Bagaimana cara kerja mesin kereta berkecepatan tinggi? Maglev, atau kereta levitasi magnetik, adalah transportasi tingkat baru. Kekurangan kereta levitasi magnetik

Kereta levitasi magnetik dan kereta maglev adalah transportasi umum darat tercepat. Dan meskipun sejauh ini hanya tiga jalur kecil yang dioperasikan, penelitian dan pengujian prototipe kereta magnetis terus dilakukan negara lain Oh. Bagaimana teknologi levitasi magnetik berkembang dan apa yang menantinya dalam waktu dekat, Anda akan belajar dari artikel ini.

Sejarah pembentukan

Halaman pertama sejarah Maglev diisi dengan serangkaian paten yang diterima pada awal abad ke-20 di berbagai negara. Pada tahun 1902, penemu Jerman Alfred Seiden dianugerahi paten untuk desain kereta api yang dilengkapi motor linier. Dan empat tahun kemudian, Franklin Scott Smith mengembangkan prototipe awal kereta suspensi elektromagnetik. Beberapa saat kemudian, pada periode 1937 hingga 1941, insinyur Jerman Hermann Kemper menerima beberapa paten lagi terkait kereta api yang dilengkapi motor listrik linier. Omong-omong, gerbong monorel Moskow sistem transportasi, dibangun pada tahun 2004, menggunakan motor linier asinkron sebagai penggeraknya - ini adalah monorel pertama di dunia dengan motor linier.

Kereta sistem monorel Moskow dekat stasiun Teletsentr

Pada akhir tahun 1940-an, para peneliti beralih dari kata-kata ke tindakan. Insinyur Inggris Eric Lazethwaite, yang banyak disebut sebagai “bapak maglev,” berhasil mengembangkan prototipe motor induksi linier ukuran penuh pertama yang berfungsi. Kemudian pada tahun 1960-an, ia bergabung dengan pengembangan kereta peluru Tracked Hovercraft. Sayangnya, proyek tersebut ditutup pada tahun 1973 karena kekurangan dana.

Pada tahun 1979, prototipe kereta levitasi magnetik pertama di dunia, yang memiliki izin untuk penyediaan layanan transportasi penumpang, Transrapid 05, muncul.Jalur uji sepanjang 908 m dibangun di Hamburg dan dipresentasikan pada pameran IVA 79. Ketertarikan pada proyek ini adalah Saking hebatnya, Transrapid 05 berhasil beroperasi selama tiga bulan setelah berakhirnya pameran dan mengangkut total sekitar 50 ribu penumpang. Kecepatan maksimum kereta ini adalah 75 km/jam.

Dan pesawat magnet komersial pertama kali muncul pada tahun 1984 di Birmingham, Inggris. Jalur kereta api maglev menghubungkan terminal Bandara Internasional Birmingham dan stasiun kereta api terdekat. Dia bekerja dengan sukses dari tahun 1984 hingga 1995. Panjang jalurnya hanya 600 m, dan tinggi kereta api itu linier motor asinkron naik di atas permukaan jalan - 15 milimeter. Pada tahun 2003, sistem transportasi penumpang AirRail Link berbasis teknologi Cable Liner dibangun sebagai gantinya.

Pada tahun 1980-an, pengembangan dan implementasi proyek pembuatan kereta levitasi magnetik berkecepatan tinggi dimulai tidak hanya di Inggris dan Jerman, tetapi juga di Jepang, Korea, Cina, dan Amerika Serikat.

Bagaimana itu bekerja

Sifat-sifat dasar magnet telah kita ketahui sejak pelajaran fisika kelas 6 SD. Jika kutub utara magnet permanen didekatkan dengan kutub utara magnet lain, maka kedua magnet tersebut akan saling tolak menolak. Jika salah satu magnet dibalik dan menghubungkan kutub yang berbeda, maka magnet tersebut akan tarik menarik. Prinsip sederhana ini ditemukan pada kereta maglev, yang meluncur di udara melalui rel untuk jarak pendek.

Teknologi suspensi magnetik didasarkan pada tiga subsistem utama: levitasi, stabilisasi, dan akselerasi. Pada saat yang sama saat ini Ada dua teknologi suspensi magnetik utama dan satu teknologi eksperimental, yang hanya terbukti di atas kertas.

