Teknologi Perbatasan Elektromagnetik—Kereta Maglev
Abstrak: Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, kehidupan masyarakat telah mengalami perubahan yang menggemparkan. Jika kita mencontohkan perilaku dalam kebutuhan pokok hidup, dari zaman dulu sampai sekarang kita telah mengalami perubahan-perubahan seperti berjalan-menunggang-kereta kuda-kereta-gerbong-pesawat dan lain sebagainya. Dalam beberapa tahun terakhir, kereta maglev telah menarik perhatian masyarakat karena keunggulan kecepatan tinggi, perlindungan lingkungan, dan penghematan energi.
Poin-poin penting:
1. Apa itu kereta maglev?
2. Prinsip pengoperasian kereta api maglev : a. Tipe konduksi konstan.b. Prinsip tolakan kutub elektromagnetik dengan sesama jenis c. Jenis magnet permanen
3. Landasan teknis kereta maglev
4. Kereta maglev domestik Tiongkok
5. Keunggulan kereta maglev
Apa itu kereta maglev?
Kereta maglev berkecepatan tinggi adalah penemuan teknologi abad ke-20, dan prinsipnya tidak mendalam. Ia menggunakan sifat magnet yaitu “sejenis kelamin saling tolak menolak, dan lawan jenis saling tarik menarik”, sehingga magnet tersebut mempunyai kemampuan melawan gravitasi, yaitu “levitasi magnetik”. Para ilmuwan menerapkan prinsip "magnetic levitation" pada sistem transportasi kereta api, yang membuat kereta benar-benar terlepas dari relnya dan mengapung, menjadi kereta "tanpa roda" dengan kecepatan ratusan kilometer per jam. Inilah yang disebut "kereta maglev".
Prinsip kereta maglev:
Kereta Maglev merupakan produk perkembangan teknologi tinggi modern. Prinsipnya menggunakan gaya elektromagnetik untuk mengimbangi gravitasi bumi, dan traksi dilakukan oleh motor linier, sehingga kereta digantung pada lintasan (celah suspensi sekitar 1 cm). Penelitian dan manufakturnya melibatkan banyak disiplin ilmu seperti kontrol otomatis, teknologi elektronika daya, teknologi propulsi linier, desain dan manufaktur mekanis, pemantauan dan diagnosis kesalahan, dll. Teknologi ini sangat rumit, dan merupakan simbol penting dari ilmu pengetahuan dan teknologi suatu negara. kekuatan dan tingkat industri. Dibandingkan dengan kereta beroda biasa, kereta ini memiliki kebisingan yang rendah dan jalur operasi demonstrasi kereta maglev pertama di dunia - Kereta Maglev Shanghai. Setelah selesai, dari Stasiun Jalan Pudong Longyang ke Bandara Internasional Pudong hanya membutuhkan waktu 6-6 kilometer sejauh lebih dari 30 kilometer. 7 menit. Dengan karakteristik tidak ada polusi, keamanan, kenyamanan, kecepatan tinggi dan efisiensi tinggi, ia memiliki reputasi sebagai "pesawat ketinggian nol". Merupakan jenis transportasi baru dengan prospek yang luas, terutama cocok untuk angkutan kereta api perkotaan. Kereta Maglev umumnya dibagi menjadi tipe tolak menolak dan tipe hisap sesuai dengan metode levitasi yang berbeda, dan dapat dibagi menjadi kecepatan tinggi dan kecepatan sedang dan rendah sesuai dengan kecepatan operasi.
"Menjauh" adalah kondisi kerja dasar kereta maglev. Kereta Maglev menggunakan gaya elektromagnetik untuk melawan tarikan gravitasi bumi, sehingga kereta dapat melayang di jalurnya. Selama pengoperasian, bodi mobil dan lintasan berada dalam keadaan "dekat", dan celah levitasi magnetik sekitar 1 cm, sehingga memiliki reputasi sebagai "pesawat setinggi nol". Dibandingkan dengan kereta api beroda biasa, kereta ini memiliki karakteristik kebisingan yang rendah, konsumsi energi yang rendah, tidak ada polusi, aman dan nyaman, kecepatan tinggi dan efisiensi tinggi, serta dianggap sebagai jenis transportasi baru dengan prospek yang luas. terutama dalam hal ini
Kereta maglev berkecepatan rendah sangat cocok untuk angkutan kereta perkotaan karena radius putarnya yang kecil dan kemampuan pendakian yang kuat.
