CONSTRUCION VEHICLE WITH MAGNETIC LEVITATION

Podobne dokumenty
Infrastruktura transportu

Elektromagnetyzm. pole magnetyczne prądu elektrycznego

MAGNETYZM. 1. Pole magnetyczne Ziemi i magnesu stałego.

Hamulce szynowe magnetyczne

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude

Pole magnetyczne Ziemi. Pole magnetyczne przewodnika z prądem

1. Bieguny magnesów utrzymują gwoździe, jak na rysunku. Co się stanie z gwoździami po zetknięciu magnesów bliższymi biegunami?

PRĄDNICE I SILNIKI. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

MAGNETYZM, INDUKCJA ELEKTROMAGNETYCZNA. Zadania MODUŁ 11 FIZYKA ZAKRES ROZSZERZONY

Scenariusz lekcji. I. Cele lekcji

OPRACOWANIE MODELU POLOWEGO LINIOWEGO SILNIKA SYNCHRONICZNEGO

Elektryczność i magnetyzm cz. 2 powtórzenie 2013/14

Wyznaczanie sił działających na przewodnik z prądem w polu magnetycznym

Maszyny elektryczne. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12) Kwalifikacyjnego kursu zawodowego.

Jeżeli zwój znajdujący się w polu magnetycznym o indukcji B obracamy z prędkością v, to w jego bokach o długości l indukuje się sem o wartości:

OPRACOWANIE NOWYCH TECHNOLOGII I KONSTRUKCJI DLA TRANSPORTU REGIONALNEGO STUDY ON NEW TECHNOLOGIES AND CONSTRUCTIONS IN REGIONAL TRANSPORT

PL B1. INSTYTUT NAPĘDÓW I MASZYN ELEKTRYCZNYCH KOMEL, Katowice, PL BUP 17/18

A. istnieniu siły elektrodynamicznej C. zjawisku indukcji elektromagnetycznej B. zjawisku indukcji magnetycznej D. namagnesowaniu zwojnicy

Wykład 4. Strumień magnetyczny w maszynie synchroniczne magnes trwały, elektromagnes. Magneśnica wirnik z biegunami magnetycznymi. pn 60.

POLE MAGNETYCZNE Własności pola magnetycznego. Źródła pola magnetycznego

PL B1. POLITECHNIKA LUBELSKA, Lublin, PL BUP 24/18. PRZEMYSŁAW FILIPEK, Lublin, PL WUP 06/19. rzecz. pat.

Powtórzenie wiadomości z klasy II. Elektromagnetyzm pole magnetyczne prądu elektrycznego

Cel ćwiczenia. Przetwornik elektromagnetyczny. Silniki krokowe. Układ sterowania napędu mechatronicznego z silnikiem krokowym.

Maszyny elektryczne. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W10) Szkoły Policealnej Zawodowej.

Silniki prądu stałego

KOLEJ MAGNETYCZNA SPIS TREŚCI

PL B1. POLITECHNIKA LUBELSKA, Lublin, PL BUP 05/19. PRZEMYSŁAW FILIPEK, Lublin, PL WUP 06/19. rzecz. pat.

pobrano z serwisu Fizyka Dla Każdego zadania fizyka, wzory fizyka, matura fizyka

Silniki prądu stałego z komutacją bezstykową (elektroniczną)

30R4 POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNYZ FIZYKI I ASTRONOMII - IV POZIOM ROZSZERZONY

Rozrusznik. Elektrotechnika w środkach transportu 85

Z powyższej zależności wynikają prędkości synchroniczne n 0 podane niżej dla kilku wybranych wartości liczby par biegunów:

1. Połącz w pary: 3. Aluminiowy pierścień oddala się od nieruchomego magnesu w stronę wskazaną na rysunku przez strzałkę. Imię i nazwisko... Klasa...

