DIY магнетен воз. Сите најинтересни работи за возовите на маглев

Дали возовите со магнетна левитација се транспорт на иднината? Како функционира возот со магнетна левитација?

Поминаа повеќе од двесте години од моментот кога човештвото ги измисли првите парни локомотиви. Сепак, железничкиот копнен транспорт, превозот на патници и тешки товари со помош на моќта на електрична енергија и дизел гориво, сè уште е многу вообичаен.

Вреди да се каже дека сите овие години, инженерите и пронаоѓачите активно работеа на создавање алтернативни методи на движење. Резултатот од нивната работа беа возови со магнетна левитација.

Историја на изгледот

Самата идеја за создавање возови со магнетна левитација беше активно развиена на почетокот на дваесеттиот век. Меѓутоа, во тоа време не беше возможно да се спроведе овој проект од повеќе причини. Производството на таков воз започна дури во 1969 година. Тогаш на територијата на Сојузна Република Германија почна да се поставува магнетна рута, по која требаше да помине ново возило, кое подоцна беше наречено воз Маглев. Лансирана е во 1971 година. Првиот воз маглев, наречен Трансрапид-02, помина покрај магнетната пруга.

Интересен факт е дека германските инженери направиле алтернативно возило врз основа на белешките што ги оставил научникот Херман Кемпер, кој во 1934 година добил патент со кој се потврдува пронајдокот на магнетната рамнина.

Трансрапид-02 тешко може да се нарече многу брзо. Тој можеше да се движи со максимална брзина од 90 километри на час. Неговиот капацитет исто така беше низок - само четири лица.

Во 1979 година беше создаден понапреден модел на маглев. Овој воз, наречен Трансрапид-05, веќе може да превезува шеесет и осум патници. Се движеше по линија лоцирана во градот Хамбург, чија должина беше 908 метри. Максималната брзина што ја развиваше овој воз беше седумдесет и пет километри на час.

Исто така, во 1979 година, во Јапонија беше објавен уште еден модел на маглев. Се викаше „ML-500“. Јапонскиот воз со магнетна левитација достигна брзина до петстотини и седумнаесет километри на час.

Конкурентност

Брзината што можат да ја достигнат возовите со магнетна левитација може да се спореди со брзината на авионите. Во овој поглед, овој вид транспорт може да стане сериозен конкурент на оние авиокомпании кои оперираат на растојание до илјада километри. Широката употреба на маглеви е попречена од фактот што тие не можат да се движат на традиционалните железнички површини. Возовите со магнетна левитација бараат изградба на специјални автопати. И ова бара големи инвестиции на капитал. Исто така, се верува дека магнетното поле создадено за маглеви може негативно да влијае на човечкото тело, што негативно ќе влијае на здравјето на возачот и жителите на регионите лоцирани во близина на таква рута.

Принцип на работа

Возовите со магнетна левитација се посебен вид транспорт. Додека се движи, маглевот изгледа како да лебди над железничката пруга без да го допира. Ова се случува затоа што возилото е управувано од силата на вештачки создаденото магнетно поле. Нема триење кога маглевот се движи. Силата на сопирање во овој случај е аеродинамично влечење.

Како работи? Секој од нас знае за основните својства на магнетите од часовите по физика за шесто одделение. Ако два магнети се приближат еден до друг со нивните северни полови, тие ќе се одвратат еден со друг. Се создава таканаречена магнетна перница. Кога се поврзани различни полови, магнетите ќе се привлечат еден со друг. Овој прилично едноставен принцип лежи во основата на движењето на возот маглев, кој буквално се лизга низ воздухот на кратко растојание од шините.

Во моментов веќе се развиени две технологии со чија помош се активира магнетна перница или суспензија. Третиот е експериментален и постои само на хартија.

Електромагнетна суспензија

Оваа технологија се нарекува EMS. Се заснова на јачината на електромагнетното поле, кое се менува со текот на времето. Предизвикува левитација (подигање во воздухот) на маглевот. За поместување на возот во овој случај, потребни се шини во форма на Т, кои се направени од проводник (најчесто метал). На овој начин функционирањето на системот е слично на конвенционалната железница. Сепак, возот има потпорни и водички магнети наместо парови тркала. Тие се поставени паралелно со феромагнетните статори лоцирани по должината на работ на листот во форма на Т.

