¿Tren de levitación magnética?
China ha dominado la tecnología del tren maglev, pero no puede cumplir con los requisitos prácticos en absoluto. No ha dominado la tecnología central del tren maglev. Sólo puede realizar investigaciones en el laboratorio. Durante décadas, ha alcanzado una etapa práctica y también es relativamente seguro. Hoy en día, existen dos formas principales de "levitación" en los trenes maglev en el mundo, una es el tipo de repulsión y la otra es el tipo de succión. El tipo repulsivo utiliza la fuerza repulsiva generada por dos imanes con la misma polaridad uno frente al otro para hacer levitar el tren. A ambos lados del vagón del tren Maglev se instalan electroimanes superconductores con fuertes campos magnéticos. Cuando el vehículo está en marcha, el campo magnético de este electroimán corta los anillos de aluminio instalados a ambos lados de la vía, provocando que en los mismos se genere una corriente inducida, y al mismo tiempo, se genera un campo magnético inverso de la misma polaridad. empujando el vehículo fuera de la pista y levitando en el aire. Sin embargo, cuando está parado, debido a que no hay potencial de corte ni corriente, el vehículo no puede levitar y solo puede usar ruedas para sostener el cuerpo como un avión. Cuando el vehículo avanza impulsado por un motor lineal y alcanza una velocidad de más de 80 kilómetros por hora, el vehículo levita. El tipo de succión utiliza el principio de dos imanes que se atraen entre sí. El electroimán se coloca debajo de la vía y se fija en el bogie de la carrocería del vagón. Cuando se genera un fuerte campo magnético entre los dos y se atraen entre sí, el tren puede levitar. . Este tren maglev de tipo succión puede mantener un estado de levitación estable ya sea que esté parado o en movimiento. En esta ocasión, pertenece a este tipo el tren maglev de media y baja velocidad desarrollado por nuestro país.
"Aquí y allá" es el estado de funcionamiento básico del tren maglev. Los trenes Maglev utilizan fuerza electromagnética para contrarrestar la gravedad de la Tierra, lo que permite que el tren levite sobre la vía. Durante la operación, la carrocería del automóvil y la vía están "casi separadas" y el espacio de levitación magnética es de aproximadamente 1 cm, por lo que tiene la reputación de "avión de altitud cero". En comparación con los trenes de ruedas ordinarios, tiene las características de bajo ruido, bajo consumo de energía, ausencia de contaminación, seguridad y comodidad, alta velocidad y eficiencia, y se considera un nuevo tipo de transporte con amplias perspectivas. En particular, este tipo de tren maglev de velocidad media y baja es particularmente adecuado para el tránsito ferroviario urbano debido a sus ventajas como un radio de giro pequeño y una gran capacidad de ascenso.
Alemania y Japón son los primeros países del mundo en llevar a cabo investigaciones sobre trenes maglev. El tren maglev Transrapid desarrollado por Alemania alcanzó una velocidad de 436 kilómetros por hora en la línea de prueba de Emsland. Los MAGLEV (trenes de levitación magnética) desarrollados en Japón establecieron un récord mundial de 550 kilómetros por hora en una línea de prueba en la prefectura de Yamanashi en diciembre de 1997. Después de largas y repetidas discusiones, tanto Alemania como Japón creen que es posible poner en funcionamiento trenes maglev en sus países antes de mediados del próximo siglo.
Principio de funcionamiento del tren maglev
El tren de levitación magnética es producto del desarrollo moderno de alta tecnología. El principio es utilizar fuerza electromagnética para compensar la gravedad de la tierra y utilizar motores lineales para la tracción, de modo que el tren pueda flotar en la vía (el espacio de suspensión es de aproximadamente 1 cm). Su investigación y fabricación involucran control automático, tecnología de electrónica de potencia, tecnología de propulsión lineal, diseño y fabricación mecánicos, monitoreo y diagnóstico de fallas y muchas otras disciplinas. La tecnología es muy compleja y es un símbolo importante de la fortaleza científica y tecnológica y del nivel industrial de un país. . En comparación con los trenes de ruedas ordinarios, tiene las características de bajo nivel de ruido, ausencia de contaminación, seguridad, comodidad, alta velocidad y eficiencia. Tiene la reputación de "avión de altura cero" y es un nuevo medio de transporte con amplias perspectivas. especialmente indicado para el transporte ferroviario urbano. Los trenes Maglev generalmente se dividen en dos tipos: tipo de repulsión y tipo de succión según los diferentes modos de levitación. Según la velocidad de operación, se dividen en alta velocidad y velocidad media y baja. El tren maglev desarrollado por la Universidad Nacional de Tecnología de Defensa es este. El tiempo pertenece al tren maglev de tipo succión de guía normal de velocidad media y baja.
