UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURESTI FACULTATEA DE TRANSPORTURI

ELECTRONICA SI TELECOMENZI IN TRANSPORTURI

SISTEME INTEGRATE UTILIZATE ÎN REALIZAREA VEHICULELOR PE PERNĂ

MAGNETICĂ

STUDENT: Cimpeanu Maria AureliaGRUPA: 8215

Cuprins :

Introducere 3

Scurt istoric 4

Particularități constructive și funcționale ale VPM

Supraconductori

5

10

Particularități ale sistemului integrat 12

Inductrack 15

Avantajele și dezavantajele vehiculelor pe pernă magnetică 16

Inovatii 17

Concluzii 1819

Bibliografie și Webografie

2

SISTEME INTEGRATE UTILIZATE ÎN REALIZAREA VEHICULELOR PE PERNĂ MAGNETICĂ

Introducere

Pe măsură ce lumea continuă sa crească iar orașele tind să devină din ce în ce mai aglomerate, transportul tradițional nu mai răspunde așteptărilor societății, în special în zonele suprapopulate. De-a lungul timpului, combustibilul/energia folosită pentru mișcarea trenului a fost diferită. De la cărbuni și apă pentru trenurile cu abur, la curent electric (cea mai raspândită sursă de energie pentru transportul feroviar mondial actual), la motorină (de exemplu așa numitul tren “Săgeata albastră” din România), și până la cele mai moderne trenuri, care levitează pe pernă magnetică, acestea din urmă aflându-se într-o situație identică cu cea a avioanelor la începutul secolului XX.

Tehnologia Maglev (MAGnetic LEVitation) este produsă și folosită pentru transportul de persoane, în special în Japonia (JR maglev) și Germania (Transrapid); deși există sisteme de “plutire”, propulsie și frânare ușor diferite, principiul este același: cu ajutorul unor magneți foarte puternici (fixați atât pe tren cât și pe șină) se creează câmpuri magnetice care susțin trenul în aer (levitând la aproximativ 5-10 mm deasupra șinei) și îl propulsează cu viteze foarte mari Levitația magnetică este o metodă prin care un obiect este suspendat deasupra altui obiect fără alt ajutor în afară de câmpul magnetic. Este o tehnologie folosită pentru trenurile de mare viteză , unde acestea realizează propulsia , levitația și ghidajul prin intermediul forțelor electromagnetice sau electrodinamice create de bobine parcurse de curent. Forțele electromagnetice sunt folosite pentru a contracara efectele forței gravitaționale; de regulă ele se exerciă între o parte activă alimentată cu energie electrică și alta pasivă formată din material feromagnetic și/sau conductor nemagnetic, fiind reduse forțele de frecare.

Fig. 1 Pricipiul de bază al unui tren Maglev3

Un vehicul Maglev zboară magnetic controlat la distanțe de ordinul a (1÷1,5) cm respectiv 10÷15 mm față de calea de zbor fiind propulsat de calea de ghidaj prin schimbarea câmpului magnetic cu ajutorul electromagneților de pe șine care atrag trenul în moment ce vine și îl împing în timp ce pleacă. În momentul în care trenul ajunge în dreptul următoarei secțiuni se schimbă magnetismul astfel că trenul se deplasează mai departe. Electromagneții se deplasează pe lungimea căii de ghidaj.

Există 4 tehnologii principale maglev:- o tehnologie care se bazează pe electromagneți adaptabili (suspensie electromagnetică sau EMS). Exemplu: Transrapid- o tehnologie care se bazează pe magneți supraconductori (suspensie electrodinamică sau EDS). Exemplu: JR-Maglev.- o tehnologie potențial mai ieftină, care folosește magneți permanenți (Inductrack).- pe lângă acestea, mai există și suspensia magnetodinamică (MDS), recent inventată și deocamdată puțin testată.