Kereta kecepatan tinggi maglev yang diuji di dunia memiliki model sebagai berikut:
1. Biasanya tipe konduktif (elektromagnetik).
Dengan menggunakan prinsip gaya tarik-menarik elektromagnetik yang berlawanan, kendaraan digantung pada lintasan sekitar 1 cm. Pada awal tahun 1976, Jerman telah mengembangkan kendaraan eksperimental levitasi magnetik konstan, yang saat ini diwakili oleh model TR08 Jerman (model ini diimpor dari Jerman di Shanghai), dengan kecepatan maksimum 500 kilometer per jam. Ketika Perdana Menteri Zhu mengunjungi Jerman pada bulan Juni 2000, ia mencoba menaiki kereta berkecepatan tinggi ini di jalur uji slewing tipe tontonan sepanjang 31.5-kilometer di Emslant ( ). Pada awal tahun 1992, Jerman telah mengumumkan bahwa teknologi tersebut siap untuk diterapkan secara komersial.
2. Dengan menggunakan prinsip tolakan kutub elektromagnetik pada suhu sangat rendah, kendaraan digantung sekitar 10 cm di atas lintasan. Pada tahun 1962, Jepang mulai mempelajari teknologi kereta berkecepatan tinggi maglev superkonduktor, dan pada tahun 1989, jalur uji sepanjang 18.4-kilometer dibangun di Prefektur Yamanashi. Rekor berawak 552 kilometer per jam diciptakan dengan kendaraan MLX01. Perdana Menteri Zhu mencoba menaiki kereta jenis ini ketika mengunjungi Jepang pada bulan September 2000, dan masih terus menguji dan memperbaikinya.
3. Jenis magnet permanen
Juga dikenal sebagai pesawat maglev, sebenarnya ini adalah kereta berkecepatan tinggi maglev magnet permanen. Ini adalah ciptaan yang sedang diteliti dan diuji oleh Amerika Serikat. Ketinggian suspensinya 8-15 cm, dan kecepatannya bisa mencapai 550 kilometer per jam. Karena terdapat “sayap gigi” di kedua sisi kereta (mirip dengan sayap pesawat terbang), dan “ekor” di bagian ekor untuk keseimbangan, maka disebut pesawat maglev. Empat perusahaan di Chengdu, Provinsi Sichuan telah mendirikan usaha patungan dengan American Commercial Bank, Feimei Magnetic Levitation High-speed Aircraft Co., Ltd., dan telah mencapai perjanjian kerja sama yang disengaja untuk memperkenalkan teknologi Amerika. Kedua pihak bersama-sama mendanai pendirian basis produksi dan berencana membangun jalur uji coba sepanjang sekitar 2 kilometer.
Kereta maglev Shanghai adalah kereta maglev "tarikan magnet konduksi konstan" (disebut sebagai "konduksi konstan"). Hal ini dirancang berdasarkan prinsip "berlawanan menarik satu sama lain". Ini adalah sistem suspensi hisap. Ia menggunakan elektromagnet suspensi yang dipasang di bogie di kedua sisi kereta dan magnet yang diletakkan di lintasan. Gaya hisap yang dihasilkan medan magnet membuat kendaraan melayang. . Elektromagnet dipasang di bagian bawah kereta dan di bagian atas bogie di kedua sisi. Pelat reaksi dan pelat baja induksi masing-masing dipasang di atas rel "I" dan di bawah bagian lengan atas untuk mengontrol arus elektromagnet sehingga dijaga jarak 1 cm antara elektromagnet dan lintasan. , biarkan gaya tarik menarik antara bogie dan kereta serta gaya gravitasi kereta saling seimbang, dan gunakan gaya tarik magnet tersebut untuk membuat kereta melayang sekitar 1 cm, sehingga kereta tertahan pada lintasannya. Ini harus secara tepat mengontrol arus ke elektromagnet.