Главниот недостаток на технологијата EMS е потребата да се контролира растојанието помеѓу статорот и магнетите. И ова и покрај фактот што зависи од многу фактори, вклучувајќи ја и нестабилната природа на електромагнетната интеракција. За да се избегне ненадејно запирање на возот, на него се поставени специјални батерии. Тие се способни за полнење на линеарни генератори вградени во потпорните магнети, а со тоа и одржување на процесот на левитација долго време.

Сопирањето на возовите базирано на технологијата EMS се врши со синхрон линеарен мотор со ниско забрзување. Претставен е со потпорни магнети, како и површина на патот над која плови маглевот. Брзината и потисокот на возот може да се прилагодат со промена на фреквенцијата и јачината на генерираната наизменична струја. За да се забави, доволно е да се смени правецот на магнетните бранови.

Електродинамична суспензија

Постои технологија во која движењето на маглев се случува преку интеракција на две полиња. Еден од нив е создаден на автопатот, а вториот во возот. Оваа технологија се нарекува EDS. На негова основа е изграден јапонскиот воз за магнетна левитација ЈР-Маглев.

Овој систем има некои разлики од EMS, каде што се користат конвенционални магнети, на кои електричната струја се снабдува од намотки само кога се применува струја.

Технологијата EDS подразбира постојано снабдување со електрична енергија. Ова се случува дури и ако напојувањето е исклучено. Намотките на таков систем се опремени со криогенско ладење, што овозможува заштеда на значителни количини електрична енергија.

Предности и недостатоци на технологијата EDS

Позитивната страна на системот што работи на електродинамичка суспензија е неговата стабилност. Дури и малото намалување или зголемување на растојанието помеѓу магнетите и платното е регулирано со силите на одбивност и привлечност. Ова му овозможува на системот да остане во непроменета состојба. Со оваа технологија, нема потреба да се инсталира електроника за контрола. Нема потреба од уреди за прилагодување на растојанието помеѓу сечилото и магнетите.

Технологијата EDS има некои недостатоци. Така, силата доволна да го левитира возот може да се појави само при голема брзина. Затоа маглевите се опремени со тркала. Тие го обезбедуваат нивното движење со брзина и до сто километри на час. Друг недостаток на оваа технологија е силата на триење што се јавува на задниот и предниот дел на одбивните магнети при мали брзини.

Поради силното магнетно поле, мора да се постави посебна заштита во делот за патници. Во спротивно, на лице со електронски пејсмејкер му е забрането да патува. Потребна е заштита и за магнетните медиуми за складирање (кредитни картички и HDD).

Технологијата во развој

Третиот систем, кој моментално постои само на хартија, е употребата на постојани магнети во верзијата EDS, за кои не е потребна енергија за да се активира. Неодамна се мислеше дека тоа е невозможно. Истражувачите веруваа дека постојаните магнети немаат сила да предизвикаат воз да левитира. Сепак, овој проблем беше избегнат. За да се реши овој проблем, магнетите беа ставени во „Халбах низа“. Овој аранжман води до создавање на магнетно поле не под низата, туку над неа. Ова помага да се одржи левитацијата на возот дури и со брзина од околу пет километри на час.

Овој проект сè уште не добил практична имплементација. Ова се објаснува со високата цена на низите направени од постојани магнети.

Предности на maglevs

Најатрактивниот аспект на возовите со магнетна левитација е можноста тие да постигнат големи брзини, што ќе им овозможи на маглевите да се натпреваруваат дури и со млазни авиони во иднина. Овој вид транспорт е доста економичен во однос на потрошувачката на електрична енергија. Ниски се и трошоците за неговото работење. Ова станува возможно поради отсуство на триење. Удобно е и нискиот шум на маглевите, што позитивно ќе се одрази на еколошката состојба.

Недостатоци

Лошата страна на маглевите е тоа што количината потребна за нивно создавање е преголема. Трошоците за одржување на патеката се исто така високи. Покрај тоа, видот на транспорт што се разгледува бара комплексен систем на патеки и ултра-прецизни инструменти кои го контролираат растојанието помеѓу површината на патот и магнетите.