Fig.2 Modelul structural ai căii de ghidaj Fig.3 Cale de ghidaj de testare japoneză

Scurt istoric

Levitația magnetică este un concept care a stârnit interesul multor oameni de știință din multe țări, unul dintre aceștia fiind americanul Robert Goddard, care în 1904 a vehiculat ideea creării unei teorii prin care trenurile pot fi ridicate deasupra căii ferate cu ajutorul unor șine electromagnetice. Multe presupuneri și idei au fost formulate de-a lungul anilor dar abia în anul 1922 germanul Hermann Kemper a efectuat cercetări asupra trenurilor cu sustentație magnetică. A depus un brevet în domeniu pe 14 august 1934. Din cauza celui de-al doilea război mondial, lucrările sale au fost întrerupte. Japonezii au continuat cercetările în anul 1962; americanii Gordon Danby și James Powell în 1968 au avut fonduri pentru cercetări de scurtă durată ; în Germania încep cercetările în anul 1973 la Technischen Universitat Braunschweig, primul tren Maglev din lume care a transportat călători fiind Transrapid 05 ( Hamburg); în 1983 se construiește o linie de metrou de 1,6 km bazată pe levitație magnetică, la Berlin. Proiectul s-a dovedit a fi un succes, însa linia a fost inchisă în 1992din lipsă de fonduri. Între anii 1984 – 1985 , în Birmingham, Anglia, a funcționat o cale ferată de acest gen care făcea legatura între aeroport si metrou; tot în 1984 a fost dată în serviciu linia de test Transrapid în Emsland, Germania.

La 12 decembrie, 1997 trenul Maglev MLX01 al Companiei Centrale de Căi Ferate din Japonia a bătut recordul mondial de viteză cu călători: 531 km/h pe linia de test Yamanashi, pentru ca în 2 decembrie 2003 acesta să-si depaseasca propriul record : 581 km/h pe aceeasi linie de test.

În 2003 a fost dată în serviciu linia Transrapid care poarta si numele companiei ce se ocupa de dezvoltarea sistemului. Desi compania dispune de o pistă de încercare în Germania

4

realizarea comercială a companiei este linia de 30 km între centrul orașului Shanghai și aeroportul orașului.

Particularități constructive și funcționale ale VPM

Clasificarea sistemelor de propulsie a VPM

Levitatia magnetica reprezintă o formă de transport ce suspendă, ghidează și propulsează vehicule, este o stare de echilibru stabil în direcție verticală, respectiv orizontală, fără contact mecanic, realizată prin forțe electromagnetice și electrodinamice controlate ce se manifestă între vehicul și calea sa de zbor magnetic. Această metodă poate fi mai rapidă și mai confortabilă decât transportul pe roți. Vehiculele pe pernă magnetică pot atinge viteze foarte mari, asemănătare avioanelor cu reactie( peste 500km/h). Deoarece mare parte a propulsiei vehiculelor de acest tip se realizează prin intermediul căii de rulare și nu prin vehicul acestea sunt mai ușoare și pot urca pante mai abrupte decât trenurile convenționale.

Levitația și ghidajul lateral magnetic se realizează cu sisteme similare, așezate în poziție adecvată față de cale sau pot fi asigurate integrat de același sistem. Există două tipuri de levitație : prin respingere (un obiect poate fi suspendat folosind proprietatea de respingere a magneților de același pol, iar sistemul se numește electromagnetic -SEM) și prin atracție ( un obiect poate fi în suspensie magnetică datorită forțelor de atracție dintre magneții cu poli opuși, iar sistemul se numește electrodinamic - SED).

Fig4. Levitatie prin respingere Fig.5 Levitație prin atractie

Electromagnetul este un dispozitiv în care magnetismul este produs de curentul electric ce trece prin conductor.

5

Forţa dezvoltată de cîmpul magnetic de inducţie magnetică B al unui magnet (electromagnet) în imediata vecinătate a unui pol, cu aria suprafeţei A, asupra unui material feromagnetic cu permeabilitatea m, este:

Factorii de care depinde valoarea inducţiei câmpului magnetic generat de conductoare parcurse de curent electric:

intensitatea curentului electric prin conductor, B~I proprietăţile magnetice ale mediului în care se află conductorul parcurs de curent

electric geometria circuitului

Puterea câmpului magnetic produs de un astfel de electromagnet depinde de: Numărul de spire Magnitudinea curentului Permeabilitatea magnetică a miezului

Sensul liniilor de câmp magnetic depinde de sensul curentului din circuit şi se află cu regula burghiului

Pentru un conductor rectiliniu se aşează burghiul paralel cu conductorul şi se roteste a.î. mişcarea de translaţie a acestuia să fie in sensul curentului electric; sensul mişcării de rotaţie indică sensul liniilor de câmp.