Kereta api yang dibangun dengan teknologi suspensi elektromagnetik (EMS) menggunakan medan elektromagnetik untuk levitasi, yang kekuatannya bervariasi seiring waktu. Di mana implementasi praktis Sistem ini sangat mirip dengan pengoperasian transportasi kereta api konvensional. Di sini, rel berbentuk T digunakan, terbuat dari konduktor (kebanyakan logam), tetapi kereta menggunakan sistem elektromagnet - penopang dan pemandu - sebagai pengganti pasangan roda. Magnet pendukung dan pemandu terletak sejajar dengan stator feromagnetik yang terletak di tepi jalur berbentuk T. Kerugian utama dari teknologi EMS adalah jarak antara magnet pendukung dan stator, yaitu 15 milimeter dan harus dikontrol dan disesuaikan dengan cara khusus. sistem otomatis tergantung pada banyak faktor, termasuk sifat variabel interaksi elektromagnetik. Omong-omong, sistem levitasi bekerja berkat baterai yang dipasang di kereta, yang diisi ulang oleh generator linier yang terpasang pada magnet pendukung. Dengan demikian, jika terjadi pemberhentian, kereta akan mampu melayang dalam waktu lama dengan menggunakan baterai. Kereta api transrapid dan, khususnya, Shanghai Maglev dibangun berdasarkan teknologi EMS.

Kereta api berbasis teknologi EMS digerakkan dan direm menggunakan motor linier sinkron akselerasi rendah, yang diwakili oleh magnet pendukung dan lintasan di atasnya bidang magnet melayang. Oleh umumnya, sistem penggerak, yang terpasang di dalam kanvas, adalah stator biasa (bagian stasioner dari motor listrik linier), dipasang di sepanjang bagian bawah kanvas, dan elektromagnet pendukung, pada gilirannya, berfungsi sebagai angker motor listrik. Jadi, alih-alih menghasilkan torsi, arus bolak-balik dalam kumparan menghasilkan medan magnet gelombang tereksitasi, yang menggerakkan kereta tanpa kontak. Perubahan kekuatan dan frekuensi arus bolak-balik memungkinkan Anda untuk mengatur traksi dan kecepatan kereta. Pada saat yang sama, untuk memperlambat, Anda hanya perlu mengubah arah Medan gaya.

Dalam hal penggunaan teknologi suspensi elektrodinamik (EDS), levitasi dilakukan melalui interaksi medan magnet di kanvas dan medan yang dihasilkan oleh magnet superkonduktor di dalam kereta. Kereta JR–Maglev Jepang dibangun berdasarkan teknologi EDS. Berbeda dengan teknologi EMS, yang menggunakan elektromagnet dan kumparan konvensional yang hanya menghantarkan listrik ketika diberi daya, elektromagnet superkonduktor dapat menghantarkan listrik bahkan setelah sumber listrik dicabut, misalnya saat listrik padam. Dengan mendinginkan kumparan pada sistem EDS, Anda dapat menghemat banyak energi. Namun, sistem pendingin kriogenik yang digunakan lebih mempertahankan daya tahannya suhu rendah dalam bentuk gulungan, bisa jadi cukup mahal.

Keuntungan utama dari sistem EDS adalah stabilitasnya yang tinggi - dengan sedikit pengurangan jarak antara lembaran dan magnet, gaya tolak muncul, yang mengembalikan magnet ke posisi semula, sementara peningkatan jarak mengurangi gaya tolak dan meningkatkan gaya tarik menarik, yang lagi-lagi mengarah pada stabilisasi sistem. Dalam hal ini, tidak diperlukan perangkat elektronik untuk mengontrol dan mengatur jarak antara kereta dan lintasan.

Benar, ada juga beberapa kelemahan di sini - gaya yang cukup untuk mengangkat kereta hanya terjadi pada kecepatan tinggi. Oleh karena itu, kereta EDS harus dilengkapi dengan roda yang dapat bergerak sewaktu-waktu kecepatan rendah(hingga 100 km/jam). Perubahan terkait juga harus dilakukan di sepanjang lintasan, karena kereta dapat berhenti di mana saja karena kesalahan teknis.

Kerugian lain dari EDS adalah pada kecepatan rendah, gaya gesek timbul di bagian depan dan belakang magnet tolak-menolak pada jaring, yang bekerja melawannya. Inilah salah satu alasan mengapa JR-Maglev meninggalkan sistem yang sepenuhnya menjijikkan dan beralih ke sistem levitasi lateral.

Perlu juga dicatat bahwa medan magnet yang kuat di bagian penumpang memerlukan pemasangan pelindung magnet. Tanpa pelindung, perjalanan dengan gerbong semacam itu dikontraindikasikan bagi penumpang yang memiliki alat pacu jantung elektronik atau media penyimpanan magnetik (HDD dan kartu kredit).

Subsistem percepatan pada kereta api berbasis teknologi EDS bekerja dengan cara yang sama seperti pada kereta api berbasis teknologi EMS, hanya saja setelah terjadi perubahan polaritas, statornya berhenti sejenak.

