DIY magnetiske tog. Magnetiske levitationstog - Maglev

Mere end to hundrede år er gået siden det øjeblik, hvor menneskeheden opfandt de første damplokomotiver. Imidlertid er jordtransport med jernbane, transport af passagerer og tung gods ved hjælp af kraften fra elektricitet og diesel, stadig meget almindelig.

Det er værd at sige, at alle disse år har ingeniører og opfindere arbejdet aktivt på at skabe alternative bevægelsesmetoder. Resultatet af deres arbejde var magnetiske levitationstog.

Udseendehistorie

Selve ideen om at skabe magnetiske levitationstog blev aktivt udviklet i begyndelsen af det tyvende århundrede. Det var dog ikke muligt at gennemføre dette projekt på det tidspunkt af en række årsager. Produktionen af et sådant tog begyndte først i 1969. Det var da, at en magnetisk rute begyndte at blive lagt på Forbundsrepublikken Tysklands område, langs hvilken et nyt køretøj skulle passere, som senere blev kaldt Maglev-toget. Det blev søsat i 1971. Det første maglev-tog, kaldet Transrapid-02, passerede langs den magnetiske rute.

Et interessant faktum er, at tyske ingeniører fremstillede et alternativt køretøj baseret på noterne efterladt af videnskabsmanden Hermann Kemper, som i 1934 modtog et patent, der bekræftede opfindelsen af det magnetiske plan.

Transrapid-02 kan næppe kaldes særlig hurtigt. Den kunne bevæge sig med en maksimal hastighed på 90 kilometer i timen. Dens kapacitet var også lav - kun fire personer.

I 1979 blev en mere avanceret model af maglev skabt. Dette tog, kaldet Transrapid-05, kunne allerede transportere otteogtres passagerer. Den bevægede sig langs en linje beliggende i byen Hamborg, hvis længde var 908 meter. Den maksimale hastighed, som dette tog udviklede, var femoghalvfjerds kilometer i timen.

Også i 1979 blev en anden maglev-model udgivet i Japan. Den blev kaldt "ML-500". Det japanske magnetiske levitationstog nåede hastigheder på op til fem hundrede og sytten kilometer i timen.

Konkurrenceevne

Den hastighed, magnetiske levitationstog kan nå, kan sammenlignes med flyvemaskiners hastighed. I denne forbindelse kan denne type transport blive en seriøs konkurrent til de flyselskaber, der opererer i en afstand på op til tusind kilometer. Den udbredte brug af maglev hæmmes af, at de ikke kan bevæge sig på traditionelle jernbaneoverflader. Magnetiske levitationstog kræver konstruktion af specielle motorveje. Og det kræver store investeringer af kapital. Det menes også, at det magnetiske felt, der er skabt til maglevs, kan påvirke den menneskelige krop negativt, hvilket vil påvirke sundheden for chaufføren og beboere i regioner, der ligger i nærheden af en sådan rute, negativt.

Funktionsprincip

Magnetiske levitationstog er en speciel type transport. Mens man bevæger sig, ser maglev ud til at svæve over jernbanesporet uden at røre det. Dette sker, fordi køretøjet drives af kraften fra et kunstigt skabt magnetfelt. Der er ingen friktion, når maglev bevæger sig. Bremsekraften i dette tilfælde er aerodynamisk modstand.

Hvordan virker det? Hver af os kender til magneternes grundlæggende egenskaber fra fysiktimer i sjette klasse. Hvis to magneter bringes tæt på hinanden med deres nordpoler, vil de frastøde hinanden. Der skabes en såkaldt magnetisk pude. Når forskellige poler er forbundet, vil magneterne tiltrække hinanden. Dette ret enkle princip ligger til grund for bevægelsen af et maglev-tog, som bogstaveligt talt glider gennem luften i kort afstand fra skinnerne.

I øjeblikket er der allerede udviklet to teknologier, ved hjælp af hvilke en magnetisk pude eller ophæng aktiveres. Den tredje er eksperimentel og eksisterer kun på papir.

Elektromagnetisk ophæng

Denne teknologi kaldes EMS. Det er baseret på styrken af det elektromagnetiske felt, som ændrer sig over tid. Det forårsager levitation (stigning i luften) af maglev. For at flytte toget i dette tilfælde kræves T-formede skinner, som er lavet af leder (normalt metal). På denne måde ligner driften af systemet en konventionel jernbane. Toget har dog støtte- og styremagneter i stedet for hjulpar. De er placeret parallelt med de ferromagnetiske statorer placeret langs kanten af det T-formede ark.

Den største ulempe ved EMS-teknologi er behovet for at kontrollere afstanden mellem statoren og magneterne. Og dette på trods af, at det afhænger af mange faktorer, herunder den ustabile karakter af elektromagnetisk interaktion. For at undgå et pludseligt stop af toget er der installeret specielle batterier på det. De er i stand til at genoplade lineære generatorer indbygget i støttemagneterne og derved opretholde levitationsprocessen i lang tid.