Prinsip penggerak kereta suspensi sama persis dengan prinsip penggerak motor linier sinkron. Dalam istilah awam, arus bolak-balik yang mengalir pada kumparan yang terletak di kedua sisi lintasan dapat mengubah kumparan menjadi elektromagnet, dan kereta akan menyala karena interaksinya dengan elektromagnet pada kereta.
Kutub N elektromagnet di bagian depan kereta ditarik oleh kutub S elektromagnet yang dipasang pada lintasan sedikit di depan, dan ditolak oleh kutub N elektromagnet yang dipasang pada lintasan sedikit kemudian. Ketika kereta bergerak maju, arah arus yang mengalir pada kumparan menjadi terbalik, yaitu kutub S yang semula menjadi kutub N, dan kutub N menjadi kutub S. Siklusnya bergantian, dan kereta berjalan maju.
Stabilitas dikendalikan oleh sistem panduan. Sistem pemandu "hisap magnetik konduksi normal" adalah memasang sekelompok elektromagnet yang khusus digunakan untuk memandu di sisi kereta. Saat kereta menyimpang ke kiri dan ke kanan, pemandu elektromagnet pada kereta
Berinteraksi dengan sisi rel pemandu untuk menciptakan gaya tolak yang mengembalikan kendaraan ke posisi normalnya. Saat kereta berjalan di tikungan atau tanjakan, sistem kendali mengontrol arus di magnet pemandu untuk mencapai tujuan mengendalikan operasi.
Ide kereta maglev "konduksi normal" dikemukakan oleh insinyur Jerman Hermann Kemper pada tahun 1922. Prinsip kerja kereta maglev "konduksi normal" serta lintasan dan motornya sama persis. Susun saja "rotor" motor di kereta, dan letakkan "stator" motor di lintasan. Melalui interaksi antara “rotor” dan “stator”, energi listrik diubah menjadi energi kinetik maju. Kita tahu bahwa ketika "stator" motor diberi energi, "rotor" dapat digerakkan untuk berputar melalui induksi elektromagnetik. Ketika tenaga disalurkan ke “stator” lintasan, kereta didorong untuk bergerak lurus seperti “rotor” motor melalui induksi elektromagnetik. Dasar teknis kereta maglev:
Kereta maglev terutama terdiri dari tiga bagian: sistem suspensi, sistem propulsi, dan sistem pemandu, seperti yang ditunjukkan pada gambar
3. Pada sebagian besar desain saat ini, ketiga fungsi tersebut dilakukan oleh magnet, meskipun sistem propulsi yang tidak bergantung pada magnet dapat digunakan. Teknologi yang digunakan dalam ketiga bagian ini diperkenalkan masing-masing di bawah ini.
Sistem suspensi: Saat ini desain sistem suspensi dapat dibagi menjadi dua arah, yaitu tipe konduksi normal yang diadopsi oleh Jerman dan tipe superkonduktor yang diadopsi oleh Jepang. Dari segi teknologi levitasi adalah sistem levitasi elektromagnetik (EMS) dan sistem levitasi listrik (EDS). Gambar 4 menunjukkan perbedaan struktural kedua sistem. Sistem levitasi elektromagnetik (EMS) merupakan sistem levitasi isap, dimana elektromagnet pada lokomotif dan jalur feromagnetik pada rel pemandu saling tarik menarik sehingga menghasilkan levitasi. Saat kereta levitasi magnetik konvensional bekerja, pertama-tama sesuaikan suspensi bagian bawah kendaraan dan tarikan elektromagnetik dari elektromagnet pemandu, dan bereaksi dengan belitan di kedua sisi jalur tanah untuk mengapungkan kereta. Di bawah reaksi elektromagnet pemandu di bagian bawah kendaraan dan magnet lintasan, roda dan lintasan dijaga pada jarak lateral tertentu, dan dukungan non-kontak dan pemandu non-kontak dari rel roda di arah horizontal dan vertikal terwujud. Kesenjangan suspensi antara kendaraan dan jalur mengemudi adalah 10 mm, yang dijamin oleh sistem penyesuaian elektronik presisi tinggi. Selain itu, karena suspensi dan pemandu sebenarnya tidak relevan dengan kecepatan kereta, maka kereta tetap dapat memasuki kondisi suspensi meski dalam keadaan parkir.