Teknologi ketiga yang paling dekat dengan implementasi dan saat ini hanya ada di atas kertas adalah versi EDS dengan magnet permanen Inductrack yang tidak memerlukan energi untuk mengaktifkannya. Sampai saat ini, para peneliti percaya bahwa magnet permanen tidak memiliki kekuatan yang cukup untuk membuat kereta melayang. Namun, masalah ini diselesaikan dengan menempatkan magnet dalam apa yang disebut “susunan Halbach”. Magnet ditempatkan sedemikian rupa sehingga medan magnet muncul di atas susunan, dan bukan di bawahnya, dan mampu mempertahankan levitasi kereta pada kecepatan sangat rendah - sekitar 5 km/jam. Benar, biaya array tersebut dari magnet permanen sangat tinggi, itulah sebabnya belum ada satu pun proyek komersial semacam ini.

Buku Rekor Guinness

Saat ini, baris pertama dalam daftar yang paling banyak kereta cepat levitasi magnetik ditempati oleh solusi Jepang JR-Maglev MLX01, yang pada tanggal 2 Desember 2003, di jalur uji di Yamanashi, berhasil mencapai rekor kecepatan 581 km/jam. Perlu dicatat bahwa JR-Maglev MLX01 memegang beberapa rekor lagi yang dibuat antara tahun 1997 dan 1999 - 531, 550, 552 km/jam.

Jika Anda melihat pesaing terdekat Anda, di antaranya yang perlu diperhatikan adalah maglev Shanghai Transrapid SMT, yang dibuat di Jerman, yang berhasil mencapai kecepatan 501 km/jam selama pengujian pada tahun 2003, dan nenek moyangnya – Transrapid 07, yang melampaui angka 436 km/jam pada tahun 1988

Implementasi praktis

Kereta levitasi magnetik Linimo, yang mulai beroperasi pada Maret 2005, dikembangkan oleh Chubu HSST dan masih digunakan di Jepang. Jalur ini membentang antara dua kota di Prefektur Aichi. Panjang kanvas tempat maglev melayang sekitar 9 km (9 stasiun). Pada saat yang sama, kecepatan maksimum Linimo adalah 100 km/jam. Hal ini tidak menghalanginya untuk mengangkut lebih dari 10 juta penumpang selama tiga bulan pertama peluncurannya saja.

Yang lebih terkenal adalah Shanghai Maglev, yang dibuat perusahaan Jerman Transrapid dan mulai dioperasikan pada tanggal 1 Januari 2004. Jalur kereta maglev ini menghubungkan Stasiun Shanghai Longyang Lu dengan Bandara Internasional Pudong. Jarak keseluruhan berjarak 30 km, kereta api menempuhnya dalam waktu kurang lebih 7,5 menit, dengan kecepatan 431 km/jam.

Jalur kereta api maglev lainnya berhasil beroperasi di Daejeon, Korea Selatan. UTM-02 tersedia untuk penumpang pada 21 April 2008, dan pengembangan dan pembuatannya memakan waktu 14 tahun. Jalur kereta api maglev menghubungkan Museum Sains Nasional dan Taman Pameran, yang hanya berjarak 1 km.

Di antara kereta levitasi magnetik yang akan mulai beroperasi dalam waktu dekat, perlu diperhatikan Maglev L0 di Jepang, pengujiannya baru-baru ini dilanjutkan. Diharapkan dapat beroperasi pada rute Tokyo-Nagoya pada tahun 2027.

Mainan yang sangat mahal

Belum lama ini, majalah populer menyebut kereta levitasi magnetik sebagai transportasi revolusioner, dan peluncuran proyek baru sistem semacam itu dilaporkan dengan keteraturan yang patut ditiru baik oleh perusahaan swasta maupun pihak berwenang dari seluruh dunia. Namun, sebagian besar proyek megah ini ditutup pada tahap awal, dan beberapa jalur kereta api maglev, meskipun berhasil memberikan manfaat bagi penduduk untuk waktu yang singkat, kemudian dibongkar.

Alasan utama kegagalannya adalah harga kereta maglev yang sangat mahal. Mereka memerlukan infrastruktur yang dibangun khusus untuk mereka dari awal, yang biasanya merupakan item pengeluaran terbesar dalam anggaran proyek. Misalnya, Shanghai Maglev menelan biaya sebesar $1,3 miliar bagi Tiongkok, atau $43,6 juta per 1 km jalur dua arah (termasuk biaya pembuatan kereta api dan pembangunan stasiun). Kereta levitasi magnetik hanya dapat bersaing dengan maskapai penerbangan pada rute yang lebih panjang. Tapi sekali lagi, hanya ada sedikit tempat di dunia dengan lalu lintas penumpang yang cukup untuk membuat jalur kereta maglev bermanfaat.