Bremsningen af tog baseret på EMS-teknologi udføres af en synkron lineær motor med lav acceleration. Det er repræsenteret af støttemagneter, samt en vejbelægning, hvorover maglev flyder. Togets hastighed og trækkraft kan justeres ved at ændre frekvensen og styrken af den genererede vekselstrøm. For at bremse, er det nok at ændre retningen af de magnetiske bølger.

Elektrodynamisk affjedring

Der er en teknologi, hvor bevægelsen af en maglev sker gennem samspillet mellem to felter. En af dem er skabt på motorvejen, og den anden om bord på toget. Denne teknologi kaldes EDS. Det japanske magnetiske levitationstog JR-Maglev blev bygget på dets grundlag.

Dette system har nogle forskelle fra EMS, hvor der anvendes konventionelle magneter, hvortil der kun tilføres elektrisk strøm fra spoler, når der tilføres strøm.

EDS-teknologi indebærer en konstant forsyning af elektricitet. Dette sker, selvom strømforsyningen er slukket. Spolerne i et sådant system er udstyret med kryogen køling, hvilket giver mulighed for at spare betydelige mængder elektricitet.

Fordele og ulemper ved EDS-teknologi

Den positive side af et system, der fungerer på en elektrodynamisk affjedring, er dets stabilitet. Selv en lille reduktion eller forøgelse af afstanden mellem magneterne og lærredet reguleres af frastødnings- og tiltrækningskræfterne. Dette gør det muligt for systemet at forblive i en uændret tilstand. Med denne teknologi er der ingen grund til at installere elektronik til kontrol. Der er ikke behov for enheder til at justere afstanden mellem bladet og magneterne.

EDS-teknologien har nogle ulemper. En kraft, der er tilstrækkelig til at svæve toget, kan således kun opstå ved høj hastighed. Derfor er maglevs udstyret med hjul. De sikrer deres bevægelse med hastigheder på op til hundrede kilometer i timen. En anden ulempe ved denne teknologi er den friktionskraft, der opstår på bagsiden og forsiden af de frastødende magneter ved lave hastigheder.

På grund af det stærke magnetfelt skal der monteres særlig beskyttelse i passagerafsnittet. Ellers har en person med elektronisk pacemaker forbud mod at rejse. Beskyttelse er også nødvendig for magnetiske lagermedier (kreditkort og HDD'er).

Teknologi under udvikling

Det tredje system, som i øjeblikket kun findes på papiret, er brugen af permanente magneter i EDS-versionen, som ikke kræver energi for at blive aktiveret. For nylig troede man, at dette var umuligt. Forskere mente, at permanente magneter ikke havde styrken til at få et tog til at svæve. Dette problem blev dog undgået. For at løse dette problem blev magneter placeret i et "Halbach-array". Dette arrangement fører til skabelsen af et magnetfelt ikke under arrayet, men over det. Dette hjælper med at opretholde togets levitation selv ved en hastighed på omkring fem kilometer i timen.

Dette projekt er endnu ikke blevet gennemført i praksis. Dette forklares af de høje omkostninger ved arrays lavet af permanente magneter.

Fordele ved maglevs

Det mest attraktive aspekt ved magnetiske levitationstog er udsigten til, at de kan opnå høje hastigheder, hvilket vil give maglevs mulighed for at konkurrere selv med jetfly i fremtiden. Denne form for transport er ret økonomisk i forhold til elforbrug. Omkostningerne ved dens drift er også lave. Dette bliver muligt på grund af fraværet af friktion. Den lave støj fra maglevs er også behagelig, hvilket vil have en positiv effekt på miljøsituationen.

Fejl

Ulempen ved maglevs er, at den nødvendige mængde for at skabe dem er for stor. Omkostningerne til vedligeholdelse af spor er også høje. Derudover kræver den type transport, der overvejes, et komplekst system af spor og ultrapræcise instrumenter, der styrer afstanden mellem vejoverfladen og magneterne.

Implementering af projektet i Berlin

I Tysklands hovedstad i 1980 blev det første system af maglev-typen kaldet M-Bahn åbnet. Vejens længde var 1,6 km. Det magnetiske svævetog kørte mellem tre metrostationer i weekenden. Rejser for passagerer var gratis. Efter Berlinmurens fald blev byens befolkning næsten fordoblet. Det var nødvendigt at skabe transportnetværk, der kunne sikre høj passagertrafik. Derfor blev magnetstriben i 1991 demonteret, og konstruktionen af metroen begyndte i stedet.

Birmingham

I denne tyske by var lavhastigheds-Maglev forbundet fra 1984 til 1995. lufthavn og banegård. Længden af den magnetiske bane var kun 600 m.

Vejen kørte i ti år og blev lukket på grund af adskillige klager fra passagerer over de eksisterende gener. Efterfølgende erstattede monorail transport maglev på denne strækning.