Sistem Suspensi Listrik (EDS) menggunakan magnet pada lokomotif yang bergerak untuk menghasilkan arus listrik pada rel. Ketika jarak antara lokomotif dan rel pemandu berkurang, tolakan elektromagnetik akan meningkat, dan tolakan elektromagnetik yang dihasilkan memberikan dukungan dan panduan yang stabil bagi lokomotif. Namun, lokomotif harus dilengkapi dengan sesuatu seperti roda agar dapat menopang lokomotif secara efektif selama "lepas landas" dan "mendarat" karena EDS tidak dapat mempertahankan suspensi lokomotif pada kecepatan di bawah sekitar 25 mph. Sistem EDS telah dikembangkan lebih lanjut di bawah teknologi superkonduktor suhu rendah.
Fitur utama kereta maglev superkonduktor adalah konduktivitas lengkap dan diamagnetisme lengkap komponen superkonduktornya pada suhu yang relatif rendah. Magnet superkonduktor terdiri dari kumparan superkonduktor yang terbuat dari bahan superkonduktor. Tidak hanya memiliki hambatan arus nol, tetapi juga dapat menghantarkan arus kuat yang tidak dapat dibandingkan dengan kabel biasa. Fitur ini memungkinkan pembuatan elektromagnet berukuran kecil dan kuat. .
Kendaraan kereta maglev superkonduktor dilengkapi dengan magnet superkonduktor di dalamnya dan merupakan perangkat integrasi daya induksi.
Belitan penggerak kereta dan belitan pemandu suspensi dipasang di kedua sisi rel pemandu darat. Peralatan integrasi daya induksi pada kendaraan terdiri dari belitan integrasi daya, superkonduktor integrasi daya induksi
Magnet pemandu terdiri dari tiga bagian. Ketika arus bolak-balik tiga fasa yang sesuai dengan frekuensi kecepatan kendaraan disuplai ke belitan penggerak di kedua sisi lintasan, akan dihasilkan medan elektromagnetik yang bergerak, sehingga menimbulkan gelombang magnet pada rel pemandu kereta, dan on- magnet superkonduktor papan di kereta akan dikenakan gaya dorong, yang disinkronkan dengan medan magnet yang bergerak, inilah yang mendorong kereta ke depan. Prinsipnya seperti selancar, peselancar berdiri di puncak ombak dan didorong ke depan oleh ombak. Mirip dengan masalah yang dihadapi para peselancar, kereta maglev superkonduktor juga harus menghadapi masalah bagaimana mengontrol pergerakan puncak gelombang elektromagnetik yang bergerak secara akurat. Untuk tujuan ini, instrumen presisi tinggi untuk mendeteksi posisi kendaraan dipasang pada rel pemandu tanah, dan mode pasokan arus bolak-balik tiga fase disesuaikan sesuai dengan informasi dari detektor, dan bentuk gelombang elektromagnetik dikontrol secara tepat. agar kereta dapat berjalan dengan baik.
Sistem penggerak: Penggerak kereta maglev menggunakan prinsip motor linier sinkron. Kumparan elektromagnet yang menopang bagian bawah kendaraan bertindak seperti kumparan medan motor linier sinkron, dan belitan penggerak medan magnet bergerak tiga fase di dalam jalur tanah bertindak sebagai jangkar, yang bertindak seperti belitan stator panjang. motor linier sinkron. Dari prinsip kerja motor dapat diketahui bahwa pada saat kumparan jangkar sebagai stator diberi tenaga, maka rotor motor akan digerakkan untuk berputar akibat induksi elektromagnetik. Demikian pula, ketika gardu induk yang disusun sepanjang jalur menyediakan daya FM dan AM tiga fase ke belitan penggerak di dalam lintasan, sistem bantalan bersama dengan kereta didorong untuk bergerak dalam garis lurus seperti "rotor" motor karena induksi elektromagnetik. Oleh karena itu, dalam keadaan ditangguhkan, kereta dapat sepenuhnya mewujudkan traksi dan pengereman non-kontak.