Apa berikutnya?

Saat ini, masa depan kereta maglev tampak kabur, sebagian besar disebabkan oleh tingginya biaya proyek tersebut dan jangka waktu pengembalian yang lama. Pada saat yang sama, banyak negara terus menginvestasikan sejumlah besar uang dalam proyek kereta api berkecepatan tinggi (HSR). Belum lama ini, pengujian kecepatan tinggi kereta levitasi magnetik Maglev L0 dilanjutkan di Jepang.

Pemerintah Jepang juga berharap dapat menarik minat AS terhadap kereta levitasi magnetik buatannya. Baru-baru ini perwakilan perusahaan The Northeast Maglev, yang berencana menghubungkan Washington dan New York menggunakan jalur kereta maglev, melakukan kunjungan resmi ke Jepang. Mungkin kereta maglev akan lebih tersebar luas di negara-negara dengan jaringan kereta api berkecepatan tinggi yang kurang efisien. Misalnya saja di Amerika dan Inggris, namun biayanya masih tetap tinggi.

Ada skenario lain untuk perkembangan peristiwa. Seperti diketahui, salah satu cara untuk meningkatkan efisiensi kereta levitasi magnetik adalah dengan penggunaan superkonduktor, yang bila didinginkan hingga suhu mendekati nol mutlak, akan hilang sama sekali. hambatan listrik. Namun, menyimpan magnet besar di dalam tangki berisi cairan yang sangat dingin sangatlah mahal suhu yang diinginkan, diperlukan “lemari es” yang besar, yang selanjutnya meningkatkan biaya.

Namun tidak ada yang mengesampingkan kemungkinan bahwa dalam waktu dekat para ahli fisika akan mampu menciptakan zat murah yang mempertahankan sifat superkonduktor bahkan pada suhu rendah. suhu kamar. Ketika superkonduktivitas tercapai pada suhu tinggi medan magnet yang kuat yang mampu menahan mobil dan kereta api akan menjadi sangat mudah diakses sehingga bahkan “mobil terbang” pun akan layak secara ekonomi. Jadi kita tunggu kabar dari laboratorium.

Perbesar-presentasi:http://zoom.pspu.ru/presentations/145

1. Tujuan

Kereta levitasi magnetik atau maglev(dari bahasa Inggris levitasi magnetik, yaitu "maglev" - bidang magnet) adalah kereta api yang digantung secara magnetis, digerakkan dan dikendalikan oleh gaya magnet, dirancang untuk mengangkut orang (Gbr. 1). Mengacu pada teknologi angkutan penumpang. Berbeda dengan kereta tradisional, kereta ini tidak menyentuh permukaan rel saat bergerak.

2. Bagian utama (perangkat) dan tujuannya

Ada solusi teknologi berbeda dalam pengembangan desain ini (lihat paragraf 6). Mari kita perhatikan prinsip pengoperasian levitasi magnetik kereta Transrapid menggunakan elektromagnet ( suspensi elektromagnetik, EMS) (Gbr. 2).

Elektromagnet yang dikontrol secara elektronik (1) dipasang pada “rok” logam setiap mobil. Mereka berinteraksi dengan magnet di bagian bawah rel khusus (2), menyebabkan kereta melayang di atas rel. Magnet lain memberikan keselarasan lateral. Sebuah belitan (3) dipasang di sepanjang lintasan, yang menciptakan medan magnet yang membuat kereta bergerak ( motorik linier).

3. Prinsip pengoperasian

Prinsip pengoperasian kereta maglev didasarkan pada fenomena dan hukum fisika berikut:

fenomena dan hukum induksi elektromagnetik oleh M. Faraday

aturan Lenz

Hukum Biot-Savart-Laplace

Pada tahun 1831, fisikawan Inggris Michael Faraday menemukan hukum induksi elektromagnetik, Dimana perubahan fluks magnet di dalam rangkaian penghantar akan menggairahkan rangkaian ini listrik bahkan ketika tidak ada sumber listrik di sirkuit. Pertanyaan tentang arah arus induksi, yang dibiarkan terbuka oleh Faraday, segera dipecahkan oleh fisikawan Rusia Emilius Christianovich Lenz.