Shanghai

Den første magnetiske jernbane i Berlin blev bygget af det tyske firma Transrapid. Projektets fiasko afskrækkede ikke udviklerne. De fortsatte deres forskning og modtog en ordre fra den kinesiske regering, som besluttede at bygge en maglevbane i landet. Shanghai og Pudong Lufthavn er forbundet med denne højhastighedsrute (op til 450 km/t).

Den 30 km lange vej blev åbnet i 2002. Fremtidige planer omfatter dens udvidelse til 175 km.

Japan

Dette land var vært for Expo-2005-udstillingen i 2005. Til åbningen blev et 9 km langt magnetspor sat i drift. Der er ni stationer på linjen. Maglev betjener området ved siden af udstillingsstedet.

Maglevs betragtes som fremtidens transport. Allerede i 2025 er det planen at åbne en ny motorvej i et land som Japan. Det magnetiske levitationstog skal transportere passagerer fra Tokyo til et af områderne i den centrale del af øen. Dens hastighed vil være 500 km/t. Projektet vil kræve omkring 45 milliarder dollars.

Av. Lyudmila Frolova 19. januar 2015 http://fb.ru/article/165360/po...

Japansk magnetoplantog slår hastighedsrekord igen

Toget vil tilbagelægge en strækning på 280 kilometer på kun 40 minutter.

Et japansk magnetisk levitationstog, eller maglev, har brudt sin egen hastighedsrekord og nåede 603 km/t under test i nærheden af Fuji.

Den tidligere rekord - 590 km/t - blev sat af ham i sidste uge.

JR Central, som ejer togene, sigter mod at have dem på Tokyo-Nagoya-ruten i 2027.

Toget vil tilbagelægge en strækning på 280 kilometer på kun 40 minutter.

Samtidig vil de ifølge selskabets ledelse ikke transportere passagerer med maksimal hastighed: den vil "kun" accelerere til 505 km/t. Men det er også mærkbart højere end hastigheden på det hurtigste japanske tog i dag, Shinkansen, som tilbagelægger en strækning på 320 km på en time.

Passagererne får ikke vist hastighedsrekorder, men mere end 500 km/t vil være nok til dem

Omkostningerne ved at bygge en motorvej til Nagoya vil være næsten 100 milliarder dollars, på grund af det faktum, at mere end 80 % af ruten vil løbe gennem tunneler.

I 2045 forventes Maglev-tog at rejse fra Tokyo til Osaka på kun en time, hvilket halverer rejsetiden.

Omkring 200 entusiaster var samlet for at se afprøvningen af kugletoget.

"Jeg får gåsehud, jeg vil virkelig gerne køre med dette tog," sagde en af tilskuerne til NHK-tv. "Det er som om en ny side i historien er åbnet for mig."

"Jo hurtigere toget bevæger sig, jo mere stabilt er det, så jeg tror, at kørekvaliteten er blevet bedre," siger Yasukazu Endo, forskningschef hos JR Central.

Nye tog vil blive lanceret på Tokyo-Nagoya-ruten i 2027

Japan har længe haft et netværk af højhastighedsveje på stålskinner kaldet Shinkansen. Men ved at investere i ny magnetisk levitationstogteknologi håber japanerne at kunne eksportere det til udlandet.

Under sit besøg i USA forventes den japanske premierminister, Shinzo Abe, at tilbyde assistance til anlæggelsen af en højhastighedsmotorvej mellem New York og Washington.

For andre indlæg i serierne "Avanceret højhastighedstransport" og "Avanceret lokal transport" se:

Supersonisk vakuum "tog" - Hyperloop. Fra serien "Avanceret højhastighedstransport."

Serien "Lovende lokal transport". Nyt elektrisk tog EP2D

Video bonus

Magnetiske levitationstog og maglevtog er den hurtigste form for offentlig transport på jorden. Og selvom kun tre små spor er blevet sat i drift indtil videre, foregår forskning og test af magnetiske togprototyper i forskellige lande. Hvordan magnetisk levitationsteknologi har udviklet sig, og hvad der venter den i den nærmeste fremtid, vil du lære af denne artikel.

De første sider af Maglevs historie var fyldt med en række patenter modtaget i begyndelsen af det 20. århundrede i forskellige lande. Tilbage i 1902 fik den tyske opfinder Alfred Seiden patent på designet af et tog udstyret med en lineær motor. Og fire år senere udviklede Franklin Scott Smith en anden tidlig prototype af et elektromagnetisk ophængningstog. Lidt senere, i perioden fra 1937 til 1941, modtog den tyske ingeniør Hermann Kemper flere patenter relateret til tog udstyret med lineære elektriske motorer. Forresten bruger det rullende materiel i Moskva monorail-transportsystemet, bygget i 2004, asynkrone lineære motorer til bevægelse - dette er verdens første monorail med en lineær motor.