Pentru spiră/cadru multiplicator se aşează burghiul in centrul spirei/cadrului, perpendicular pe planul acesteia, şi se roteşte în sensul curentului electric din spiră/cadru; sensul mişcării de translaţie a burghiului arată sensul liniilor de câmp.

Câmpul magnetic al bobinei

6

Interacţiunea dintre bobină şi magnet poate fi de atracţie sau de respingere.Dacă magnetul este prea aproape/departe de bobină se va schimba tipul interacţiunii,

dacă între bobină şi magnet avem o interacţiune de atracţie/respingere aceasta se va schimba în una de respingere/atracţie prin inversarea polilor bobinei adică prin schimbarea sensului curentului prin bobină dar și prin modificarea intensității acestuia.

a) b)

Interacţiunile dintre bobină şi magnet

(a – respingere, b – atracţie)

7

Schema teoretică a montajului

Prin liniarizarea modelului procesului din ecuaţiile de mai sus, presupunând cămagnetul este localizat într-o poziţie iniţială x1(0)=y(0), putem găsi un sistem liniarprin calcularea matricii Jacobian in jurul punctului y(0).

8

Nivelul solului

Bobina(R,L)

+ Tensiunea la intrare v(t)

Curentul la intrare i(t)

-

Corp magnetic (M)

Senzor Hall

=M ∙g –

- y(t) – poziţia magnetului in metri- M = 0.1 Kg este masa magnetului- g = 9.8 m/s2 este acceleraţiagravitaţională- R = 50 Ω este rezistenţa bobinei- L = 0.5 H este inductanţa bobinei- v(t) – tensiunea la intrare- i(t) – curentul din bobină

)()(

)()(

)()(

3

2

1

titxdt

tdytx

tytx

)(1

)()(

)(

)()(

)()(

33

1

232

21

tvL

txL

R

dt

tdx

txM

txg

dt

tdx

txdt

tdx

Variabile de stare

Ecuatii de stare

Sistem neliniar Model liniarizat

Dar sistemul trebuie să fie in echilibru deci acceleraţia să fie nulă,

vom obţine :

Reprezentare matricială a sistemului

Sistemul regulator in bucla inchisa

yp - mărimea prescrisă;y - mărimea reglată;w - perturbaţia;GF(s) - funcţia de transfer a părţii fixate;GR(s) - funcţia de transfer a regulatorului.

9

gyMx )0(23

)(1

)()(

)()0(

2)()0(

)(

)()(

33

312

21

tvL

txL

R

dt

tdx

txyM

gtx

y

g

dt

tdx

txdt

tdx

u

Lx

x

x

L

RyM

g

y

g

x

x

x

10

0

00

)0(20

)0(

010

3

2

1

3

2

1

3

2

1

001

x

x

x

y

)s(N

)s(MK)s(G)s(G)s(G FR

)s(M*K)s(N

)s(M*K

)s(G

)s(G)s(G

10

Supraconductorii

Supraconductorii reprezintă un tip de conductori electrici a căror rezistenţă devine practic nulă la temperaturi mai mici decât valori specifice materialelor din care sunt construiţi. Această proprietate permite dezvoltarea unor tehnologii precum: vehicule propulsate prin levitaţie magnetică şi care funcţionează folosind supraconductibilitatea la temperaturi ceva mai ridicate, vehicule silenţioase, care se deplasează fără frecare şi care sunt foarte uşor de accelerat.

În continuarea vor fi introduse principii ce descriu funcţionarea supraconductorilor: efectul Meissner si efect de prindere în flux magnetic.

În cadrul acestei demonstraţii, obiectul negru din interiorul containerului de polistiren (vezi filmul de deasupra) este un fragment de YBCO (oxid de cupru, ytriu şi bariu - un material care capătă proprietăţi de supraconductor la temperaturi ceva mai ridicate). Lângă supraconductor este o lingură de fier. La temperatura camerei supraconductorii se comportă asemenea pietrelor, fără a interacţiona deloc cu lingura. Obiectul cilindric cu înveliş metalic este un magnet foarte puternic. Când lingura de fier este plasată în apropierea puternicului magnet, acesta este atras rapid spre lingură.