Mari kita perhatikan rangkaian pembawa arus melingkar tertutup tanpa baterai atau sumber listrik lain yang terhubung, di mana magnet dimasukkan dengan kutub utara. Hal ini akan meningkatkan fluks magnet yang melewati loop, dan menurut hukum Faraday, arus induksi akan muncul di loop. Arus ini selanjutnya menurut hukum Bio-Savart akan menghasilkan medan magnet yang sifat-sifatnya tidak berbeda dengan sifat medan magnet biasa yang mempunyai kutub utara dan selatan. Lenz baru saja berhasil mengetahui bahwa arus induksi akan diarahkan sedemikian rupa sehingga kutub utara medan magnet yang dihasilkan arus akan berorientasi ke arah kutub utara magnet yang digerakkan. Karena gaya tolak-menolak timbal balik bekerja antara dua kutub utara magnet, arus induksi yang diinduksi dalam rangkaian akan mengalir tepat ke arah yang akan melawan masuknya magnet ke dalam rangkaian. Dan ini hanya kasus khusus, namun dalam rumusan umum, kaidah Lenz menyatakan bahwa arus induksi selalu diarahkan sedemikian rupa untuk melawan akar penyebab yang menyebabkannya.

Aturan Lenz persis seperti yang digunakan saat ini di kereta levitasi magnetik. Magnet yang kuat dipasang di bawah bagian bawah gerbong kereta tersebut, terletak beberapa sentimeter dari lembaran baja (Gbr. 3). Ketika kereta bergerak, fluks magnet yang melewati kontur lintasan terus berubah, dan arus induksi yang kuat muncul di dalamnya, menciptakan medan magnet yang kuat yang menolak suspensi magnet kereta (mirip dengan bagaimana gaya tolak-menolak timbul di antara kontur. dan magnet dalam percobaan yang dijelaskan di atas). Gaya ini begitu besar sehingga, setelah memperoleh kecepatan tertentu, kereta benar-benar terangkat keluar jalur beberapa sentimeter dan, pada kenyataannya, terbang di udara.

Komposisinya melayang karena adanya tolak-menolak kutub-kutub magnet yang identik dan, sebaliknya, tarik-menarik kutub-kutub yang berbeda. Pencipta kereta TransRapid (Gbr. 1) menggunakan skema suspensi magnetik yang tidak terduga. Mereka tidak menggunakan gaya tolak-menolak kutub-kutub yang sejenis, melainkan gaya tarik-menarik kutub-kutub yang berlawanan. Menggantungkan beban di atas magnet tidaklah sulit (sistem ini stabil), tetapi di bawah magnet hampir tidak mungkin. Tetapi jika Anda menggunakan elektromagnet yang dikendalikan, situasinya berubah. Sistem kontrol menjaga jarak antara magnet tetap konstan beberapa milimeter (Gbr. 3). Ketika celah bertambah, sistem meningkatkan kekuatan arus pada magnet pendukung dan dengan demikian “menarik” mobil; ketika menurun, arus berkurang dan kesenjangan meningkat. Skema ini mempunyai dua keuntungan serius. Elemen magnet lintasan terlindung dari pengaruh cuaca, dan medannya jauh lebih lemah karena jarak yang kecil antara lintasan dan kereta; itu membutuhkan arus yang jauh lebih rendah. Alhasil, kereta dengan desain ini ternyata jauh lebih irit.

Kereta bergerak maju motorik linier. Mesin seperti itu memiliki rotor dan stator yang direntangkan menjadi strip (dalam motor listrik konvensional, mereka digulung menjadi cincin). Gulungan stator dinyalakan secara bergantian, menciptakan medan magnet berjalan. Stator yang dipasang pada lokomotif ditarik ke bidang ini dan menggerakkan seluruh kereta (Gbr. 4, 5). . Elemen kunci dari teknologi ini adalah perubahan kutub pada elektromagnet dengan menyuplai dan menghilangkan arus secara bergantian dengan frekuensi 4.000 kali per detik. Kesenjangan antara stator dan rotor tidak boleh melebihi lima milimeter untuk mendapatkan pengoperasian yang andal. Hal ini sulit dicapai karena goyangan mobil saat bergerak, yang merupakan ciri khas semua jenis jalan monorel, kecuali jalan dengan suspensi samping, terutama saat menikung. Oleh karena itu, diperlukan infrastruktur lintasan yang ideal.

Stabilitas sistem dipastikan dengan pengaturan otomatis arus dalam belitan magnetisasi: sensor secara konstan mengukur jarak dari kereta ke rel dan tegangan pada elektromagnet berubah (Gbr. 3). Sistem kontrol ultra-cepat mengontrol jarak antara jalan dan kereta.

Satu-satunya gaya pengereman adalah gaya drag aerodinamis.

Jadi, diagram pergerakan kereta maglev: elektromagnet pendukung dipasang di bawah mobil, dan kumparan motor listrik linier dipasang di rel. Ketika mereka berinteraksi, timbul gaya yang mengangkat mobil di atas jalan dan menariknya ke depan. Arah arus pada belitan terus berubah, mengubah medan magnet seiring pergerakan kereta.