Et tog fra Moskvas monorail-system nær Teletsentr-stationen

I slutningen af 1940'erne gik forskerne fra ord til handling. Den britiske ingeniør Eric Lazethwaite, som mange kalder "maglevs fader", formåede at udvikle den første fungerende prototype i fuld størrelse af en lineær induktionsmotor. Senere i 1960'erne sluttede han sig til udviklingen af Sporet Hovercraft kugletog. Desværre blev projektet lukket i 1973 på grund af manglende midler.

I 1979 dukkede verdens første prototype af et magnetisk levitationstog, med licens til levering af passagertransporttjenester, Transrapid 05. En 908 m lang testbane blev bygget i Hamborg og præsenteret under IVA 79-udstillingen. Interessen for projektet var så stor, at Transrapid 05 lykkedes med succes i yderligere tre måneder efter udstillingens afslutning og transportere i alt omkring 50 tusinde passagerer. Togets maksimale hastighed var 75 km/t.

Og det første kommercielle magnetiske fly dukkede op i 1984 i Birmingham, England. En maglev-jernbanelinje forbandt Birmingham International Airport-terminalen og den nærliggende banegård. Hun arbejdede med succes fra 1984 til 1995. Linjens længde var kun 600 m, og højden, hvortil toget med en lineær asynkronmotor steg over vejbanen, var 15 millimeter. I 2003 blev AirRail Link-passagertransportsystemet baseret på Cable Liner-teknologi bygget i stedet for.

I 1980'erne begyndte udviklingen og implementeringen af projekter til at skabe højhastigheds magnetiske levitationstog ikke kun i England og Tyskland, men også i Japan, Korea, Kina og USA.

Hvordan det virker

Vi har kendt til magneternes grundlæggende egenskaber siden fysiktimerne i 6. klasse. Hvis du bringer nordpolen af en permanent magnet tæt på nordpolen af en anden magnet, vil de frastøde hinanden. Hvis en af magneterne vendes og forbinder forskellige poler, tiltrækker den. Dette simple princip findes i maglev-tog, som glider gennem luften over en skinne i en kort afstand.

Magnetisk affjedringsteknologi er baseret på tre hovedundersystemer: levitation, stabilisering og acceleration. Samtidig er der i øjeblikket to vigtigste magnetiske suspensionsteknologier og en eksperimentel, kun bevist på papir.

Tog bygget på elektromagnetisk suspension (EMS) teknologi bruger et elektromagnetisk felt til levitation, hvis styrke varierer over tid. Desuden er den praktiske implementering af dette system meget lig driften af konventionel jernbanetransport. Her bruges en T-formet skinneseng, lavet af en leder (for det meste metal), men toget bruger et system af elektromagneter - støtte og føringer - i stedet for hjulpar. Støtte- og styremagneterne er placeret parallelt med de ferromagnetiske statorer placeret ved kanterne af den T-formede bane. Den største ulempe ved EMS-teknologi er afstanden mellem referencemagneten og statoren, som er 15 millimeter og skal styres og justeres af specielle automatiserede systemer afhængigt af mange faktorer, herunder den elektromagnetiske interaktions variable karakter. Levitationssystemet fungerer i øvrigt takket være batterier installeret ombord på toget, som genoplades af lineære generatorer indbygget i støttemagneterne. I tilfælde af stop vil toget således kunne svæve i lang tid på batterier. Transrapid-tog og især Shanghai Maglev er bygget på basis af EMS-teknologi.

Tog baseret på EMS-teknologi køres og bremses ved hjælp af en synkron lineær motor med lav acceleration, repræsenteret af støttemagneter og et spor, over hvilket det magnetiske plan svæver. I det store og hele er det motorsystem, der er indbygget i lærredet, en regulær stator (den stationære del af en lineær elektrisk motor), der er placeret langs bunden af lærredet, og støtteelektromagneterne fungerer igen som ankeret på den elektriske motor. I stedet for at producere drejningsmoment genererer vekselstrømmen i spolerne således et magnetfelt af exciterede bølger, som bevæger toget uden kontakt. Ændring af vekselstrømmens styrke og frekvens giver dig mulighed for at justere togets trækkraft og hastighed. For at sænke farten skal du blot ændre retningen af magnetfeltet.

I tilfælde af brug af elektrodynamisk suspension (EDS) teknologi udføres levitation ved vekselvirkningen af magnetfeltet i lærredet og feltet skabt af superledende magneter om bord på toget. Japanske JR-Maglev-tog er bygget på basis af EDS-teknologi. I modsætning til EMS-teknologi, som bruger konventionelle elektromagneter og spoler, der kun leder elektricitet, når der er strøm på, kan superledende elektromagneter lede elektricitet, selv efter at strømkilden er blevet fjernet, såsom under en strømafbrydelse. Ved at køle spolerne i EDS-systemet kan du spare en masse energi. Det kryogene kølesystem, der bruges til at opretholde lavere temperaturer i spolerne, kan dog være ret dyrt.