Lichidul fumegând care este turnat pe supraconductor este azot lichid. Temperatura acestuia este de minus 196 grade Celsius sau 77 de grade Kelvin. Lichidul din preajma supraconductorului trece printr-un proces intens de fierbere datorită căldurii absorbite de azotul lichid din materialul supraconductor. Azotul lichid devine gaz, iar temperatura supraconductorului scade gradat. Când procesul de fierbere se opreşte, înseamnă că supraconductorul şi azotul lichid sunt în echilibru termic. Este un indiciu al faptului că temperatura a scăzut sub pragul critic de supraconductibilitate, adică 91 de grade Kelvin în cazul compusului de YBCO, materialul având în acest moment proprietăţi supraconductive.

Efectul Meissner

Pe parcursul procesului de răcire, supraconductorul nu a fost plasat în imediata vecinătate a unui magnet. Acest tip de răcire poartă numele de răcire nestimulată, ceea ce înseamnă că materialul supraconductor este răcit în absenţa vreunui câmp magnetic exterior. După ce materialul capătă proprietăţi supraconductive, pe măsură ce un magnet se apropie de el, se manifestă un fenomen ciudat. Supraconductorul este respins. Acest fenomen poartă numele de efect Meissner.

10

Efectul prinderii in fluxul magnetic si levitatia magnetică

În continuare fixăm supraconductorul dedesubtul magnetului, prin apăsarea magnetului spre acesta. Câmpul magnetic generate de magnet va traversa supraconductorul dând naştere unui aşa-numit efect de prindere în flux magnetic.

În acest moment supraconductorul şi magnetul se resping şi se atrag în acelaşi timp. Această combinaţie de forţe de respingere şi de atracţie permite magnetului să plutească în mod stabil deasupra supraconductorului. Acest fenomen poartă numele de levitaţie magnetică. Dacă magnetul este uşor rotit, acesta se va răsuci deasupra supraconductorului.

Propulsia VPM

Propulsia VPM se realizează prin intermediul motoarelor electrice liniare, alcătuite dintr-o parte fixă și una mobilă, prevazute cu circuite electrice și/sau magnetice cuplate magnetic între ele ; acest tip de motor transformă energia electrică în energie mecanică pe baza căreia partea mobilă se deplasează rectiliniu în lungul părții fixe.

Partea activă se poate așeza pe vehicul –primarul- și în acest caz, este necesar un sistem de transfer a energiei electrice pe VPM sau se poate așeza de-a lungul căii – secundar- când aceasta se numește cale activă.

Există și posibilitatea ca ambele părți –primarul și secundarul- să fie alimentate cu energie în cadrul soluțiilor de tip motor sincron liniar.

Părțile principale care compun VPM sunt:- Sistemul de propulsie – motorul liniar- Electromagneți de levitație - Electromagneți de ghidaj- Sistemul de transfer a energiei pe vehicul - Sistemul tiristorizat de alimentare și control a propulsiei - Sistemul de alimentare și control a levitației și ghidajului

- Circuitele auxiliare

I. Boldea consideră că într-o viziune intuitivă motoarele liniare se pot obține din cele rotative prin secționarea acestora din urmă după generatoare și desfășurarea în plan a celor două părți numite primar și secundar, urmând ca partea fixă să fie prelungită de-a lungul căii de zbor (pag.19).

11

Disc superconductorMagnet

Nitrogen lichid

Efect Meissner

Fig. 6 Sectiunea unui motor de c.a Fig.7 Componentele unui motor asinctron trifazat liniar

Deoarece nu pot fi folosite cu infrastructura existentă, trenurile Maglev trebuie concepute de la 0, din motive economice și energetice fiind luate în considerare următoarele variante contructive:

- LIM- motorul liniar de inducție cu cale pasivă, unilateral sau bilateral , cu flux longitudinal;

- LSHM- motorul liniar sincron homopolar cu cale pasivă, unilateral;- LASM- motorul liniar sincron heteropolar, cu excitație convențională cu cale activă,

bilateral sau unilateral- LSCM- motorul liniar sincron heteropolar, unilateral cu excitație supraconductoare

cu cale activă- CRIOED- criotransmisia electrodinamică , caz în care VPM cu CRIOED se

numește crioaerobus.Aceste sisteme dezvoltă pe lângă forța de propulsie și forțe de levitație sau /și de ghidaj suficient de mari pentru a levita și ghida VPM, astfel:- Sisteme integrate de propulsie și ghidaj (LSCM)- Sisteme integrate de propulsie și levitație (LSHM si LASM)- Sisteme integrate de propulsie , levitație și ghidaj (CRIOED)- În varianta bilaterală LIM dezvoltă forțe de autoghidare dar foarte mici, insuficiente

pentru a putea ghida vehicolul, iar în varianta unilaterală dezvoltă o forță de atracție care poate prelua până la 40% din masa VPM.

