatan magnet superkonduktor digunakan untuk mencipta pengangkatan elektromagnet yang berkuasa, dipasang pada rel. Dalam kes ini, tugas timbul untuk melindungi penumpang daripada kesan medan magnet yang kuat.
• Penurunan voltan secara tiba-tiba akan menyebabkan kereta api levitasi magnet superkonduktor jatuh ke landasan. hidup kelajuan tinggi ini boleh berbahaya (apabila mengendalikan kereta api jenis Inductrack, masalah seperti itu tidak timbul, kerana roda kereta api akan membolehkan kereta bergerak secara inersia sehingga ia berhenti sepenuhnya).
• Tiupan angin silang yang kuat boleh mengganggu operasi kereta api pengangkatan magnet, menyesarkan kereta dan menyebabkannya bersentuhan dengan rel. Salji atau ais di rel juga boleh menyebabkan masalah.

soalan

Bagaimana untuk mengasingkan penumpang daripada pendedahan kepada medan magnet yang kuat pada kereta api pengangkatan magnet superkonduktor?

Jawab

Kereta atau, oleh sekurang-kurangnya, coupe boleh dibuat daripada bahan feromagnetik (contohnya keluli), menyekat garisan aruhan magnet. Malangnya, keluli jauh lebih berat daripada aluminium yang biasa digunakan dalam pembinaan kereta api. Aluminium bukan feromagnetik dan tidak memberikan perlindungan daripada medan magnet melainkan ia dibekalkan dengan arus voltan tinggi yang berpotensi berbahaya kepada penumpang.

soalan

Bolehkah kereta api levitasi magnetik mendaki bukit atau gunung yang curam? Adakah ia akan berguling ke bawah cerun dan kekal di lembah jika tiada geseran diperlukan untuk brek?

Jawab

Motor aruhan linear, yang digunakan dalam kereta api pengangkatan magnetik, mampu mengangkat kereta api tersebut ke atas cerun yang lebih curam daripada kereta api konvensional. Selain itu, motor aruhan linear bertukar kepada brek terbalik, menghalang kereta api daripada bergolek ke bawah dengan bekerja melawan graviti.

Zum-persembahan:http://zoom.pspu.ru/presentations/145

1. Tujuan

Kereta api levitasi magnetik atau maglev(dari levitation magnetik Inggeris, iaitu "maglev" - satah magnet) ialah kereta api yang digantung secara magnetik, didorong dan dikawal oleh daya magnet, direka untuk mengangkut orang (Rajah 1). Merujuk kepada teknologi pengangkutan penumpang. Tidak seperti kereta api tradisional, ia tidak menyentuh permukaan rel semasa bergerak.

2. Bahagian utama (peranti) dan tujuannya

Terdapat penyelesaian teknologi yang berbeza dalam pembangunan reka bentuk ini (lihat perenggan 6). Mari kita pertimbangkan prinsip operasi pengangkatan magnet kereta api Transrapid menggunakan elektromagnet ( penggantungan elektromagnet, EMS) (Gamb. 2).

Elektromagnet dikawal secara elektronik (1) dipasang pada "skirt" logam setiap kereta. Mereka berinteraksi dengan magnet di bahagian bawah rel khas (2), menyebabkan kereta api itu berlegar di atas rel. Magnet lain menyediakan penjajaran sisi. Penggulungan (3) diletakkan di sepanjang trek, yang menghasilkan medan magnet yang menggerakkan kereta api (motor linear).

3. Prinsip operasi

Prinsip operasi kereta api maglev adalah berdasarkan fenomena dan undang-undang fizikal berikut:

fenomena dan undang-undang aruhan elektromagnet M. Faraday

Peraturan Lenz

Undang-undang Biot-Savart-Laplace

Pada tahun 1831, ahli fizik Inggeris Michael Faraday menemui hukum aruhan elektromagnet, Dimana perubahan dalam fluks magnet di dalam litar pengalir merangsang arus elektrik dalam litar ini walaupun tanpa sumber kuasa dalam litar. Persoalan arah arus aruhan, dibiarkan terbuka oleh Faraday, tidak lama kemudian diselesaikan oleh ahli fizik Rusia Emilius Christianovich Lenz.

Mari kita pertimbangkan litar pembawa arus bulat tertutup tanpa bateri yang disambungkan atau sumber kuasa lain, di mana magnet dimasukkan dengan kutub utara. Ini akan meningkatkan fluks magnet yang melalui gelung, dan, mengikut hukum Faraday, arus teraruh akan muncul dalam gelung. Arus ini pula, mengikut undang-undang Bio-Savart, akan menghasilkan medan magnet yang sifatnya tidak berbeza dengan sifat medan magnet biasa dengan kutub utara dan selatan. Lenz baru sahaja berjaya mengetahui bahawa arus teraruh akan diarahkan sedemikian rupa sehingga kutub utara medan magnet yang dihasilkan oleh arus akan berorientasikan ke arah kutub utara magnet yang dipacu. Kerana antara keduanya kutub utara magnet adalah tertakluk kepada daya tolakan bersama, arus aruhan yang teraruh dalam litar akan mengalir dengan tepat arah yang akan menentang kemasukan magnet ke dalam litar. Dan ini hanya kes khas, tetapi dalam rumusan umum, peraturan Lenz menyatakan bahawa arus teraruh sentiasa diarahkan sedemikian rupa untuk mengatasi punca punca yang menyebabkannya.