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

PL B1. PRZEDSIĘBIORSTWO HAK SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Wrocław, PL BUP 20/14. JACEK RADOMSKI, Wrocław, PL

mgr inŝ. TADEUSZ MAŁECKI MASZYNY ELEKTRYCZNE Kurs ELEKTROMECHANIK stopień pierwszy Zespół Szkół Ogólnokształcących i Zawodowych

MODERNIZACJA NAPĘDU ELEKTRYCZNEGO WIRÓWKI DO TWAROGU TYPU DSC/1. Zbigniew Krzemiński, MMB Drives sp. z o.o.

1. Nienamagnesowaną igłę zawieszoną na nici, zbliżono do magnesu sztabkowego.

PL B1. Turbogenerator tarczowy z elementami magnetycznymi w wirniku, zwłaszcza do elektrowni małej mocy, w tym wodnych i wiatrowych

Silniki indukcyjne. Ze względu na budowę wirnika maszyny indukcyjne dzieli się na: -Maszyny indukcyjne pierścieniowe. -Maszyny indukcyjne klatkowe.

Indukcja magnetyczna pola wokół przewodnika z prądem. dr inż. Romuald Kędzierski

ZASTOSOWANIE MONOLITYCZNYCH NADPRZEWODNIKÓW WYSOKOTEMPERATUROWYCH W MASZYNACH ELEKTRYCZNYCH

zakończone prace przy budowie linii łącz czącej cej terminal kolejowy przy lotnisku im. Fryderyka Chopina z linią nr 8

Silniki synchroniczne

PL B1. FABRYKA MASZYN GÓRNICZYCH PIOMA SPÓŁKA AKCYJNA, Piotrków Trybunalski, PL INSTYTUT TECHNIKI GÓRNICZEJ KOMAG, Gliwice, PL

MAGNETYZM. PRĄD PRZEMIENNY

1. W zależności od sposobu połączenia uzwojenia wzbudzającego rozróżniamy silniki:

Silniki prądu stałego. Wiadomości ogólne

Ćwiczenie: "Silnik indukcyjny"

Materiały pomocnicze 11 do zajęć wyrównawczych z Fizyki dla Inżynierii i Gospodarki Wodnej

Konsekwencje TSI NOI: Wymagania TSI NOI dotyczące hałasu kolejowego oraz możliwości badawcze polskich podmiotów w tym zakresie

SILNIK SYNCHRONICZNY ŚREDNIEJ MOCY Z MAGNESAMI TRWAŁYMI ZASILANY Z FALOWNIKA

PL B1 POLITECHNIKA WARSZAWSKA, WARSZAWA, PL

Wykład 2. Tabliczka znamionowa zawiera: Moc znamionową P N, Napięcie znamionowe uzwojenia stojana U 1N, oraz układ

Badanie prądnicy prądu stałego

O różnych urządzeniach elektrycznych

Zakład Napędów Wieloźródłowych Instytut Maszyn Roboczych CięŜkich Laboratorium Elektrotechniki i Elektroniki. Badanie alternatora

autor: Włodzimierz Wolczyński rozwiązywał (a)... ARKUSIK 27 MAGNETYZM I ELEKTROMAGNETYZM. CZĘŚĆ 2

Temat: ŹRÓDŁA ENERGII ELEKTRYCZNEJ PRĄDU PRZEMIENNEGO

Obliczenia polowe silnika przełączalnego reluktancyjnego (SRM) w celu jego optymalizacji

(13) B1 (12) OPIS PATENTOW Y (19)PL (11) PL B1 B03C 1/025 B03C 1/18

KARTA CHARAKTERYSTYKI PROFILU DYPLOMOWANIA

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE, Kraków, PL BUP 04/15

WIROWYCH. Ćwiczenie: ĆWICZENIE BADANIE PRĄDÓW ZAKŁ AD ELEKTROENERGETYKI. Opracował: mgr inż. Edward SKIEPKO. Warszawa 2000

Magnesy przyciągają się wzajemnie tylko w ustawieniu przedstawionym na

KOLEJE W CHINACH DYNAMIKA I NOWOCZESNOŚĆ

Zadania / dział: Magnetyzm. Lp Polecenie: Rozwiązanie: 1 a) W którym punkcie: A, B czy C pole magnetyczne jest najsilniejsze? b) Jak to uzasadnić?