Particularități ale sistemului integratClasificarea sistemelor magnetice și de levitație VPM

Suspensia electromagnetică (SEM) și cea electrodinamică (SED) sunt două tipuri de tehnologii folosite la trenurile maglev.

Suspensia electromagnetică permite ca trenul să se ridice în aer încă dinainte de pornire.

Sistemul de suspensie electromagnetică se bazează pe principiul atracției magnetice dintre un electromagnet cu miez feromagnetic alimentat de regulă in curent continuu (sau in curent alterntiv) și o cale masivă ( sau laminată) feromagnetică. Trenul levitează deasupra căii de rulare în timp ce electromagneții, atașați trenului, sunt orientați spre calea de rulare de dedesubt. Sistemul este dispus pe o serie de brațe în forma literei C, cu partea superioară a brațului atașată de vehicul, iar marginea interioară de dedesubt având în componență magneții, între cele două margini aflându-se șina.

12

Datorită faptului ca SEM alimentat în curent continuu este instabil atât static cât și dinamic , în vederea asigurării stabilității statice și dinamice este nevoie de un sistem de control automat al curentului , în funcție de întrefierul δ, viteza vv și accelerația av pe verticală. Sistemul de control automat trebuie să mențină întrefierul în limitele ( 0,75÷1,25) δn evitând prin aceasta impactul vehiculului cu calea și limitând astfel și consumul de energie. Întrefierul nominal este de obicei δn=(10÷15)mm. Stabilitatea dinamică trebuie realizată fie prin controlul permanent al curentului în funcție de viteza pe verticală vv fie printr-un amortizor mecanic.

Avantajul principal al SEM constă în simplitatea constructivă și faptul că poate funcționa la orice viteză, în comparație cu SED care funcționează la o viteză minimă de 30km/h.

Electromagneții utilizați pentru levitație și ghidaj au forma de U iar în procesul de calcul al acestora trebuie luate în considerare următoarele :-greutatea minimă a electromagentului;-consumul minim de energie pe electromagnet în condiții de forță de levitație dată .

La densități mari de curent trebuie adoptat un sistem de răcire forțată a cărui masă trebuie luată în considerare la un calcul global de optim.

Fig. 8 Sistemul de suspensie electromagnetică

Efectul longitudinal

Prin deplasarea electromagneului cu viteza v față de placa feromagnetică masivă se induc în aceasta curenți turbionari, efectul acestora fiind dublu și anume:-rducerea foțtei de levitație;-producerea unei forțe de frânare magnetică.

Distanța minimă de 10 mm este permanent monitorizată de un sistem computerizat pentru a se evita contactul cu șina; deasemenea, trenul trebuie să leviteze în centrul căii de ghidaj , motiv pentru care bobinele de ghidaj sunt prevăzute cu senzori plasați pe fiecare parte a structurii trenului , cu scopul de a-l menține pe acesta centrat în toate punctele de pe traseu, inclusiv la curbe. În afară de ghidaj, magneții permit trenului să se încline și să se balanseze în curbe. Pentru a menține distanța impusă pe parcursul întregului traseu, magneții lucrează împreună cu ajutorul unor senzori pentru a menține poziția centrată a trenului în cadrul căii de rulare. Totuși, magneții de ghidaj și magneții de levitație funcționează independent .

Suspensia electrodinamică permite levitarea abia dupa ce trenul depășește o anumită viteză, având nevoie de roți pentru pornire și deplasare cu viteze mici.

13

Sistemul de suspensie electrodinamică funcționează pe principiul interacțiunii prin repulsie electrodinamică între bobine supraconductoare plane montate pe vehicul care se deplasează cu viteza v , și o placă sau o scară conductoare așezată de-a lungul căii de zbor, la sol. Prin acest tip de interacțiune se produc două forțe: una de levitație Fl și una de frânare Fd.