Dalam istilah awam, arus bolak-balik yang mengalir pada kumparan yang terletak di kedua sisi lintasan dapat mengubah kumparan menjadi elektromagnet. Karena interaksinya dengan elektromagnet superkonduktor pada kereta, membuat kereta bergerak. Kereta api bergerak maju karena elektromagnet (kutub N) di bagian depan kereta ditarik oleh elektromagnet (kutub S) yang dipasang pada lintasan sedikit lebih jauh ke depan, sekaligus tertarik oleh elektromagnet (kutub N). ditolak. Saat kereta bergerak maju, arah arus yang mengalir pada kumparan menjadi terbalik. Hasilnya kumparan kutub S yang semula sekarang menjadi kumparan kutub N, dan sebaliknya. Dengan cara ini, kereta dapat terus melaju karena adanya peralihan polaritas elektromagnetik. Sesuai dengan kecepatan kendaraan, frekuensi dan tegangan arus bolak-balik yang mengalir pada kumparan diatur oleh konverter daya.
Kereta maglev domestik Tiongkok:
Kereta maglev superkonduktor suhu tinggi berawak pertama di dunia yang dikembangkan oleh Southwest Jiaotong University pada tahun 2000
Kereta levitasi magnetik normal berawak "Abad" dan "Masa Depan" yang dikembangkan kemudian telah mendapat perhatian tinggi dan penegasan penuh dari Hu Jintao, Jiang Zemin dan para pemimpin partai dan negara lainnya.
Menurut laporan, pada awal tahun 1994, Universitas Jiaotong Barat Daya berhasil mengembangkan kereta maglev berkecepatan rendah pertama di Tiongkok yang mampu mengangkut orang, namun berhasil dioperasikan dalam kondisi laboratorium yang benar-benar ideal. Pada tahun 2003, Universitas Jiaotong Barat Daya menyelesaikan jalur kereta maglev di Qingshan, Chengdu, Sichuan. Jalur uji maglev memiliki panjang 420 meter. Hal ini terutama ditujukan untuk wisatawan, dan harga tiketnya lebih rendah daripada tarif taksi. Jalur operasi demonstrasi kereta maglev pertama di dunia - Kereta Maglev Shanghai, setelah selesai, hanya membutuhkan waktu 6-7 menit untuk menempuh jarak lebih dari 30 kilometer dari Stasiun Jalan Pudong Longyang ke Bandara Internasional Pudong.
Berdasarkan prinsip levitasi magnetik
Kereta Maglev Shanghai
Dibandingkan dengan kereta api berkecepatan tinggi saat ini, kereta maglev memiliki banyak keunggulan yang tiada tara:
Karena kereta maglev berjalan di atas rel, sebenarnya tidak ada kontak antara rel pemandu dan lokomotif, dan menjadi keadaan "tanpa roda", sehingga hampir tidak ada gesekan antara roda dan rel, dan kecepatannya sama tinggi. beberapa ratus kilometer per jam; keandalan kereta maglev Besar, mudah perawatannya, dan berbiaya rendah. Konsumsi energinya hanya setengah dari konsumsi energi mobil dan seperempat konsumsi energi pesawat terbang. Kebisingannya rendah. Saat kecepatan kereta maglev mencapai lebih dari 300 kilometer per jam, kebisingannya hanya 656 desibel, hanya setara dengan orang berbicara dengan suara keras. , yang lebih kecil dari suara mobil yang lewat; karena bertenaga listrik, tidak mengeluarkan gas buang di sepanjang lintasan, dan tidak menimbulkan polusi. Ini benar-benar alat transportasi ramah lingkungan.
Referensi: Prinsip Kerja dan Fitur Struktural KRL Kecepatan Tinggi/Dong Ximing/China Railway Press? 2007.12.1; Little Newton Science Museum--Kereta Levitasi Listrik dan Magnetik (Seri Keempat) Guizhou Education Press, 2011.12.9