Wojewódzki Konkurs Przedmiotowy z Fizyki dla uczniów gimnazjów województwa śląskiego w roku szkolnym 2012/2013

PORÓWNANIE WŁASNOŚCI TRAKCYJNO- -RUCHOWYCH LOKOMOTYW EU07 i ET22 ZE SKŁADEM TOWAROWYM

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1

Badanie napędu z silnikiem bezszczotkowym prądu stałego

Szczegółowe kryteria oceniania z fizyki w gimnazjum kl. II


ELEKTROMAGNETYCZNE HAMULCE I SPRZĘGŁA PROSZKOWE

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL

Mikrosilniki prądu stałego cz. 1

Sterowanie układem zawieszenia magnetycznego

Zjawisko Halla Referujący: Tomasz Winiarski

(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Klasyczny efekt Halla

Badanie transformatora

Fizyka. Klasa II Gimnazjum. Pytania egzaminacyjne. 1. Ładunkiem ujemnym jest obdarzony: a) kation, b) proton, c) neutron, d) elektron.

autor: Włodzimierz Wolczyński rozwiązywał (a)... ARKUSIK 26 MAGNETYZM I ELEKTROMAGNETYZM. CZĘŚĆ 1

Mikrosilniki prądu stałego cz. 1

Pracę każdej prądnicy w sposób jednoznaczny określają następujące wielkości:

Temat: Silniki komutatorowe jednofazowe: silnik szeregowy, bocznikowy, repulsyjny.

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

Nazwa magnetyzm pochodzi od Magnezji w Azji Mniejszej, gdzie już w starożytności odkryto rudy żelaza przyciągające żelazne przedmioty.

PRZEGLĄD KONSTRUKCJI JEDNOFAZOWYCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude

Silniki krokowe. 1. Podział siników krokowych w zależności od ich budowy.

PL B1. Urządzenie wentylatorowe do recyrkulacji gazów w wysokotemperaturowym ogniwie paliwowym. POLITECHNIKA WARSZAWSKA, Warszawa, PL

Badanie transformatora

Pomiar indukcji pola magnetycznego w szczelinie elektromagnesu

Magnetostatyka. Bieguny magnetyczne zawsze występują razem. Nie istnieje monopol magnetyczny - samodzielny biegun północny lub południowy.

KONKURS FIZYCZNY dla uczniów gimnazjów województwa lubuskiego 26 lutego 2010 r. zawody II stopnia (rejonowe) Schemat punktowania zadań

bieguny główne z uzwojeniem wzbudzającym (3), bieguny pomocnicze (komutacyjne) (5), tarcze łożyskowe, trzymadła szczotkowe.

PRĄDNICA - SILNIK Model rozbierany

Nadprzewodnictwo i efekt Meissnera oraz ich wykorzystanie.

Matematyczne modele mikrosilników elektrycznych - silniki prądu stałego

Transkrypt:

LOGITRANS - VII KONFERENCJA NAUKOWO-TECHNICZNA LOGISTYKA, SYSTEMY TRANSPORTOWE, BEZPIECZEŃSTWO W TRANSPORCIE Lewitacja magnetyczna, Maglev Rafał PODSIADŁO 1 ROZWIĄZANIA TECHNICZNE POCIĄGÓW WYKORZYSTUJĄCYCH LEWITACJĘ MAGNETYCZNĄ W referacie przedstawiono rozwiązania techniczne napędu pojazdów wykorzystujących lewitację magnetyczną. Zaprezentowano dwa systemy napędu kolei Maglev. CONSTRUCION VEHICLE WITH MAGNETIC LEVITATION The paper shows basic information about movement possibility of vehicle with magnetic levitation. German and Japan systems were used for presentation. 1. WSTĘP W dzisiejszych czasach kolej duŝych prędkości nie kojarzy nam się tylko z koleją konwencjonalną, uzyskanie duŝych prędkości dochodzących nawet do 450km/h pozwoliła osiągnąć kolej magnetyczna. Pierwsze badania związane z wykorzystaniem lewitacji prowadzone były przez niemieckiego inŝyniera Hermanna Kempera w 1922 r. W roku 1934 opatentował swój wynalazek, a rok później przedstawił swoje odkrycie na rzeczywistym obiekcie. Prace nad koleją magnetyczną rozpoczęte zostały przez Japonię i Niemcy, trwają one juŝ prawie 40 lat. Pociąg wykorzystujący lewitację magnetyczną w porównaniu z konwencjonalnym pojazdem szynowym jest lŝejszy. Pojazd magnetyczny nie posiada zestawów kołowych oraz silników elektrycznych co przyczynia się do zmniejszenia jego masy. Dzięki sponsorowaniu przez rząd niemiecki od 1965 r. rozpoczęto badania wariantów rozwiązań z zawieszeniem elektrodynamicznym oraz z zastosowaniem magnesów trwałych w połączeniu z napędem za pomocą silników liniowych. Koniec lat siedemdziesiątych pozwolił opracować koncepcję obecnego systemu stosowanego w kolei Maglev. InŜynierowie niemieccy dzięki wybudowaniu doświadczalnego odcinka w Emsland o długości 13,5 km mieli moŝliwość wykonywania jazd doświadczalnych na rzeczywistym obiekcie. Przeprowadzenie jazd doświadczalnych pozwoliło na znalezienie najlepszych rozwiązań technicznych i zakończenie pomyślne testów trójczłonowego pojazdu TR08. Prace związane z rozwojem kolei magnetycznej zostały równieŝ podjęte przez Japonię, które rozpoczęto w latach sześćdziesiątych ubiegłego wieku. Próby pierwszych pojazdów 1 Rafał Podsiadło, dr inŝ., Politechnika Radomska, Wydział Transportu i Elektrotechniki, ul. Malczewskiego 29, 26-600 Radom, r.podsiadlo@pr.radom.pl

2136 Rafal PODSIADŁO magnetycznych odbywały się na torze doświadczalnym w Myazaki. InŜynierowie Japońscy zastosowali elektromagnesy nadprzewodzące w przeciwieństwie do konwencjonalnych elektromagnesów jakie zastosowano w systemie niemieckim. Dowodem moŝliwości uŝywania pojazdów wykorzystujących technologię lewitacji jest pojazd eksploatowany w Chinach. W kraju tym zastosowano kolej magnetyczną do przewozu ludności pomiędzy Szanghajem a lotniskiem Pudong. Wybudowano odcinek liczący 30 km, zastosowano technologie niemiecką. Linia została uruchomiona w roku 2004, rozwijana prędkość dochodzi do 430km/h dzięki czemu odcinek 30 km pojazd pokonuje w 8 minut. 2. ZASADA DZIALANIA KOLEI NA PODUSZCZE MAGNETYCZNEJ Kolej wykorzystująca lewitację magnetyczną porusza się nad torem, co przyczynia się do wyeliminowania kontaktu kół pojazdu z szyną. W tego typu pojazdach wykorzystano indukcyjny silnik liniowy, za pomocą którego następuje wprawienie pojazdu w ruch. Silnik taki rozwinięty jest w jednej płaszczyźnie, takie rozwiązanie pozwala na realizowanie przez silnik ruchu postępowego. Oczywiście ruch postępowy uzyskano dzięki zmianie rozmieszczenia uzwojeń silnika. W silniku obrotowym uzwojenia umieszczone są równolegle do osi obrotu wirnika. W silniku liniowym uzwojenia umieszczone są prostopadle do kierunku ruchu. W przypadku pojazdów magnetycznych uzwojenie wtórne moŝe być umieszczone na pojeździe, a uzwojenie pierwotne wzdłuŝ toru. Siła pociągowa przenoszona jest bez występowania tarcia, wobec tego teoretycznie nie ma ograniczeń prędkości jazdy. Oczywiście umieszczenie uzwojeń moŝe być realizowane w odwrotny sposób tzn. uzwojenie wtórne umieszczone wzdłuŝ toru a uzwojenie pierwotne na pojeździe. W tym przypadku energia elektryczna musi być dostarczana do pojazdu co jest utrudnione w przypadku bardzo duŝych prędkości jazdy. [2] 2.1 NIEMIECKI SYSTEM TRANSRAPID W niemieckim systemie elektromagnesy umieszczono pod podłogą pojazdu, pomiędzy którymi realizowane są siły przyciągania. Na rysunku1 przedstawiono rozmieszczenie elektromagnesów w systemie Transrapid. W silniku liniowym w stosunku do silnika obrotowego zmienia się budowa stojana i wirnika, oraz nazewnictwo na bieŝnik (część nieruchoma) i induktor (część ruchoma). Induktor oraz bieŝnik umieszczono pod konstrukcją prowadzącą pojazd zapewniając podparcie pojazdu. Prowadzenie i utrzymanie pojazdu w pionie jest moŝliwe dzięki elektromagnesom które sa umieszczone na ramie wspornika pojazdu.