Den største fordel ved EDS-systemet er dets høje stabilitet - med en lille reduktion i afstanden mellem arket og magneterne opstår der en frastødende kraft, som returnerer magneterne til deres oprindelige position, mens en forøgelse af afstanden reducerer den frastødende kraft og øger tiltrækningskraften, som igen fører til stabilisering af systemet. I dette tilfælde kræves der ingen elektronik til at styre og justere afstanden mellem toget og sporet.

Sandt nok er der også nogle ulemper her - en kraft, der er tilstrækkelig til at svæve toget, opstår kun ved høje hastigheder. Af denne grund skal et EDS-tog være udstyret med hjul, der kan køre ved lave hastigheder (op til 100 km/t). Der skal også foretages tilsvarende ændringer i hele banens længde, da toget kan standse ethvert sted på grund af tekniske fejl.

En anden ulempe ved EDS er, at der ved lave hastigheder udvikles en friktionskraft foran og bagpå de afvisende magneter i nettet, som virker imod dem. Dette er en af grundene til, at JR-Maglev opgav det fuldstændig frastødende system og kiggede mod et lateralt levitationssystem.

Det er også værd at bemærke, at stærke magnetfelter i passagersektionen nødvendiggør installation af magnetisk beskyttelse. Uden afskærmning er kørsel i en sådan vogn kontraindiceret for passagerer med en elektronisk pacemaker eller magnetiske lagringsmedier (HDD og kreditkort).

Accelerationsundersystemet i tog baseret på EDS-teknologi fungerer på samme måde som i tog baseret på EMS-teknologi, bortset fra at efter en polaritetsændring stopper statorerne momentant.

Den tredje teknologi, der er tættest på implementering, som i øjeblikket kun findes på papiret, er EDS-versionen med Inducttrack permanente magneter, som ikke kræver energi for at aktivere. Indtil for nylig troede forskere, at permanente magneter ikke havde kraft nok til at svæve et tog. Dette problem blev dog løst ved at placere magneter i det såkaldte "Halbach-array". Magneterne er placeret på en sådan måde, at magnetfeltet opstår over arrayet, og ikke under det, og er i stand til at opretholde levitation af toget ved meget lave hastigheder - omkring 5 km/t. Det er sandt, at omkostningerne ved sådanne arrays af permanente magneter er meget høje, hvorfor der ikke er et eneste kommercielt projekt af denne art endnu.

Guinness rekordbog

I øjeblikket er førstepladsen på listen over de hurtigste magnetiske levitationstog besat af den japanske løsning JR-Maglev MLX01, som den 2. december 2003 på testbanen i Yamanashi formåede at nå en rekordhastighed på 581 km /h. Det er værd at bemærke, at JR-Maglev MLX01 har adskillige flere rekorder sat mellem 1997 og 1999 - 531, 550, 552 km/t.

Hvis du ser på dine nærmeste konkurrenter, er det blandt dem værd at bemærke Shanghai maglev Transrapid SMT, bygget i Tyskland, som formåede at nå en hastighed på 501 km/t under test i 2003, og dens stamfader – Transrapid 07, som overgik mærke på 436 km/t tilbage i 1988

Praktisk implementering

Linimo magnetiske levitationstog, som startede i drift i marts 2005, blev udviklet af Chubu HSST og er stadig i brug i Japan. Det løber mellem to byer i Aichi Prefecture. Længden af det lærred, som maglev svæver over, er omkring 9 km (9 stationer). Samtidig er den maksimale hastighed på Linimo 100 km/t. Dette forhindrede ikke den i at transportere mere end 10 millioner passagerer alene i løbet af de første tre måneder af lanceringen.

Mere berømt er Shanghai Maglev, skabt af det tyske firma Transrapid og sat i drift den 1. januar 2004. Denne maglev-jernbanelinje forbinder Shanghai Longyang Lu Station med Pudong International Airport. Den samlede distance er 30 km, toget tilbagelægger den på cirka 7,5 minutter og accelererer til en hastighed på 431 km/t.

En anden maglev-jernbanelinje kører med succes i Daejeon, Sydkorea. UTM-02 blev tilgængelig for passagerer den 21. april 2008, og det tog 14 år at udvikle og skabe. Maglev-jernbanen forbinder National Science Museum og Exhibition Park, som kun ligger 1 km fra hinanden.

Blandt de magnetiske levitationstog, der vil begynde driften i den nærmeste fremtid, er det værd at bemærke Maglev L0 i Japan, dens test er for nylig genoptaget. Det forventes at køre på Tokyo-Nagoya-ruten i 2027.

Meget dyrt legetøj

For ikke så længe siden, populære magasiner kaldet magnetisk levitation tog revolutionerende transport, og lanceringen af nye projekter af sådanne systemer blev rapporteret med misundelsesværdig regelmæssighed af både private virksomheder og myndigheder fra hele verden. Imidlertid blev de fleste af disse storslåede projekter lukket i de indledende faser, og nogle maglev-jernbanelinjer, selvom de formåede at tjene befolkningens fordel i kort tid, blev senere demonteret.

