Tecnologia de Fronteira da Eletromagnética – Trem Maglev
Resumo: Com o desenvolvimento da ciência e da tecnologia, a vida das pessoas passou por mudanças tremendas. Tomando o comportamento como exemplo nas necessidades básicas da vida, desde os tempos antigos até o presente, temos experimentado mudanças como caminhar-cavalgar-carruagem puxada por cavalos-trem-carro-avião e assim por diante. Nos últimos anos, os trens maglev têm atraído a atenção das pessoas devido às suas vantagens de alta velocidade, proteção ambiental e economia de energia.
Pontos chave:
1. O que é um trem maglev?
2. O princípio do trem maglev: a. Tipo de condução constante.b. O princípio da repulsão de pólos eletromagnéticos com pessoas do mesmo sexo c. Tipo de ímã permanente
3. Base técnica do trem maglev
4. Trem maglev doméstico da China
5. Vantagens dos trens maglev
O que é um trem maglev?
O trem maglev de alta velocidade é uma invenção tecnológica do século 20 e seu princípio não é profundo. Utiliza a propriedade dos ímãs de que “o mesmo sexo se repele e os sexos opostos se atraem”, de forma que o ímã tenha a capacidade de resistir à gravidade, ou seja, à “levitação magnética”. Os cientistas aplicam o princípio da “levitação magnética” ao sistema de transporte ferroviário, que faz com que o trem se solte completamente dos trilhos e flutue, tornando-se um trem “sem rodas” com velocidade de centenas de quilômetros por hora. Este é o chamado "trem maglev".
O princípio do trem maglev:
O trem Maglev é o produto do desenvolvimento moderno de alta tecnologia. O princípio é utilizar a força eletromagnética para compensar a gravidade da terra, e a tração é realizada pelo motor linear, de forma que o trem fique suspenso na via (a folga da suspensão é de cerca de 1 cm). Sua pesquisa e fabricação envolvem muitas disciplinas, como controle automático, tecnologia de eletrônica de potência, tecnologia de propulsão linear, projeto e fabricação mecânica, monitoramento e diagnóstico de falhas, etc. força e nível industrial. Comparado com trens de rodas comuns, possui baixo ruído e a primeira linha de operação de demonstração de trem maglev do mundo - Shanghai Maglev Train. Após a conclusão, da Estação Rodoviária Pudong Longyang ao Aeroporto Internacional de Pudong, serão necessários apenas 6-6 quilômetros por mais de 30 quilômetros. 7 minutos. Com as características de ausência de poluição, segurança, conforto, alta velocidade e alta eficiência, possui a reputação de “aeronave de altitude zero”. É um novo tipo de transporte com amplas perspectivas, especialmente adequado para o trânsito ferroviário urbano. Os trens Maglev são geralmente divididos em tipo de repulsão e tipo de sucção de acordo com diferentes métodos de levitação, e podem ser divididos em alta velocidade e velocidade média e baixa de acordo com a velocidade de operação.
“Ficar longe” é o estado básico de funcionamento do trem maglev. Os trens Maglev usam força eletromagnética para neutralizar a atração gravitacional da Terra, permitindo que o trem levite nos trilhos. Durante a operação, a carroceria e a pista ficam em estado de "proximidade", e a diferença de levitação magnética é de cerca de 1 cm, por isso tem a reputação de "aeronave de altura zero". Comparado com os trens de rodas comuns, possui características de baixo ruído, baixo consumo de energia, nenhuma poluição, segurança e conforto, alta velocidade e alta eficiência, sendo considerado um novo tipo de transporte com amplas perspectivas. especialmente neste
Os trens maglev de baixa velocidade são especialmente adequados para o trânsito ferroviário urbano devido ao seu pequeno raio de viragem e forte capacidade de subida.
Os trens maglev de alta velocidade em testes no mundo possuem os seguintes modelos:
1. Tipo normalmente condutor (eletromagnético)
Usando o princípio dos opostos eletromagnéticos que se atraem, o veículo fica suspenso na pista por cerca de 1 cm. Já em 1976, a Alemanha desenvolveu um veículo experimental de levitação magnética constante, atualmente representado pelo modelo alemão TR08 (este modelo foi importado da Alemanha em Xangai), com velocidade máxima de 500 quilómetros por hora. Quando o primeiro-ministro Zhu visitou a Alemanha em junho de 2000, ele tentou viajar neste trem de alta velocidade na linha de teste giratória tipo espetáculo de 31,6 quilômetros em Emslant ( ). Já em 1992, a Alemanha anunciou que a tecnologia estava pronta para aplicação comercial.