ROZWIĄZANIA TECHNICZNE POCIĄGÓW WYKORZYSTUJĄCYCH... 2137 Rys. 1. Rozmieszczenie elektromagnesów w rozwiązaniu Transrapid [4] 1 - induktor, 2 - bieŝnik, 3 szyna prowadząca, 4 - magnesy prowadzenia a) b) Rys.2. Rozmieszczenie uzwojeń silnika liniowego[4] a) na pojeździe, b) na szlaku Na rysunku 2 przedstawiono rozmieszczenie uzwojeń na pojeździe oraz wzdłuŝ szlaku Na rysunku 3 przedstawiono poglądowo techniczną realizację zasady unoszenia elektromagnetycznego zastosowaną w kolei Transrapid. Rys. 3. Zasada unoszenia elektromagnetycznego kolei Transrapid [1]

2138 Rafal PODSIADŁO Magnesy unoszące i umieszczone w torze uzwojenie wzbudnika silnika tworzą tzw. zintegrowany moduł unosząco-napędowy Transrapid, którego przekrój pokazano na rysunku 4. Rys. 4. Zintegrowany moduł unosząco-napędowy Transrapid [3] W celu realizacji napędu silnika liniowego naleŝy doprowadzić do jego aktywnych elementów prąd przemienny o zmiennej częstotliwości i amplitudzie. Aby wytworzyć taką energię zastosowano przetwornice statyczne które zainstalowane zostały w podstacjach znajdujących się wzdłuŝ szlaku po którym porusza się pojazd. Takie rozwiązanie zasilania ma tą wadę, Ŝe w obszarze podstacji moŝe znajdować się tylko jeden pojazd poruszający się w jednym kierunku gdyŝ kaŝdy pojazd musi dysponować indywidualną energią pozwalającą mu na poruszanie się. Zasilanie podstacji realizowane jest oddzielnie, tzn, Ŝe zasilana jest ta podstacja na której znajduje się pojazd. WzdłuŜ linni poprowadzone są kable torowe równolegle do szlaku linni, zasilanie poszczególnych odcinków silnika liniowego realizowane jest poprzez połączenie kabla torowego z długim wzbudnikiem. Rozmieszczenie podstacji oraz sposób prowadzenia pojazdu przedstawiono na rysunku 5. Rys. 5. Sposób prowadzenia pociągu magnetycznego [4] 1. podstacja trakcyjna, 2. sekcja włączona, 3. sekcja wyłączona