Tipos de trenes maglev
Los trenes de levitación magnética se dividen en dos categorías: los de tipo conductor normal y los de tipo superconductor. El tipo de conducción normal también se llama tipo de succión magnética de conducción normal, representado por el tren maglev de conducción normal de alta velocidad transrápido alemán. Utiliza el principio de atracción electromagnética de los electroimanes de CC ordinarios para suspender el tren. pequeño, generalmente de unos 10 mm. Los trenes maglev de alta velocidad normalmente guiados pueden alcanzar velocidades de 400 a 500 kilómetros por hora y son adecuados para el transporte rápido de larga distancia entre ciudades.
El tren maglev superconductor también se denomina del tipo superconductor de repulsión magnética, representado por el MAGLEV de Japón. Utiliza el fuerte campo magnético generado por imanes superconductores cuando el tren está en marcha, interactúa con las bobinas dispuestas en el suelo, generando repulsión eléctrica para suspender el tren. El espacio de aire suspendido es grande, generalmente de unos 100 mm, y la velocidad. Puede alcanzar los 500 kilómetros por hora o más. Los dos tipos de trenes maglev tienen cada uno sus propias ventajas y desventajas y diferentes indicadores económicos y técnicos. Alemania favorece el primero y se concentra en el desarrollo de tecnología maglev convencional de alta velocidad, mientras que Japón es optimista sobre el segundo e invierte plenamente en superconductores de alta velocidad. tecnología maglev.
Tren Maglev de Alemania
Cuando el Tren Maglev funciona, primero ajusta la atracción electromagnética de la suspensión y guía los electroimanes en la parte inferior del vehículo para interactuar con los devanados de ambos lados. de la vía terrestre. La reacción hace levitar el tren. Bajo la reacción del electroimán guía en la parte inferior del vehículo y el imán de la vía, la rueda y la vía se mantienen a una cierta distancia lateral, logrando un soporte sin contacto y una guía sin contacto de la vía de la rueda en las direcciones horizontal y vertical. La distancia de flotación entre el vehículo y la vía de conducción es de 10 mm, lo que está garantizado por un sistema de ajuste electrónico de alta precisión. Además, dado que la levitación y la guía son en realidad independientes de la velocidad de marcha del tren, el tren aún puede entrar en estado de levitación incluso cuando está detenido.
El accionamiento del tren maglev convencional utiliza el principio de motor lineal síncrono. La bobina del electroimán de soporte en la parte inferior del vehículo funciona como la bobina de excitación del motor lineal síncrono. El devanado de campo magnético móvil trifásico en el interior de la pista de tierra actúa como armadura, que es como el devanado largo del estator. del motor lineal síncrono. A partir del principio de funcionamiento del motor, podemos saber que cuando se alimenta la bobina del inducido como el estator, el rotor del motor es empujado para girar debido a la inducción electromagnética. De manera similar, cuando las subestaciones dispuestas a lo largo de la línea proporcionan potencia de modulación de frecuencia y amplitud trifásica a los devanados de accionamiento dentro de la vía, el sistema de soporte de carga junto con el tren es empujado a un movimiento lineal como el "rotor" del motor debido a la inducción electromagnética. Por lo tanto, en estado suspendido, el tren puede realizar completamente tracción y frenado sin contacto.