Fig. 9 Sistemul de suspensie electrodinamică

Câmpul magnetic al trenului este produs fie prin electromagneți (ex: JR-Maglev) ori printr-o dispunere de magneți permanenți (ex: Inductrack). Forța de respingere în calea de rulare este creată de un câmp magnetic inductor în conductoare sau alte benzi conductoare din circuit.Interacțiunea are loc prin intermediul curenților induși prin mișcare, de către bobine supraconductoare SC, în placa sau în scara conductoare a căii. Bobinele SC sunt necesare pentru crearea unor câmpuri magnetice puternice în aer , capabile să dezvolte o forță de levitație care depășește de cel puțin 5-6 ori greutatea bobinelor SC și a instalațiilor de menținere a stării supraconductoare. ( I.BOLDEA).

Bobinele supraconductoare se compun din bobinajul supraconductor, criostatul de heliu lichid, si izolatia vidată din fibre de sticlă. În locul acestei izolații se pot folosi alte materiale cu conductivitate termică, de cca. 4-5∙10-7W/m∙K. Deasemenea trebuie sa prezinte rezistență mecanică ridicată.

Din punct de vedere static SED este stabil deoarece forța de repulsie crește în cazul apropierii bobinelor SC de cale. Din punct de vedere dinamic , la viteze de peste 70km/h SED este instabil , motiv pentru care este necesară o bobină convențională de control așezată pe vehicul sub bobine SC, al cărui curent este proporțional cu viteza momentană pe verticală vv și cu întrefierul δ; ea este folosită pentru a amortiza oscilațiile, chiar și la frecvențe joase.

Curenții induși în placă la SED precum și cei induși în calea feromagnetică masivă la SEM produc și o forță de frânare numită magnetică, care la viteze de 100-110m/s au același ordin de mărime pentru ambele sisteme, ceva mai mică pentru SED. Deoarece forța de frânare în cazul SED atinge valori maxime între 10-80 m/s ea constituie un dezavantaj la demaraj , dar este și un avantaj pentru frânarea în apropierea stațiilor.

La SEM forța de frânare crește monoton cu viteza (până la 100-110m/s) în timp ce la SED are un maxim în intervalul 10-80m/s, ca apoi să scadă rapid cu viteza. Forța de frânare este importantâ la proiectarea sistemului de propulsie.

Până când vehicolul atinge 30km/h , suspensia acestuia se realizează pe roți ușoare de tipul celor pentru avioane, de tip retractibil ( la viteze mici curentul indus în bobine și fluxul magnetic rezultat nu sunt suficient de puternice pentru a suporta greutatea trenului) deoarece forța de levitație este 0 în repaos și crește monoton cu viteza până la o valoare limită . În cazul SEM prezența roților este necesară numai pentru situații critice, precum staționarea în triaje sau

14

depouri sau întreruperi de curent, deoarece forța de atracție prin levitație este maximă în repaos, și scade ușor cu viteza.

Inductrack

Inginerii încearcă constant să dezvolte tehnologiile precedente, astfel că un nou model de maglev numit Inductrack se găsește în faza de proiectare. Diferența majoră dintre acesta și SED constă în folosirea unor magneți permanenți în locul celor supraconductori. Acest sistem utilzează un aranjament de magneți pemanenți foare puternici numiți dispunere Halbach pentru a crea forța de levitație. Dispunerea Halbach folosește bare magnetice aranjate astfel încât câmpul magnetic al acestora are un unghi de 90 grade pe fiecare parte , ceea ce produce un puternic câmp magnetic în jurul lor. Câmpul magnetic al dispunerii Halbach pe tren respinge câmpul magnetic produs de deplasarea dispunerii pe calea de zbor, șinele în sistem fiind puțin diferite. Calea de rulare este compusă din două rânduri de bobine strâns unite , iar trenul în sine are două dispuneri Halbach: una deasupra bobinelor pentru levitație și una pentru ghidaj. Inductrack folosește un motor liniar sincron, ca și SEM și SED.

Fig. 11 Model Indutrack

Avantajul acestui tip de sistem este acela că în cazul unei căderi de tensiune, trenul continuă să leviteze datorită utilizării magenților permanenți. În consecină, trenul este capabil să încetinească până oprește; în plus el poate levita fără altă sursă de putere implicată, singura sursă de care are nevoie fiind motorul liniar sincron iar singura pierdere de putere care apare în acest tip de sistem fiind forța de frecare aerodinamică și rezistența electrică din circuitele de levitație.