2. Usando o princípio da repulsão polar eletromagnética em temperatura ultrabaixa, o veículo é suspenso cerca de 10 cm acima da pista. Em 1962, o Japão começou a estudar a tecnologia de trens supercondutores maglev de alta velocidade e, em 1989, uma linha de teste de 184-quilômetros foi construída na província de Yamanashi. Um recorde tripulado de 552 quilômetros por hora foi criado com o veículo MLX01. O Primeiro-Ministro Zhu tentou utilizar este tipo de comboio quando visitou o Japão em Setembro de 2000 e continua a testá-lo e a melhorá-lo.
3. Tipo de ímã permanente
Também conhecido como aeronave maglev, é na verdade um trem maglev de alta velocidade com ímã permanente. É uma criação que os Estados Unidos estão pesquisando e testando. A altura da suspensão é de 8-15 cm e a velocidade pode chegar a 550 quilômetros por hora. Como existem "asas dentadas" em ambos os lados do trem (semelhantes às asas de um avião) e uma "cauda" na cauda para equilíbrio, ele é chamado de aeronave maglev. Quatro empresas em Chengdu, província de Sichuan, estabeleceram uma joint venture com o American Commercial Bank, Feimei Magnetic Levitation High-speed Aircraft Co., Ltd., e chegaram a um acordo de cooperação intencional para introduzir a tecnologia americana. As duas partes financiaram conjuntamente o estabelecimento de uma base de produção e planearam construir uma linha de testes com cerca de 2 quilómetros de comprimento.
O trem maglev de Xangai é um trem maglev de "atração magnética de condução constante" (referido como "condução constante"). Ele foi projetado com base no princípio de “os opostos se atraem”. É um sistema de suspensão por sucção. Ele utiliza os eletroímãs de suspensão instalados nos bogies em ambos os lados do trem e os ímãs colocados nos trilhos. A força de sucção gerada pelo campo magnético faz o veículo flutuar. . Os eletroímãs são instalados na parte inferior do trem e na parte superior dos bogies em ambos os lados. Placas de reação e placas de aço de indução são instaladas respectivamente acima do trilho "I" e abaixo da parte superior do braço para controlar a corrente do eletroímã de modo que um espaço de 1 cm seja mantido entre o eletroímã e o trilho. , deixe a atração entre o bogie e o trem e a gravidade do trem se equilibrarem e use a atração magnética para fazer o trem flutuar cerca de 1 cm, de modo que o trem fique suspenso nos trilhos. Isto deve controlar com precisão a corrente para o eletroímã.
O princípio de acionamento do trem suspenso é exatamente o mesmo do motor linear síncrono. Em termos leigos, a corrente alternada que flui na bobina localizada em ambos os lados da via pode transformar a bobina em um eletroímã, e o trem dará partida devido à sua interação com o eletroímã do trem.
O pólo N do eletroímã na cabeceira do trem é atraído pelo pólo S do eletroímã instalado na via um pouco à frente, e é repelido pelo pólo N do eletroímã instalado na via um pouco mais tarde. Quando o trem avança, a direção da corrente que flui na bobina é invertida, ou seja, o pólo S original torna-se pólo N e o pólo N torna-se pólo S. O ciclo se alterna e o trem avança.
A estabilidade é controlada por um sistema de orientação. O sistema de orientação de “sucção magnética de condução normal” consiste na instalação de um conjunto de eletroímãs especialmente utilizados para orientação na lateral do trem. Quando o trem se desvia para a esquerda e para a direita, o eletroímã guia do trem
Interage com a lateral do trilho guia para criar uma força repulsiva que retorna o veículo à sua posição normal. Quando o trem está circulando em uma curva ou rampa, o sistema de controle controla a corrente no ímã guia para atingir o objetivo de controlar a operação.