El tren maglev superconductor de Japón
La característica más importante del tren maglev superconductor es la conductividad completa y el diamagnetismo completo de sus elementos superconductores a temperaturas muy bajas. Los imanes superconductores están compuestos por bobinas superconductoras hechas de materiales superconductores. No solo tienen una resistencia a la corriente nula, sino que también pueden conducir corrientes potentes que los cables comunes no pueden igualar. Esta característica les permite convertirse en electroimanes potentes y de tamaño pequeño.
Los vehículos de los trenes maglev superconductores están equipados con imanes superconductores a bordo y constituyen equipos integrados de energía de inducción. Los devanados de accionamiento y los devanados de guía de suspensión del tren están instalados en ambos lados de los rieles de guía de tierra. Equipo integrado de potencia de inducción en el vehículo. Consta de tres partes: devanado integrado de potencia, imán superconductor integrado de potencia de inducción e imán superconductor guiado suspendido. Cuando se proporciona una corriente alterna trifásica con una frecuencia consistente con la velocidad del vehículo a los devanados de accionamiento en ambos lados de la vía, se generará un campo electromagnético en movimiento, generando así ondas magnéticas en el carril guía del tren. Al mismo tiempo, el imán superconductor a bordo del tren se verá afectado por un El empuje sincronizado con el campo magnético en movimiento es lo que impulsa el tren hacia adelante. El principio es similar al surf: el surfista se sitúa en la cima de la ola y la ola lo impulsa hacia adelante rápidamente. De manera similar a los problemas que enfrentan los surfistas, los trenes maglev superconductores también tienen que lidiar con el problema de cómo controlar con precisión el movimiento máximo de las ondas electromagnéticas en movimiento. Para ello, se instalan instrumentos de alta precisión para detectar la posición de los vehículos en los rieles guía del suelo. El modo de suministro de corriente alterna trifásica se ajusta en función de la información de los detectores y la forma de onda electromagnética se controla con precisión para que la señal. El tren puede funcionar bien.
Los trenes maglev superconductores también son impulsados por subestaciones eléctricas distribuidas a lo largo de la línea que suministran corriente alterna trifásica a los devanados de accionamiento a ambos lados de los carriles guía de tierra, y son impulsados por inducción eléctrica con la potencia integrada. devanados bajo el tren, consiguiendo tracción y frenada sin contacto. Sin embargo, los devanados guía suspendidos a ambos lados del riel guía de tierra no tienen nada que ver con la fuente de energía externa. Cuando el tren se acerca al devanado, la fuerte inducción electromagnética del imán superconductor del tren inducirá automáticamente corriente en el devanado de tierra. , existe una diferencia entre su corriente inducida y el devanado superconductor. Entre los imanes se genera una fuerza electromagnética que suspende el tren. Los sensores de precisión detectan la distancia entre la vía y el tren, de modo que siempre mantiene una distancia flotante de 100 mm.
Al mismo tiempo, el devanado guía que está conectado eléctricamente al devanado de suspensión también generará una fuerza de guía electromagnética, asegurando que el tren pueda circular de manera estable en el centro de la vía a cualquier velocidad.
Problemas técnicos existentes actualmente
Aunque la tecnología del tren maglev tiene muchas de las ventajas anteriores, todavía existen algunas deficiencias:
(1) Dado que el sistema maglev es Basado en Dado que la fuerza electromagnética completa las funciones de levitación, guía y conducción, las medidas de seguridad para la levitación magnética después de un corte de energía, especialmente el problema de frenado después de un corte de energía del tren, aún deben resolverse. Su estabilidad y confiabilidad a alta velocidad aún deben probarse durante mucho tiempo.
(2) La altura de levitación de la tecnología de levitación magnética normalmente conductora es menor, por lo que los requisitos de planitud de la línea, hundimiento de la subrasante y estructura de desvío son más altos que los de la tecnología superconductora.
(3) La tecnología de levitación magnética superconductora consume más energía que la tecnología de levitación magnética convencional debido al efecto de las corrientes parásitas, el sistema de enfriamiento es pesado y el fuerte campo magnético tiene un impacto en el cuerpo humano y el medio ambiente. .