Peraturan Lenz adalah tepat seperti yang digunakan hari ini dalam kereta api levitasi magnetik. Magnet berkuasa dipasang di bawah bahagian bawah kereta kereta api sedemikian, terletak beberapa sentimeter dari kepingan keluli (Rajah 3). Apabila kereta api bergerak, fluks magnet yang melalui kontur trek sentiasa berubah, dan arus aruhan yang kuat timbul di dalamnya, mewujudkan medan magnet yang kuat yang menolak penggantungan magnet kereta api (sama seperti bagaimana daya tolakan timbul antara kontur dan magnet dalam eksperimen yang diterangkan di atas). Daya ini sangat hebat sehingga, setelah mendapat sedikit kelajuan, kereta api itu benar-benar terangkat dari landasan beberapa sentimeter dan, sebenarnya, terbang di udara.

Komposisi melayang disebabkan oleh tolakan kutub magnet yang sama dan, sebaliknya, tarikan kutub yang berbeza. Pencipta kereta api TransRapid (Rajah 1) menggunakan skema penggantungan magnet yang tidak dijangka. Mereka tidak menggunakan tolakan tiang dengan nama yang sama, tetapi tarikan tiang bertentangan. Menggantung beban di atas magnet tidak sukar (sistem ini stabil), tetapi di bawah magnet hampir mustahil. Tetapi jika anda mengambil elektromagnet terkawal, keadaan berubah. Sistem kawalan mengekalkan jurang antara magnet tetap pada beberapa milimeter (Gamb. 3). Apabila jurang bertambah, sistem meningkatkan kekuatan semasa dalam magnet sokongan dan dengan itu "menarik" kereta; apabila menurun, arus berkurangan dan jurang bertambah. Skim ini mempunyai dua kelebihan yang serius. Elemen magnet trek dilindungi daripada pengaruh cuaca, dan medannya jauh lebih lemah disebabkan oleh jurang kecil antara trek dan kereta api; ia memerlukan arus yang jauh lebih rendah. Akibatnya, kereta api reka bentuk ini ternyata lebih menjimatkan.

Kereta api bergerak ke hadapan motor linear. Enjin sedemikian mempunyai pemutar dan stator yang diregangkan menjadi jalur (dalam motor elektrik konvensional ia digulung menjadi cincin). Belitan stator dihidupkan secara bergilir-gilir, mewujudkan medan magnet bergerak. Stator, yang dipasang pada lokomotif, ditarik ke dalam medan ini dan menggerakkan keseluruhan kereta api (Rajah 4, 5). . Elemen utama teknologi ini ialah perubahan kutub pada elektromagnet dengan membekal dan mengeluarkan arus secara bergantian pada frekuensi 4,000 kali sesaat. Jurang antara stator dan rotor tidak boleh melebihi lima milimeter untuk mendapatkan operasi yang boleh dipercayai. Ini sukar dicapai kerana kereta bergoyang semasa pergerakan, yang menjadi ciri semua jenis jalan monorel, kecuali jalan dengan ampaian sisi, terutama ketika selekoh. Oleh itu, infrastruktur landasan yang ideal adalah perlu.

Kestabilan sistem dipastikan oleh peraturan automatik arus dalam belitan magnetisasi: sensor sentiasa mengukur jarak dari kereta api ke trek dan voltan pada elektromagnet berubah dengan sewajarnya (Rajah 3). Sistem kawalan ultra pantas mengawal jurang antara jalan dan kereta api.

Satu-satunya daya brek ialah daya seret aerodinamik.

Jadi, gambarajah pergerakan kereta api maglev: elektromagnet sokongan dipasang di bawah kereta, dan gegelung motor elektrik linear dipasang pada rel. Apabila mereka berinteraksi, satu daya timbul yang mengangkat kereta di atas jalan dan menariknya ke hadapan. Arah arus dalam belitan sentiasa berubah, menukar medan magnet apabila kereta api bergerak.

Magnet sokongan dikuasakan oleh bateri on-board (Gamb. 4), yang dicas semula di setiap stesen. Arus dibekalkan kepada motor elektrik linear, yang mempercepatkan kereta api ke kelajuan kapal terbang, hanya di bahagian sepanjang kereta api itu bergerak (Rajah 6 a). Medan magnet komposisi yang cukup kuat akan mendorong arus dalam belitan trek, dan mereka, seterusnya, mencipta medan magnet.

Di mana kereta api meningkatkan kelajuan atau mendaki bukit, tenaga dibekalkan dengan kuasa yang lebih besar. Jika anda perlu brek atau memandu arah terbalik, medan magnet menukar vektor.

Tonton klip video " Hukum Aruhan Elektromagnet», « Aruhan elektromagnet» « Eksperimen Faraday».

nasi. 6. b Pegun daripada serpihan video "Hukum Aruhan Elektromagnet", "Aruhan Elektromagnet", "Eksperimen Faraday".