Magnet pendukung ditenagai oleh baterai terpasang (Gbr. 4), yang diisi ulang di setiap stasiun. Arus disuplai ke motor listrik linier, yang mempercepat kereta hingga kecepatan pesawat, hanya di bagian sepanjang kereta bergerak (Gbr. 6 a). Medan magnet yang cukup kuat pada komposisi tersebut akan menginduksi arus pada belitan lintasan, dan selanjutnya menciptakan medan magnet.

Saat kereta menambah kecepatan atau menanjak, energi disuplai dengan tenaga yang lebih besar. Jika Anda perlu memperlambat atau mengemudi ke arah yang berlawanan, medan magnet berubah vektor.

Lihat klip videonya" Hukum Induksi Elektromagnetik», « Induksi elektromagnetik» « Eksperimen Faraday».

Beras. 6. b Potongan gambar dari cuplikan video “Hukum Induksi Elektromagnetik”, “Induksi Elektromagnetik”, “Eksperimen Faraday”.

Lebih dari dua ratus tahun telah berlalu sejak umat manusia menemukan lokomotif uap pertama. Namun hingga saat ini jalur kereta api transportasi darat, mengangkut penumpang baik menggunakan tenaga listrik maupun solar, sangat umum.

Patut dikatakan bahwa selama ini, para insinyur-penemu telah secara aktif bekerja untuk menciptakan cara-cara alternatif pergerakan. Hasil pekerjaan mereka adalah kereta api bantalan magnet.

Sejarah penampilan

Gagasan untuk menciptakan kereta levitasi magnetik dikembangkan secara aktif pada awal abad kedua puluh. Namun, proyek ini tidak dapat dilaksanakan pada saat itu karena beberapa alasan. Produksi kereta semacam itu baru dimulai pada tahun 1969. Saat itulah rute magnetis mulai dibangun di wilayah Jerman, yang akan dilalui kereta baru. kendaraan, yang kemudian disebut: kereta maglev. Diluncurkan pada tahun 1971. Kereta maglev pertama, bernama Transrapid-02, melewati jalur magnet.

Fakta menarik adalah bahwa para insinyur Jerman membuat kendaraan alternatif berdasarkan catatan yang ditinggalkan oleh ilmuwan Hermann Kemper, yang pada tahun 1934 menerima paten yang mengkonfirmasi penemuan bidang magnet.

Transrapid-02 hampir tidak bisa disebut sangat cepat. Dia bisa bergerak bersama kecepatan maksimum dengan kecepatan 90 kilometer per jam. Kapasitasnya juga rendah – hanya empat orang.

Pada tahun 1979, model maglev yang lebih canggih diciptakan. menyandang nama "Transrapid-05", sudah mampu mengangkut enam puluh delapan penumpang. Ia bergerak sepanjang garis yang terletak di kota Hamburg yang panjangnya 908 meter. yang dikembangkan kereta ini sama dengan tujuh puluh lima kilometer per jam.

Juga pada tahun 1979, model maglev lainnya dirilis di Jepang. Itu disebut "ML-500". pada levitasi magnetik ia mencapai kecepatan hingga lima ratus tujuh belas kilometer per jam.

Daya saing

Kecepatan yang dapat dicapai oleh kereta levitasi magnetik dapat dibandingkan dengan Dalam hal ini, jenis transportasi ini dapat menjadi pesaing serius bagi maskapai penerbangan yang beroperasi pada jarak hingga seribu kilometer. Meluasnya penggunaan maglev terhambat oleh fakta bahwa maglev tidak dapat bergerak di permukaan kereta api tradisional. Kereta levitasi magnetik memerlukan pembangunan jalan raya khusus. Dan ini memerlukan investasi modal yang besar. Dipercaya juga bahwa apa yang dibuat untuk kendaraan maglev dapat berdampak buruk pada tubuh manusia, yang akan berdampak buruk pada kesehatan pengemudi dan penduduk di daerah yang dekat dengan jalur tersebut.

Prinsip operasi

Kereta levitasi magnetik adalah jenis transportasi khusus. Saat bergerak, maglev seolah melayang di atas rel kereta api tanpa menyentuhnya. Hal ini terjadi karena kendaraan digerakkan oleh kekuatan medan magnet yang diciptakan secara artifisial. Tidak ada gesekan saat maglev bergerak. Gaya pengereman dalam hal ini adalah gaya hambat aerodinamis.