Hovedårsagen til fejlen er, at maglev-tog er ekstremt dyre. De kræver infrastruktur, der er specielt bygget til dem fra bunden, hvilket som regel er den største udgiftspost i projektets budget. For eksempel kostede Shanghai Maglev Kina 1,3 milliarder dollars, eller 43,6 millioner dollars pr. 1 km tovejsspor (inklusive omkostningerne ved at oprette tog og bygge stationer). Magnetiske levitationstog kan kun konkurrere med flyselskaber på længere ruter. Men så igen, der er få steder i verden med nok passagertrafik til at gøre en maglev-jernbanelinje umagen værd.

Hvad er det næste?

I øjeblikket ser fremtiden for maglev-tog vag ud, hovedsagelig på grund af de uoverkommelige omkostninger ved sådanne projekter og den lange tilbagebetalingsperiode. Samtidig fortsætter mange lande med at investere enorme mængder penge i højhastighedstogprojekter (HSR). For kort tid siden blev højhastighedstest af Maglev L0 magnetiske levitationstog genoptaget i Japan.

Den japanske regering håber også at tiltrække amerikansk interesse for sine egne magnetiske levitationstog. For nylig aflagde repræsentanter for selskabet Northeast Maglev, som planlægger at forbinde Washington og New York ved hjælp af en maglev-jernbanelinje, et officielt besøg i Japan. Måske vil maglev-tog blive mere udbredt i lande med et mindre effektivt højhastighedstognet. For eksempel i USA og Storbritannien, men deres omkostninger vil stadig forblive høje.

Der er et andet scenarie for udviklingen af begivenheder. Som det er kendt, er en af måderne til at øge effektiviteten af magnetiske levitationstog brugen af superledere, som, når de afkøles til temperaturer tæt på det absolutte nulpunkt, fuldstændig mister elektrisk modstand. Det er dog meget dyrt at opbevare enorme magneter i tanke med ekstremt kolde væsker, da der er brug for enorme "køleskabe" for at opretholde den ønskede temperatur, hvilket øger omkostningerne endnu mere.

Men ingen udelukker muligheden for, at fysikkens armaturer i den nærmeste fremtid vil være i stand til at skabe et billigt stof, der bevarer superledende egenskaber selv ved stuetemperatur. Når først superledning er opnået ved høje temperaturer, vil kraftige magnetfelter, der er i stand til at holde biler og tog suspenderet, blive så tilgængelige, at selv "flyvende biler" vil være økonomisk levedygtige. Så vi venter på nyt fra laboratorierne.

Magnetoplane eller Maglev (af engelsk magnetisk levitation) er et tog på magnetisk ophæng, drevet og styret af magnetiske kræfter. Et sådant tog, i modsætning til traditionelle tog, rører ikke skinneoverfladen under bevægelse. Da der er et mellemrum mellem toget og den bevægelige overflade, elimineres friktion, og den eneste bremsekraft er kraften fra aerodynamisk modstand.

Den hastighed, der kan opnås af Maglev, kan sammenlignes med et flys hastighed og gør det muligt for det at konkurrere med luftkommunikation på korte (til luftfart) afstande (op til 1000 km). Selvom ideen om en sådan transport ikke er ny, har økonomiske og tekniske begrænsninger forhindret den i at blive fuldt udviklet: teknologien er kun blevet implementeret til offentlig brug et par gange. Maglev kan i øjeblikket ikke bruge den eksisterende transportinfrastruktur, selvom der er projekter med placering af magnetiske vejelementer mellem skinnerne på en konventionel jernbane eller under motorvejen.

I øjeblikket er der 3 hovedteknologier til magnetisk ophængning af tog:

1. På superledende magneter (elektrodynamisk ophæng, EDS).

"Fremtidens jernbane" skabt i Tyskland har tidligere forårsaget protester fra Shanghai-beboere. Men denne gang lovede myndighederne, skræmte af demonstrationer, der truede med at føre til store uroligheder, at tage sig af togene. For at stoppe demonstrationer rettidigt hængte embedsmænd endda videokameraer op på steder, hvor masseprotester oftest forekommer. Den kinesiske skare er meget organiseret og mobil, den kan samles på få sekunder og blive til en demonstration med slogans.

Det er de største folkelige demonstrationer i Shanghai siden anti-japanske marcher i 2005. Dette er ikke den første protest forårsaget af kinesiske bekymringer over det forværrede miljø. Sidste sommer tvang skarer af tusindvis af demonstranter regeringen til at udsætte opførelsen af det kemiske kompleks.

Er magnetiske levitationstog fremtidens transport? Hvordan fungerer et magnetisk levitationstog?

Det er værd at sige, at alle disse år har ingeniører og opfindere arbejdet aktivt på at skabe alternative bevægelsesmetoder. Resultatet af deres arbejde var magnetiske levitationstog.