Имплементација на проектот во Берлин

Вреди да се каже дека сите овие години, инженерите и пронаоѓачите активно работат на создавање алтернативни методи на транспорт. Резултатот од нивната работа беа возови со магнетна левитација.

Историја на изгледот

Самата идеја за создавање возови со магнетна левитација беше активно развиена на почетокот на дваесеттиот век. Меѓутоа, во тоа време не беше возможно да се спроведе овој проект од повеќе причини. Производството на таков воз започна дури во 1969 година. Тогаш на територијата на Сојузна Република Германија почна да се поставува магнетна рута, по која требаше да помине ново возило, кое подоцна беше наречено воз Маглев. Тој беше лансиран во 1971 година. Првиот воз на маглев, наречен Трансрапид-02, помина по магнетната рута.

Трансрапид-02 тешко може да се нарече многу брзо. Можеше да се движи со максимална брзина од 90 километри на час. Неговиот капацитет исто така беше низок - само четири лица.

Конкурентност

Брзината што можат да ја достигнат возовите со магнетна левитација може да се спореди со брзината на авионите. Во овој поглед, овој вид транспорт може да стане сериозен конкурент на оние авиокомпании кои оперираат на растојание до илјада километри. Широката употреба на маглеви е попречена од фактот што тие не можат да се движат на традиционалните железнички површини. Возовите со магнетна левитација бараат изградба на специјални автопати. И ова бара големи инвестиции на капитал. Исто така, се верува дека магнетното поле создадено за маглеви може негативно да влијае на човечкото тело, што негативно ќе влијае на здравјето на возачот и жителите на регионите лоцирани во близина на таква рута.

Принцип на работа

Електромагнетна суспензија

Оваа технологија се нарекува EMS. Се заснова на јачината на електромагнетното поле, кое се менува со текот на времето. Предизвикува левитација (кревање во воздухот) на маглевот. За поместување на возот во овој случај, потребни се шини во форма на Т, кои се направени од проводник (најчесто метал). На овој начин функционирањето на системот е слично на конвенционалната железница. Сепак, возот има потпорни и водички магнети наместо парови тркала. Тие се поставени паралелно со феромагнетните статори лоцирани по должината на работ на листот во форма на Т.

Електродинамична суспензија

Предности и недостатоци на технологијата EDS

Технологијата во развој

Предности на maglevs

Недостатоци

Негативната страна на маглевите е тоа што количината потребна за нивно создавање е преголема. Трошоците за одржување на патеката се исто така високи. Покрај тоа, видот на транспорт што се разгледува бара комплексен систем на патеки и ултра-прецизни инструменти кои го контролираат растојанието помеѓу површината на патот и магнетите.

Имплементација на проектот во Берлин

Во главниот град на Германија во 1980 година беше отворен првиот систем од типот маглев наречен M-Bahn. Должината на патот беше 1,6 километри. Возот со магнетна левитација сообраќал помеѓу три метро станици за време на викендите. Патувањето за патниците беше бесплатно. По падот на Берлинскиот ѕид, населението на градот речиси се удвои. Беше неопходно да се создадат транспортни мрежи способни да обезбедат висок патнички сообраќај. Затоа во 1991 година магнетната лента беше демонтирана, а на негово место започна изградбата на метрото.

Бирмингем

Во овој германски град, Маглев со мала брзина се поврзуваше од 1984 до 1995 година. аеродром и железничка станица. Должината на магнетната патека беше само 600 m.

Патот работеше десет години и беше затворен поради бројните поплаки на патниците за постојните непријатности. Последователно, монорлесниот транспорт го замени маглевот на оваа делница.

Шангај

Првата магнетна железница во Берлин ја изгради германската компанија Трансрапид. Неуспехот на проектот не ги одврати програмерите. Тие го продолжија своето истражување и добија наредба од кинеската влада, која одлучи да изгради патека за маглев во земјата. Шангај и аеродромот Пудонг се поврзани со оваа брза (до 450 км/ч) рута.