Bagaimana cara kerjanya? Kita masing-masing mengetahui sifat-sifat dasar magnet dari pelajaran fisika kelas enam. Jika dua buah magnet didekatkan dengan kutub utaranya maka kedua magnet tersebut akan saling tolak menolak. Apa yang disebut bantalan magnet tercipta. Apabila kutub-kutub yang berbeda dihubungkan, maka magnet-magnet tersebut akan saling tarik menarik. Prinsip yang agak sederhana ini mendasari pergerakan kereta maglev, yang secara harfiah meluncur di udara dalam jarak dekat dari rel.

Saat ini, dua teknologi telah dikembangkan dengan bantuan aktivasi bantalan atau suspensi magnetik. Yang ketiga bersifat eksperimental dan hanya ada di atas kertas.

Suspensi elektromagnetik

Teknologi ini disebut EMS. Hal ini didasarkan pada kekuatan medan elektromagnetik, yang berubah seiring waktu. Hal ini menyebabkan levitasi (naik di udara) maglev. Untuk menggerakkan kereta api dalam hal ini diperlukan rel berbentuk T yang terbuat dari bahan konduktor (biasanya logam). Dengan cara ini, pengoperasian sistem serupa dengan normal kereta api. Namun, kereta tersebut memiliki magnet pendukung dan pemandu, bukan pasangan roda. Mereka ditempatkan sejajar dengan stator feromagnetik yang terletak di sepanjang tepi lembaran berbentuk T.

Kerugian utama dari teknologi EMS adalah kebutuhan untuk mengontrol jarak antara stator dan magnet. Padahal hal itu bergantung pada banyak faktor, termasuk sifatnya yang berubah-ubah.Untuk menghindari kereta berhenti mendadak, dipasang baterai khusus di atasnya. Mereka mampu mengisi ulang magnet pendukung yang terpasang di dalamnya, dan dengan demikian mempertahankan proses levitasi untuk waktu yang lama.

Pengereman kereta api berbasis teknologi EMS dilakukan oleh motor linier sinkron akselerasi rendah. Itu diwakili oleh magnet pendukung, serta permukaan jalan tempat maglev mengapung. Kecepatan dan daya dorong kereta dapat diatur dengan mengubah frekuensi dan kekuatan arus bolak-balik yang dihasilkan. Untuk memperlambatnya, cukup dengan mengubah arah gelombang magnet.

Suspensi elektrodinamik

Ada teknologi dimana pergerakan maglev terjadi melalui interaksi dua medan. Salah satunya dibuat di jalan raya, dan yang kedua di atas kereta. Teknologi ini disebut EDS. Dibangun atas dasar itu kereta Jepang pada levitasi magnetik JR-Maglev.

Sistem ini memiliki beberapa perbedaan dari EMS, yang menggunakan magnet konvensional, yang mana arus listrik disuplai dari kumparan hanya ketika daya diterapkan.

Teknologi EDS menyiratkan pasokan listrik yang konstan. Hal ini terjadi meskipun pasokan listrik dimatikan. Kumparan sistem semacam itu dilengkapi dengan pendingin kriogenik, yang memungkinkan penghematan listrik dalam jumlah besar.

Kelebihan dan kekurangan teknologi EDS

Sisi positif dari sistem yang beroperasi pada suspensi elektrodinamik adalah stabilitasnya. Bahkan sedikit pengurangan atau peningkatan jarak antara magnet dan kanvas diatur oleh gaya tolak-menolak dan tarik-menarik. Hal ini memungkinkan sistem untuk tetap dalam keadaan tidak berubah. Dengan teknologi ini, tidak perlu memasang perangkat elektronik untuk pengendaliannya. Tidak diperlukan perangkat untuk mengatur jarak antara bilah dan magnet.

Teknologi EDS memiliki beberapa kelemahan. Jadi, gaya yang cukup untuk mengangkat komposisi hanya dapat timbul pada kecepatan tinggi. Itu sebabnya maglev dilengkapi dengan roda. Mereka memastikan pergerakannya dengan kecepatan hingga seratus kilometer per jam. Kerugian lain dari teknologi ini adalah gaya gesekan yang terjadi di bagian belakang dan depan magnet yang menolak pada kecepatan rendah.

Karena medan magnet yang kuat, perlindungan khusus harus dipasang di bagian penumpang. Jika tidak, orang yang menggunakan alat pacu jantung elektronik dilarang bepergian. Perlindungan juga diperlukan untuk media penyimpanan magnetik (kartu kredit dan HDD).