15

Fig.10 Dispunere Halbach

Avantajele și dezavantajele vehiculelor pe pernă magnetică

Avantaje :

-nu există frecare cu șina, astfel se pot prinde viteze foarte mari;

-sunt mult mai puțin zgomotoase, iar mișcarea este mai lină;

-consumă mai puțin curent electric decât trenurile clasice (curentul electric este necesar pentru dezvoltarea câmpului magnetic);

-șina trenurilor maglev este de regulă suspendată pe stâlpi, la o înălțime de 10-20 m de sol; acest fapt reprezintă un avantaj din punct de vedere ecologic: de regulă, rutele de transport, fie ele drumuri, șosele, autostrăzi, căi ferate, sunt construite la nivelul solului (pe sol), și traversează (taie) suprafețe mari de pășuni, pajiști, păduri, diminuând sau chiar blocând deplasarea animalelor dintr-o parte în alta. Migrația animalelor în cadrul unui ecosistem, sau dintr-un ecosistem în altul este foarte importantă pentru conservarea speciei (găsirea hranei, reproducere etc). Faptul că șina trenurilor Maglev este suspendată pe stâlpi, face ca traversarea zonei de către animale să aibă loc fără probleme, pe sub șină.

-lipsa de frecare cu șina, face ca întreținerea trenurilor și a șinei să fie mai puțin costisitoare, pentru că acestea nu au de ce să se uzeze, degradeze în timp;

-tehnologia maglev permite luarea unor curbe mai accentuate decât în cazul trenurilor clasice, fapt care face mai flexibilă planificarea rutelor de transport;

-spațiul ocupat de stâlpii care susțin la înălțime șina trenurilor maglev este mult mai mic decât spațiul ocupat de un coridor feroviar clasic, amplasat la nivelul solului; de asemenea, stâlpii care susțin șina nu trebuie amplasați obligatoriu la distanțe perfect egale unii de ceilalți, astfel se pot evita foarte ușor conductele de gaze/petrol/apă din pămant;

-condițiile meteo (ploaie, zăpadă, îngheț etc) nu afectează funcționarea trenurilor maglev;

-trenurile maglev nu polueaza atmosfera prin eliminarea de noxe.;

-maglev foloseste cu 30% mai puțină energie decât un tren de mare viteză, la aceeași viteză;

-este de 20 de ori mai sigur decât avioanele, de 250 de ori decât căile ferate și de 700 de ori decât automobilele;

-în ciuda vitezei de 500km/h pasagerii se pot mișca liber prin tren;

-nu prezintă risc de incendiu deoarece materialele din care este construit nu sunt inflamabile, iar alimentarea nu se face cu combustibili;

- o coliziune între două trenuri maglev este imposibilă deoarece motoarele linisre inductive previn circulația în sensuri opuse;

-în cazul unei căderi de tensiune bateriile se încarcă continuu.

16

Dezavantaje:

-trenurile maglev nu pot funcționa pe șinele clasice de tren, au nevoie de un tip de șină specială;

-costurile necesare pentru infrastructură (șine, garnituri de tren) sunt foarte mari comparativ cu trenurile clasice;

-stabilitatea trenurilor magnetice în mers este asigurată de un sistem computerizat foarte precis; la viteza mare, o mică eroare a acestui sistem poate duce la atingerea șinei și la un posibil accident;

-câmpurile magnetice puternice pot afecta laptopurile, telefoanele mobile, cărțile de credit, iar efectul asupra sănătății umane pe termen lung este încă necunoscut;

-în prezent, viteza maximă atinsă de un tren maglev(581km/h) nu este mult mai mare față de viteza pe care o pot prinde unele trenuri clasice. De exemplu, “francezul” TGV (Train à Grande Vitesse) a atins în 2007 viteza de 574.8 km/h;

O inovaţie japoneză deschide calea spre trenurile maglev ce se deplasează folosind

lumina

Levitaţia magnetică este tehnologia care stă la baza celor mai rapide trenuri concepute de om până acum, însă dependenţa acestora de electromagneţi şi de şine limitează numărul locurilor în care trenurile maglev pot fi folosite ca mijloc de transport.

Acum, o echipă de cercetători de la Universitatea Aoyama Gakuin a propus o variantă alternativă: schimbarea proprietăţii materialelor. Cercetătorii au folosit grafit deasupra unor magneţi circulari şi au profitat de tendinţa acestui material de a genera un câmp magnetic opus, reuşind să deplaseze grafitul prin lansarea unui fascicul laser la marginea materialului. Acest

17

lucru schimbă comportamentul magnetic din zona respectivă suficient de mult pentru a dezechilibra grafitul, fie pentru a se deplasa într-o direcţie dorită sau pentru a se învârti.