A ideia do trem maglev de "condução normal" foi proposta pelo engenheiro alemão Hermann Kemper em 1922. O princípio de funcionamento do trem maglev de "condução normal" e os trilhos e o motor são exatamente os mesmos. Basta posicionar o “rotor” do motor no trem e colocar o “estator” do motor nos trilhos. Através da interação entre o “rotor” e o “estator”, a energia elétrica é convertida em energia cinética direta. Sabemos que quando o “estator” do motor é energizado, o “rotor” pode ser acionado para girar por indução eletromagnética. Quando a energia é transmitida ao "estator" da via, o trem é empurrado para se mover em linha reta, assim como o "rotor" do motor, por meio de indução eletromagnética. A base técnica do trem maglev:
O trem maglev é composto principalmente por três partes: o sistema de suspensão, o sistema de propulsão e o sistema de orientação, conforme mostrado na figura
3. Na grande maioria dos projetos atuais, todas as três funções são executadas por ímãs, embora um sistema de propulsão independente do magnetismo pudesse ser utilizado. As tecnologias utilizadas nestas três partes são apresentadas respectivamente a seguir.
Sistema de suspensão: Actualmente, o desenho do sistema de suspensão pode ser dividido em duas direcções, nomeadamente o tipo de condução normal adoptado pela Alemanha e o tipo supercondutor adoptado pelo Japão. Em termos de tecnologia de levitação, são o sistema de levitação eletromagnética (EMS) e o sistema de levitação elétrica (EDS). A Figura 4 mostra as diferenças estruturais dos dois sistemas. O sistema de levitação eletromagnética (EMS) é um sistema de levitação por sucção, no qual o eletroímã da locomotiva e a trilha ferromagnética do trilho guia se atraem para produzir levitação. Quando o trem de levitação magnética convencional estiver funcionando, primeiro ajuste a suspensão da parte inferior do veículo e a atração eletromagnética do eletroímã guia, e reaja com os enrolamentos em ambos os lados da via terrestre para fazer o trem flutuar. Sob a reação do eletroímã guia na parte inferior do veículo e do ímã da esteira, a roda e a esteira são mantidas a uma certa distância lateral, e o suporte sem contato e a orientação sem contato do trilho da roda no direções horizontais e verticais são realizadas. A folga da suspensão entre o veículo e a pista de condução é de 10 mm, garantida por um sistema de ajuste eletrônico de alta precisão. Além disso, uma vez que a suspensão e a orientação são realmente irrelevantes para a velocidade do comboio, o comboio ainda pode entrar no estado de suspensão mesmo no estado de estacionamento.
Os Sistemas de Suspensão Elétrica (EDS) usam ímãs em uma locomotiva em movimento para gerar uma corrente elétrica nos trilhos. À medida que a distância entre a locomotiva e o trilho-guia diminui, a repulsão eletromagnética aumentará e a repulsão eletromagnética resultante fornecerá suporte e orientação estáveis para a locomotiva. No entanto, a locomotiva deve ser equipada com algo parecido com rodas para apoiá-la efetivamente durante a "decolagem" e "pouso", porque o EDS não consegue manter a suspensão da locomotiva em velocidades abaixo de cerca de 40 km/h. Os sistemas EDS foram desenvolvidos sob tecnologia supercondutora de baixa temperatura.
A principal característica do trem maglev supercondutor é a condutividade completa e o diamagnetismo completo de seus componentes supercondutores a uma temperatura relativamente baixa. Os ímãs supercondutores são compostos de bobinas supercondutoras feitas de materiais supercondutores. Não só tem resistência à corrente zero, mas também pode conduzir uma corrente poderosa que não pode ser comparada com fios comuns. Esse recurso possibilita a fabricação de eletroímãs potentes e de pequeno porte. .
O veículo do trem maglev supercondutor é equipado com ímãs supercondutores a bordo e constitui um dispositivo de integração de energia de indução.
O enrolamento de acionamento do trem e o enrolamento guia da suspensão são instalados em ambos os lados do trilho-guia de solo. O equipamento de integração de energia de indução no veículo consiste em enrolamento de integração de energia, supercondutor de integração de energia de indução
O ímã guia consiste em três partes. Quando a corrente alternada trifásica que é consistente com a frequência de velocidade do veículo é fornecida aos enrolamentos de acionamento em ambos os lados da via, um campo eletromagnético em movimento será gerado, gerando ondas magnéticas no trilho-guia do trem e no on- O ímã supercondutor da placa do trem estará sujeito a um impulso. O impulso, sincronizado com o campo magnético em movimento, é o que impulsiona o trem para frente. Seu princípio é como o do surf, o surfista fica na crista da onda e é empurrado pela onda. Semelhante aos problemas enfrentados pelos surfistas, os trens maglev supercondutores também precisam lidar com o problema de como controlar com precisão o movimento máximo das ondas eletromagnéticas em movimento. Para tanto, um instrumento de alta precisão para detecção da posição do veículo é instalado no trilho-guia de aterramento, e o modo de alimentação de corrente alternada trifásica é ajustado de acordo com as informações do detector, e a forma de onda eletromagnética é controlada com precisão para que o trem possa andar bem.