Udseendehistorie

Selve ideen om at skabe magnetiske levitationstog blev aktivt udviklet i begyndelsen af det tyvende århundrede. Det var dog ikke muligt at gennemføre dette projekt på det tidspunkt af en række årsager. Produktionen af et sådant tog begyndte først i 1969. Det var da, at en magnetisk rute begyndte at blive lagt på Forbundsrepublikken Tysklands område, langs hvilken et nyt køretøj skulle passere, som senere blev kaldt Maglev-toget. Den blev lanceret i 1971. Det første maglev-tog, kaldet Transrapid-02, passerede langs magnetsporet.

Transrapid-02 kan næppe kaldes særlig hurtigt. Den kunne bevæge sig med en maksimal hastighed på 90 kilometer i timen. Dens kapacitet var også lav - kun fire personer.

Også i 1979 blev en anden maglev-model udgivet i Japan. Den blev kaldt "ML-500". Det japanske magnetiske levitationstog nåede hastigheder på op til fem hundrede og sytten kilometer i timen.

Konkurrenceevne

Den hastighed, magnetiske levitationstog kan nå, kan sammenlignes med flyvemaskiners hastighed. I denne forbindelse kan denne type transport blive en seriøs konkurrent til de flyselskaber, der opererer i en afstand på op til tusind kilometer. Den udbredte brug af maglev hæmmes af, at de ikke kan bevæge sig på traditionelle jernbaneoverflader. Magnetiske levitationstog kræver konstruktion af specielle motorveje. Og det kræver store investeringer af kapital. Det menes også, at det magnetiske felt, der er skabt til maglevs, kan påvirke den menneskelige krop negativt, hvilket vil påvirke sundheden for chaufføren og beboere i regioner, der ligger i nærheden af en sådan rute, negativt.

Funktionsprincip

I øjeblikket er der allerede udviklet to teknologier, ved hjælp af hvilke en magnetisk pude eller ophæng aktiveres. Den tredje er eksperimentel og eksisterer kun på papir.

Elektromagnetisk ophæng

Elektrodynamisk affjedring

Dette system har nogle forskelle fra EMS, hvor der anvendes konventionelle magneter, hvortil der kun tilføres elektrisk strøm fra spoler, når der tilføres strøm.

Fordele og ulemper ved EDS-teknologi

Teknologi under udvikling

Dette projekt er endnu ikke blevet gennemført i praksis. Dette forklares af de høje omkostninger ved arrays lavet af permanente magneter.

Fordele ved maglevs

Fejl

Implementering af projektet i Berlin

Zoom-præsentation:http://zoom.pspu.ru/presentations/145

1. Formål

Magnetisk levitationstog eller maglev(fra engelsk magnetisk levitation, dvs. "maglev" - magnetisk plan) er et magnetisk ophængt tog, drevet og styret af magnetiske kræfter, designet til at transportere mennesker (fig. 1). Henviser til persontransportteknologi. I modsætning til traditionelle tog rører den ikke skinnens overflade, mens den bevæger sig.

2. Hoveddele (enhed) og deres formål

Der er forskellige teknologiske løsninger i udviklingen af dette design (se afsnit 6). Lad os overveje princippet om drift af den magnetiske levitation af Transrapid-toget ved hjælp af elektromagneter ( elektromagnetisk ophæng, EMS) (Fig. 2).

Elektronisk styrede elektromagneter (1) er fastgjort til metal-"skørtet" i hver bil. De interagerer med magneter på undersiden af en speciel skinne (2), hvilket får toget til at svæve over skinnen. Andre magneter giver lateral justering. En vikling (3) lægges langs sporet, som skaber et magnetfelt, der sætter toget i gang (lineærmotor).

3. Driftsprincip

Driftsprincippet for et maglev-tog er baseret på følgende fysiske fænomener og love:

fænomen og lov om elektromagnetisk induktion af M. Faraday

Lenz' regel

Biot-Savart-Laplace lov

I 1831 opdagede den engelske fysiker Michael Faraday lov om elektromagnetisk induktion, Hvorved en ændring i den magnetiske flux inde i et ledende kredsløb exciterer en elektrisk strøm i dette kredsløb, selv i fravær af en strømkilde i kredsløbet. Spørgsmålet om retningen af induktionsstrømmen, efterladt åbent af Faraday, blev snart løst af den russiske fysiker Emilius Christianovich Lenz.

Lad os overveje et lukket cirkulært strømførende kredsløb uden et tilsluttet batteri eller anden strømkilde, hvori en magnet er indsat med nordpolen. Dette vil øge den magnetiske flux, der passerer gennem sløjfen, og ifølge Faradays lov vil der opstå en induceret strøm i sløjfen. Denne strøm vil igen, ifølge Bio-Savart-loven, generere et magnetfelt, hvis egenskaber ikke adskiller sig fra egenskaberne af feltet af en almindelig magnet med nord- og sydpoler. Lenz nåede netop at finde ud af, at den inducerede strøm vil blive rettet på en sådan måde, at nordpolen af det magnetiske felt, der genereres af strømmen, vil være orienteret mod nordpolen af den drevne magnet. Da gensidige frastødningskræfter virker mellem magneternes to nordpoler, vil induktionsstrømmen, der induceres i kredsløbet, flyde i netop den retning, der vil modvirke magnetens indføring i kredsløbet. Og dette er kun et særligt tilfælde, men i en generaliseret formulering siger Lenz’ regel, at den inducerede strøm altid er rettet på en sådan måde, at den modvirker den grundlæggende årsag, der forårsagede den.