Патот долг 30 километри беше отворен во 2002 година. Идните планови вклучуваат негово продолжување на 175 километри.

Јапонија

Оваа земја беше домаќин на изложбата Експо-2005 во 2005 година. За неговото отворање беше пуштена во употреба магнетна патека долга 9 километри. На линијата има девет станици. Маглев ја опслужува областа во непосредна близина на изложбеното место.

Maglevs се сметаат за транспорт на иднината. Веќе во 2025 година се планира отворање на нов автопат во земја како Јапонија. Возот со магнетна левитација ќе превезува патници од Токио до една од областите во централниот дел на островот. Неговата брзина ќе биде 500 km/h. За проектот ќе бидат потребни околу четириесет и пет милијарди долари.

Ав. Људмила Фролова 19 јануари 2015 година http://fb.ru/article/165360/po...

Јапонскиот воз со магнетоплан повторно собори рекорд на брзина

Возот ќе помине растојание од 280 километри за само 40 минути.

Јапонски воз со магнетна левитација, или маглев, го собори сопствениот рекорд на брзина, достигнувајќи 603 км/ч за време на тестовите во близина на Фуџи.

Претходниот рекорд – 590 km/h – го постави тој минатата недела.

JR Central, кој ги поседува возовите, има за цел да ги има на линијата Токио-Нагоја до 2027 година.

Возот ќе помине растојание од 280 километри за само 40 минути.

Во исто време, според раководството на компанијата, тие нема да превезуваат патници со максимална брзина: ќе забрзува „само“ до 505 km/h. Но, ова е и забележливо поголема од брзината на најбрзиот јапонски воз денес, Шинкансен, кој поминува растојание од 320 километри за еден час.

На патниците нема да им се прикажуваат рекорди за брзина, но повеќе од 500 km/h ќе им бидат доволни

Трошоците за изградба на експресен пат до Нагоја ќе бидат речиси 100 милијарди долари, поради фактот што повеќе од 80% од трасата ќе минува низ тунели.

До 2045 година, возовите Маглев се очекува да патуваат од Токио до Осака за само еден час, намалувајќи го времето на патување на половина.

Околу 200 ентузијасти се собраа да го следат тестирањето на возот со куршуми.

„Ме фаќа гуска, навистина сакам да го возам овој воз“, изјави еден од гледачите за телевизијата NHK „Како да се отвори нова страница од историјата за мене.

„Колку побрзо се движи возот, толку е постабилен, па мислам дека квалитетот на возењето е подобрен“, вели Јасуказу Ендо, шеф на истражување во JR Central.

Нови возови ќе бидат лансирани на релација Токио-Нагоја до 2027 година

Јапонија долго време има мрежа од патишта со голема брзина на челични шини наречени Шинкансен. Меѓутоа, со инвестирање во нова технологија за возови со магнетна левитација, Јапонците се надеваат дека ќе можат да ја извезат во странство.

За време на посетата на САД, јапонскиот премиер Шинзо Абе се очекува да понуди помош за изградба на брз автопат меѓу Њујорк и Вашингтон.

За други објави во серијата „Напреден транспорт со голема брзина“ и „Напреден локален транспорт“ видете:

Суперсоничен вакуум „воз“ - Hyperloop. Од серијата „Напреден транспорт со голема брзина“.

Серија „Вететен локален транспорт“. Нов електричен воз EP2D

Видео бонус

Зумирајте- презентација:http://zoom.pspu.ru/presentations/145

1. Цел

Воз со магнетна левитацијаили маглев(од англиската магнетна левитација, т.е. „maglev“ - магнетна рамнина) е магнетно суспендиран воз, управуван и контролиран од магнетни сили, дизајниран за транспорт на луѓе (сл. 1). Се однесува на технологијата за превоз на патници. За разлика од традиционалните возови, тој не ја допира површината на шината додека се движи.

2. Главни делови (уред) и нивната намена

Постојат различни технолошки решенија во развојот на овој дизајн (види став 6). Да го разгледаме принципот на работа на магнетната левитација на Трансрапид воз користејќи електромагнети ( електромагнетна суспензија, EMS) (сл. 2).