ROZWIĄZANIA TECHNICZNE POCIĄGÓW WYKORZYSTUJĄCYCH... 2139 Rys. 6. Ruchome pole magnetyczne [4] 1. induktor, 2. bieŝnik Hamowanie pojazdu następuje dzięki zmianie kierunku działania pola magnetycznego z jednoczesnym oddaniem energii hamowania do sieci energetycznej [2]. 2.2 JAPOŃSKI SYSTEM JR CENTRAL Konstrukcja japońskiego pojazdu oparta jest na elektrodynamicznej zasadzie podwieszania a nie jak to ma miejsce w przypadku rozwiązania niemieckiego na elektromagnetycznej zasadzie podwieszania. Rys. 7. Zasada unoszenia w systemie japońskim [6] Pojazd prowadzony jest w tzw. korycie, pomiędzy ścianami bocznymi a pojazdem powstają siły umoŝliwiające jego lewitację i prowadzenie. Na rysunku 7 przedstawiono zasadę unoszenia pojazdu. Po bokach pojazdu i prowadnic koryta umieszczono magnesy o biegunach S i N. Odpychanie dolnej części pociągu jest moŝliwe dzięki oddziaływaniu biegunów N umieszczonych w prowadnicy (korycie) i na pojeździe po lewej stronie układu. W taki sam sposób oddziaływają na siebie bieguny S umieszczone po prawej stronie. Prowadzenie pojazdu jest moŝliwe poprzez oddziaływanie względem siebie bieguna N umieszczonego na pojeździe i S znajdującego się w bocznej ścianie koryta, po lewej stronie. Po stronie prawej oddziaływają na siebie biegun S (umieszczony na pojeździe) oraz N umieszczony w ścianie koryta.

2140 Rafal PODSIADŁO Rys. 8. Zasada napędzania pojazdu [6] Pod wpływem przepływu prądu elektrycznego następuje zmiana namagnesowania biegunów w kolejnych uzwojeniach, to powoduje coraz szybszy ruch pojazdu. Na rysunku 8 przedstawiono zasadę napędzania pojazdu (widok z góry). W Japonii występują dwa róŝne systemy kolei magnetycznej [3]: System MLU (obecnie unowocześniony) dla prędkości do 500 km/h stosuje się silnik liniowy z długim wzbudnikiem oparty na zasadzie zawieszenia z odpychaniem (elektrodynamiczna technika podwieszania EDS) przy zastosowaniu nadprzewodników magnetycznych; System HSST dla prędkości do 300 km/h zrealizowany na bazie silnika liniowego z krótkim wzbudnikiem, oparty na zasadzie zawieszenia z przyciąganiem; Rys. 9. Systemy Japońskiej kolei magnetycznej [3] a) napęd w torze zasada przyciągania, b) napęd w torze zasada odpychania Na rysunku 9 przedstawiono dwa systemy kolei japońskiej. 3. WNIOSKI 1. Rozwiązania techniczne kolei na poduszce magnetycznej zarówno w systemie niemieckim jak i w systemie japońskim eliminuje kontakt poprzez tarcie koła i szyny co w znacznym stopniu przyczynia się do zmniejszenia oporów ruchu w porównaniu do kolei konwencjonalnej.

ROZWIĄZANIA TECHNICZNE POCIĄGÓW WYKORZYSTUJĄCYCH... 2141 2. DuŜe koszty budowy i utrzymania pojazdów Maglev powodują, Ŝe nie znajdą one zastosowania w najbliŝszej przyszłości. 3. MoŜliwość uzyskania dzięki lewitacji duŝych prędkości dochodzących nawet do 500 km/h. 4. BIBLIOGRAFIA [1] Marciniak. J,,Kolejowe pojazdy szynowe nowych generacji, Wydawnictwo Politechniki Radomskiej, Radom 1998 [2] Towpik K., Kolej magnetyczna, Problemy Kolejnictwa, 2004 [3] Stephan Arnd, Transrapid:,Szybka kolej na poduszce magnetycznej, TTS nr 9, 1997 [4] http://www.transrapid.de [5] http://www.rtri.or.jp/rd/maglev/html/english/maglev_frame_e.html