Cercetătorii cred că inovaţia lor ar putea duce la conceperea unor forme de transport maglev care folosesc doar lumina pentru a manevra vehiculul, fără a mai fi nevoie de contact sau de ghidaj extern. Astfel, piloţii acestor vehicule ar avea mult mai mult control asupra direcţiei în care se deplasează. 

De asemenea, cercetătorii cred că tehnologia ar putea fi folosită pentru conceperea unor sisteme producătoare de energie electrică prietenoase cu natura. Folosind lumina laser sau cea de la soare, cercetătorii au reuşit să rotească discul de peste 200 de ori pe minut, ceea ce ar putea duce la dezvoltarea unui sistem de conversie a energiei luminoase.

Acest clip video arată cum au reuşit cercetătorii japonezi să deplaseze grafitul folosind doar o sursă de lumină concentrată: http://www.youtube.com/watch?v=AJ7fMVp_O5s

Concluzii

Sistemul nu este gata pentru a fi folosit în prezent dar va putea fi utilizat în viitorul apropiat. Recordul de viteză atins cu pasageri a fost de 581km/h ( pista Yamanashi, Japonia, în 2003).

Magneții supraconductori creează un puternic câmp magnetic care poate fi o problemă pentru unii pasageri ( în special purtătorii de pacemaker).

Trenul prezintă siguranță în privința cutremurelor deoarece cu cât spațiul dintre șină și vehicul este mai mare cu atât sunt permise deformările căii de zbor.

Generatoarele liniare produc electricitatea de care este nevoie în interiorul trenului, doar o parte a căii de rulare care este folosită de trenul în mișcare fiind alimentată cu energie , evitându-se pierderile inutile.

Vehiculele pe pernă magnetică folosesc magneți pentru levitație și propulsie ; deoarece nu există frecare trenul poate atinge viteze foarte mari.

Reprezintă un mod sigur și eficient de a călători (de exemplu, distanța dintre centrul orașului Shanghai și aeroportul internațional de 60 de km este strabătută în 8 minute cu o viteză de aproximativ 400Km/h de trenul Transrapid).

Viitorul trenurilor Maglev depinde în special de progresul tehnologic pe care țări ca Germania, Japonia și China îl dezvoltă cât și de disponibilitatea autorităților de a face investiții semnificative pentru infrastructura Maglev.

China a anunțat în 2010 ca a început dezvoltarea unui sistem de transport care pleacă de la tehnologia Maglev, însa trenurile vor “zbura” printr-o rețea de tuneluri “vidate”. Astfel, pe lângă lipsa frecării cu șina, trenurile nu vor mai întâmpina nici frecarea cu aerul, putand fi atinse viteze impresionante.  Dezvoltarea unor trenuri rapide, viabile pe distanțe foarte lungi, ar putea să ducă în timp la eliminarea sau reducerea transportului aerian de persoane, care este unul dintre principalii poluatori atmosferici de pe Pământ, din cauza arderii unor cantități imense de kerosen, și eliminarea CO2 în atmosferă. 

18

Bibliografie :

1. Abhishek Mehra, ”Maglev and its application’s-project report,Lovely Professional University Phagwara, 20092. Boldea , S.A.Nassar, ”Vehicule pe pernă magnetică – propulsie, levitație și ghidaj”, Editura Academiei Republicii Socialiste România , București, 19813. Dusty Funk, Kyle Gestla,” Magnetic Levitation Train- final report ” Bradley University, 2006 4. . Kamla Nehru,”Maglev trains” Institute of Technology Sultanpur,sesion 2008-20095. Lilienkamp Katie, Lundberg Kent, ”Low cost magnetic levitation project kits for teaching feedback system desingn,” Massachutess Institute of Tehnology, 20046. ”Magnetic Levitation Experiment” – University of Queensland, 20077. Russel Ray, ”Magnetic Levittation Vehicle”8. Saurabh Singhal , ”Seminar report of Maglev trains”Department of Mechanical Engineering

Webografie :http://www.descopera.org/http://www.maglev.net/http://www.21stcenturysciencetech.com/http://www.enational.ro/http://alttransport.com/http://ninpope-physics.comuv.com/http://ro.wikipedia.org/www.trenuri.go.rohttp://www.eco-style.ro/http://www.descopera.ro

19