Електронски контролирани електромагнети (1) се прикачени на металното „здолниште“ на секој автомобил. Тие комуницираат со магнети на долната страна на специјалната шина (2), предизвикувајќи возот да лебди над шината. Другите магнети обезбедуваат странично порамнување. По должината на пругата е поставена намотка (3), што создава магнетно поле што го става возот во движење (линеарен мотор).

3. Принцип на работа

Принципот на работа на возот маглев се заснова на следните физички феномени и закони:

феномен и закон за електромагнетна индукција од М. Фарадеј

Правилото на Ленц

Законот Биот-Саварт-Лаплас

Во 1831 година, англискиот физичар Мајкл Фарадеј открил закон за електромагнетна индукција, При што промената на магнетниот тек во спроводното коло ја возбудува електричната струја во ова коло дури и во отсуство на извор на енергија во колото. Прашањето за насоката на индукциската струја, оставено отворено од Фарадеј, набрзо го решил рускиот физичар Емилиус Кристијанович Ленц.

Да разгледаме затворено кружно коло кое носи струја без поврзана батерија или друг извор на енергија, во која е вметнат магнет со северниот пол. Ова ќе го зголеми магнетниот флукс што минува низ јамката и, според законот на Фарадеј, во јамката ќе се појави индуцирана струја. Оваа струја, пак, според законот Био-Саварт, ќе генерира магнетно поле, чии својства не се разликуваат од својствата на полето на обичен магнет со северен и јужен пол. Ленц само што успеа да открие дека индуцираната струја ќе биде насочена на таков начин што северниот пол на магнетното поле генериран од струјата ќе биде ориентиран кон северниот пол на погонетиот магнет. Бидејќи меѓусебните сили на одбивање дејствуваат помеѓу двата северни пола на магнетите, индукциската струја индуцирана во колото ќе тече токму во насока што ќе се спротивстави на внесувањето на магнетот во колото. И ова е само посебен случај, но во генерализирана формулација, правилото на Ленц вели дека индуцираната струја секогаш е насочена на таков начин што ќе се спротивстави на основната причина што ја предизвикала.

Правилото на Ленц е токму она што денес се користи во возовите со магнетна левитација. Моќните магнети се монтирани под дното на автомобилот на таков воз, кој се наоѓа на неколку сантиметри од челичниот лим (слика 3). Кога возот се движи, магнетниот флукс што минува низ контурата на пругата постојано се менува, а во него се појавуваат силни индукциски струи, создавајќи моќно магнетно поле кое ја одбива магнетната суспензија на возот (слично на тоа како се појавуваат одбивни сили помеѓу контурата и магнетот во експериментот опишан погоре). Оваа сила е толку голема што, откако доби одредена брзина, возот буквално се крева од пругата за неколку сантиметри и, всушност, лета низ воздухот.

Составот левитира поради одбивањето на идентични полови на магнети и, обратно, привлекувањето на различни полови. Креаторите на возот TransRapid (слика 1) користеле неочекувана шема на магнетна суспензија. Тие не користеа одбивање на истоимените столбови, туку привлекување на спротивните полови. Закачувањето на товарот над магнет не е тешко (овој систем е стабилен), но под магнет е речиси невозможно. Но, ако земете контролиран електромагнет, ситуацијата се менува. Контролниот систем го одржува јазот помеѓу магнетите константен на неколку милиметри (сл. 3). Како што се зголемува јазот, системот ја зголемува јачината на струјата во потпорните магнети и на тој начин го „повлекува“ автомобилот; кога се намалува, струјата се намалува, а јазот се зголемува. Шемата има две сериозни предности. Магнетните елементи на пругата се заштитени од временските влијанија, а нивното поле е значително послабо поради малиот јаз помеѓу пругата и возот; бара многу помали струи. Следствено, воз со ваков дизајн се покажува многу поекономичен.