Lenz' regel er netop det, der bruges i dag i magnetiske levitationstog. Kraftige magneter er monteret under bunden af bilen på et sådant tog, placeret et par centimeter fra stålpladen (fig. 3). Når toget bevæger sig, ændres den magnetiske flux, der passerer gennem sporets kontur, konstant, og der opstår stærke induktionsstrømme i det, hvilket skaber et kraftigt magnetfelt, der frastøder togets magnetiske ophæng (svarende til, hvordan frastødende kræfter opstår mellem konturen) og magneten i eksperimentet beskrevet ovenfor). Denne kraft er så stor, at toget, efter at have fået en vis fart, bogstaveligt talt løfter sig adskillige centimeter fra sporet og faktisk flyver gennem luften.

Sammensætningen svæver på grund af afvisningen af identiske poler af magneter og omvendt tiltrækningen af forskellige poler. Skaberne af TransRapid-toget (fig. 1) brugte et uventet magnetisk ophængsskema. De brugte ikke frastødelse af poler af samme navn, men tiltrækning af modsatte poler. At hænge en last over en magnet er ikke svært (dette system er stabilt), men under en magnet er det næsten umuligt. Men hvis du tager en styret elektromagnet, ændrer situationen sig. Styresystemet holder afstanden mellem magneterne konstant på flere millimeter (fig. 3). Efterhånden som mellemrummet øges, øger systemet strømstyrken i de understøttende magneter og "trækker" dermed bilen; når den aftager, falder strømmen, og mellemrummet øges. Ordningen har to alvorlige fordele. Spormagnetiske elementer er beskyttet mod vejrpåvirkninger, og deres felt er væsentligt svagere på grund af det lille mellemrum mellem sporet og toget; det kræver meget lavere strømme. Følgelig viser et tog af dette design sig at være meget mere økonomisk.

Toget kører fremad lineær motor. En sådan motor har en rotor og stator strakt i strimler (i en konventionel elektrisk motor rulles de ind i ringe). Statorviklingerne tændes skiftevis, hvilket skaber et bevægende magnetfelt. Statoren, monteret på lokomotivet, trækkes ind i dette felt og flytter hele toget (fig. 4, 5). . Nøgleelementet i teknologien er skiftet af poler på elektromagneter ved skiftevis at tilføre og fjerne strøm med en frekvens på 4.000 gange i sekundet. Afstanden mellem statoren og rotoren bør ikke overstige fem millimeter for at opnå pålidelig drift. Dette er vanskeligt at opnå på grund af bilernes svajring under bevægelse, hvilket er karakteristisk for alle typer monorail-veje, undtagen veje med sideaffjedring, især i sving. Derfor er en ideel sporinfrastruktur nødvendig.

Systemets stabilitet sikres ved automatisk regulering af strømmen i magnetiseringsviklingerne: sensorer måler konstant afstanden fra toget til sporet, og spændingen på elektromagneterne ændres tilsvarende (fig. 3). Ultrahurtige kontrolsystemer styrer afstanden mellem vejen og toget.

EN

Ris. 4. Princippet om bevægelse af et magnetisk levitationstog (EMS-teknologi)

Den eneste bremsekraft er den aerodynamiske modstandskraft.

Så bevægelsesdiagrammet for et maglev-tog: understøttende elektromagneter er installeret under bilen, og spoler af en lineær elektrisk motor er installeret på skinnen. Når de interagerer, opstår der en kraft, der løfter bilen op over vejen og trækker den fremad. Strømretningen i viklingerne ændres kontinuerligt og skifter magnetiske felter, når toget bevæger sig.

Støttemagneterne drives af indbyggede batterier (fig. 4), som genoplades på hver station. Der tilføres strøm til den lineære elektriske motor, som accelererer toget til flyvehastigheder, kun i den sektion, hvormed toget bevæger sig (fig. 6 a). Et tilstrækkeligt stærkt magnetfelt af sammensætningen vil inducere strøm i sporviklingerne, og de skaber igen et magnetfelt.

Ris. 6. a Princippet om bevægelse af et magnetisk levitationstog

Hvor toget øger hastigheden eller kører op ad bakke, tilføres energien større kraft. Hvis du skal sætte farten ned eller køre i den modsatte retning, skifter magnetfeltet vektor.

Se videoklippene " Lov om elektromagnetisk induktion», « Elektromagnetisk induktion» « Faradays eksperimenter».

Ris. 6. b Stillbilleder fra videofragmenter "The Law of Electromagnetic Induction", "Electromagnetic Induction", "Faraday's Experiments".