Sistema de propulsão: O acionamento do trem maglev utiliza o princípio do motor linear síncrono. A bobina do eletroímã que suporta a parte inferior do veículo atua como a bobina de campo de um motor linear síncrono, e o enrolamento do campo magnético móvel trifásico dentro da pista terrestre atua como uma armadura, que atua como o longo enrolamento do estator de um motor linear síncrono. A partir do princípio de funcionamento do motor, pode-se saber que quando a bobina da armadura como o estator é alimentada, o rotor do motor é acionado para girar devido à indução eletromagnética. Da mesma forma, quando a subestação disposta ao longo da linha fornece energia FM e AM trifásica ao enrolamento de acionamento dentro da via, o sistema de rolamentos junto com o trem é empurrado para se mover em linha reta como o "rotor" do motor devido a Indução eletromagnética. Portanto, no estado suspenso, o trem pode realizar tração e frenagem completamente sem contato.
Em termos leigos, a corrente alternada que flui na bobina localizada em ambos os lados da pista pode transformar a bobina em um eletroímã. Devido à sua interação com o eletroímã supercondutor do trem, ele faz o trem se mover. O trem avança porque o eletroímã (pólo N) na cabeceira do trem é atraído pelo eletroímã (pólo S) montado na via um pouco mais à frente e ao mesmo tempo é atraído pelo eletroímã (pólo N)) são rejeitados. À medida que o trem avança, a direção da corrente que flui nas bobinas é invertida. O resultado é que a bobina de pólo S original agora é uma bobina de pólo N e vice-versa. Desta forma, o trem pode continuar avançando devido à mudança da polaridade eletromagnética. De acordo com a velocidade do veículo, a frequência e a tensão da corrente alternada que flui na bobina são ajustadas pelo conversor de potência.
Trem maglev doméstico da China:
O primeiro trem maglev supercondutor tripulado de alta temperatura do mundo, desenvolvido pela Southwest Jiaotong University em 2000
O "Século" e o "Futuro" tripulados com temperatura normal e trem de levitação magnética normal desenvolvidos posteriormente receberam grande atenção e total afirmação de Hu Jintao, Jiang Zemin e outros líderes partidários e estaduais.
Segundo relatos, já em 1994, a Southwest Jiaotong University desenvolveu com sucesso o primeiro trem maglev de baixa velocidade da China capaz de transportar pessoas, mas foi operado com sucesso em condições de laboratório completamente ideais. Em 2003, a Southwest Jiaotong University concluiu a linha de trem maglev em Qingshan, Chengdu, Sichuan. A pista de testes maglev tem 420 metros de comprimento. Destina-se principalmente a turistas e o preço do bilhete é inferior ao do táxi. A primeira linha de operação de demonstração de trem maglev do mundo - Shanghai Maglev Train, após a conclusão, levará apenas 6-7 minutos para viajar mais de 30 quilômetros da Estação Rodoviária Pudong Longyang até o Aeroporto Internacional de Pudong.
Sobre o princípio da levitação magnética
Trem Maglev de Xangai
Comparados com os trens de alta velocidade atuais, os trens maglev têm muitas vantagens incomparáveis:
Como o trem maglev corre nos trilhos, não há contato real entre o trilho-guia e a locomotiva, e ele se torna um estado "sem rodas", de modo que quase não há atrito entre a roda e o trilho, e a velocidade é tão alta como várias centenas de quilómetros por hora; a confiabilidade do trem maglev É grande, fácil de manter e de baixo custo. Seu consumo de energia é apenas metade do de um carro e um quarto do de um avião. O ruído é baixo. Quando a velocidade do trem maglev atinge mais de 300 quilômetros por hora, o ruído é de apenas 656 decibéis, o que equivale apenas a uma pessoa falando alto. , que é menor que o barulho dos carros passando; por ser movido a eletricidade, não emite gases de escape ao longo da pista e não polui. É uma verdadeira ferramenta de transporte verde.
Referências: Princípios de funcionamento e características estruturais das EMUs de alta velocidade/Dong Ximing/China Railway Press? 01.12.2007; Little Newton Science Museum--Trens de levitação elétrica e magnética (quarta série) Guizhou Education Press, 9/12/2011