Возот се движи напред линеарен мотор. Таквиот мотор има ротор и статор испружени во ленти (во конвенционален електричен мотор тие се тркалаат во прстени). Намотките на статорот се вклучуваат наизменично, создавајќи патувачко магнетно поле. Статорот, монтиран на локомотивата, е вовлечен во ова поле и го движи целиот воз (слика 4, 5). . Клучниот елемент на технологијата е промената на половите на електромагнетите со наизменично снабдување и отстранување струја со фреквенција од 4.000 пати во секунда. За да се добие сигурна работа, јазот помеѓу статорот и роторот не треба да надминува пет милиметри. Тоа е тешко остварливо поради нишањето на автомобилите при движење, што е карактеристично за сите типови на монорлезни патишта, освен за патишта со странично потпирање, особено при свиоци. Затоа, неопходна е идеална инфраструктура на патеката.

Стабилноста на системот е обезбедена со автоматско регулирање на струјата во намотките за магнетизација: сензорите постојано го мерат растојанието од возот до пругата и соодветно се менува напонот на електромагнетите (сл. 3). Ултра брзите контролни системи го контролираат јазот помеѓу патот и возот.

А

Ориз. 4. Принципот на движење на возот маглев (ЕМС технологија)

Единствената сила на сопирање е силата на аеродинамичното влечење.

Значи, дијаграмот за движење на возот маглев: потпорните електромагнети се инсталирани под автомобилот, а намотките на линеарен електричен мотор се инсталирани на шината. Кога тие комуницираат, се појавува сила која го крева автомобилот над патот и го влече напред. Насоката на струјата во намотките постојано се менува, менувајќи ги магнетните полиња додека возот се движи.

Поддржувачките магнети се напојуваат со батерии (слика 4), кои се полнат на секоја станица. Струјата се снабдува со линеарниот електричен мотор, кој го забрзува возот до брзината на авионот, само во делот по кој се движи возот (сл. 6 а). Доволно силно магнетно поле на составот ќе предизвика струја во намотките на патеката, а тие, пак, создаваат магнетно поле.

Ориз. 6. a Принципот на движење на воз со магнетна левитација

Онаму каде што возот ја зголемува брзината или оди нагорно, енергијата се снабдува со поголема моќност. Ако треба да успорите или да возите во спротивна насока, магнетното поле го менува векторот.

Погледнете ги видео клиповите“ Закон за електромагнетна индукција», « Електромагнетна индукција» « Експериментите на Фарадеј».

Ориз. 6. б Снимки од видео фрагменти „Законот за електромагнетна индукција“, „Електромагнетна индукција“, „Експериментите на Фарадеј“.

Магнетоплан или Маглев (од англиската магнетна левитација) е воз на магнетна суспензија, управуван и контролиран од магнетни сили. Таквиот воз, за разлика од традиционалните возови, не ја допира површината на шината за време на движењето. Бидејќи постои јаз помеѓу возот и подвижната површина, триењето е елиминирано, а единствената сила на сопирање е силата на аеродинамичкото влечење.

Брзината што ја постигнува Maglev е споредлива со брзината на авионот и му овозможува да се натпреварува со воздушните комуникации на кратки (за авијација) растојанија (до 1000 km). Иако идејата за таков транспорт не е нова, економските и техничките ограничувања го спречија тој да биде целосно развиен: технологијата е имплементирана за јавна употреба само неколку пати. Во моментов, Маглев не може да ја користи постојната транспортна инфраструктура, иако има проекти со поставување на магнетни патни елементи помеѓу шините на конвенционалната железница или под автопатот.

Во моментов, постојат 3 главни технологии за магнетно суспендирање на возовите:

1. На суперспроводливи магнети (електродинамичка суспензија, EDS).

„Железничката пруга на иднината“ создадена во Германија и претходно предизвика протести кај жителите на Шангај. Но, овој пат властите, исплашени од демонстрациите кои се закануваат да доведат до големи немири, ветија дека ќе се справат со возовите. Со цел навремено да се запрат демонстрациите, официјалните лица дури закачија видео камери на места каде што најчесто се случуваат масовни протести. Кинеската толпа е многу организирана и мобилна, може да се собере за неколку секунди и да се претвори во демонстрации со пароли.

Ова се најголемите популарни демонстрации во Шангај од антијапонските маршеви во 2005 година. Ова не е прв протест предизвикан од кинеската загриженост за влошената животна средина. Минатото лето, толпата од илјадници демонстранти ја принудија владата да ја одложи изградбата на хемискиот комплекс.