Teknologi sedang dikembangkan

Sistem ketiga yang saat ini hanya ada di atas kertas adalah penggunaan magnet permanen versi EDS yang tidak memerlukan energi untuk pengaktifannya. Baru-baru ini ada anggapan bahwa hal ini mustahil. Para peneliti percaya bahwa magnet permanen tidak memiliki kekuatan untuk membuat kereta melayang. Namun, masalah ini dapat dihindari. Untuk mengatasi masalah ini, magnet ditempatkan dalam “susunan Halbach”. Pengaturan ini mengarah pada penciptaan medan magnet bukan di bawah susunan, tetapi di atasnya. Hal ini membantu menjaga levitasi kereta meski dengan kecepatan sekitar lima kilometer per jam.

Proyek ini belum mendapat implementasi praktis. Hal ini dijelaskan harga tinggi susunan yang terbuat dari magnet permanen.

Keuntungan maglev

Aspek yang paling menarik dari kereta levitasi magnetik adalah prospek pencapaiannya kecepatan tinggi, yang akan memungkinkan Maglev bersaing bahkan dengan pesawat jet di masa depan. Tipe ini transportasi cukup irit dalam hal konsumsi listrik. Biaya pengoperasiannya juga rendah. Hal ini dimungkinkan karena tidak adanya gesekan. Kebisingan maglev yang rendah juga menyenangkan, yang akan berdampak positif pada situasi lingkungan.

Kekurangan

Kelemahan maglev adalah jumlah yang dibutuhkan untuk membuatnya terlalu besar. Biaya pemeliharaan jalur juga tinggi. Selain itu, jenis transportasi dianggap memerlukan sebuah sistem yang kompleks jalur dan instrumen ultra-presisi yang mengontrol jarak antara kanvas dan magnet.

di Berlin

Di ibu kota Jerman pada tahun 1980, sistem tipe maglev pertama yang disebut M-Bahn dibuka. Panjang jalan 1,6 km. Kereta levitasi magnetik beroperasi antara tiga stasiun metro pada akhir pekan. Perjalanan untuk penumpang gratis. Setelah itu, populasi kota meningkat hampir dua kali lipat. Butuh penciptaan jaringan transportasi dengan kemampuan menyediakan lalu lintas penumpang yang tinggi. Itulah sebabnya pada tahun 1991 strip magnetik dibongkar, dan pembangunan metro dimulai sebagai gantinya.

Birmingham

Di kota Jerman ini, Maglev berkecepatan rendah terhubung dari tahun 1984 hingga 1995. bandara dan stasiun kereta api. Panjang jalur magnet hanya 600 m.

Shanghai

Kereta api magnet pertama di Berlin dibangun oleh perusahaan Jerman Transrapid. Kegagalan proyek tidak menyurutkan semangat para pengembang. Mereka melanjutkan penelitiannya dan mendapat perintah dari pemerintah China yang memutuskan untuk membangun jalur maglev di negaranya. Bandara Shanghai dan Pudong terhubung melalui rute berkecepatan tinggi (hingga 450 km/jam).
Jalan sepanjang 30 km ini dibuka pada tahun 2002. Rencana ke depannya antara lain perpanjangan hingga 175 km.

Jepang

Negara ini menjadi tuan rumah pameran Expo-2005 pada tahun 2005. Untuk pembukaannya, jalur magnet sepanjang 9 km dioperasikan. Ada sembilan stasiun di jalur tersebut. Maglev melayani area yang berdekatan dengan tempat pameran.

Maglev dianggap sebagai transportasi masa depan. Sudah pada tahun 2025, direncanakan untuk membuka jalan raya super baru di negara seperti Jepang. Kereta levitasi magnetik akan mengangkut penumpang dari Tokyo ke salah satu kawasan di bagian tengah pulau. Kecepatannya akan menjadi 500 km/jam. Proyek ini akan membutuhkan sekitar empat puluh lima miliar dolar.

Rusia

Kereta Api Rusia juga berencana membuat kereta berkecepatan tinggi. Pada tahun 2030, Maglev di Rusia akan menghubungkan Moskow dan Vladivostok. Penumpang akan menempuh perjalanan sejauh 9.300 km dalam waktu 20 jam. Kecepatan kereta levitasi magnetik akan mencapai hingga lima ratus kilometer per jam.

• Kereta levitasi magnetik mampu mencapai kecepatan lebih tinggi dibandingkan kereta konvensional.
• Kereta levitasi magnetik menghasilkan lebih sedikit kebisingan dibandingkan kereta konvensional.
• Kereta levitasi magnetik mengurangi waktu perjalanan penumpang.
• Kereta levitasi magnetik menggunakan sumber energi listrik, mengurangi polusi atmosfer.

Kekurangan kereta levitasi magnetik

• Kereta levitasi magnetik lebih mahal dibandingkan kereta biasa.
• Kereta levitasi magnetik memerlukan pelatihan khusus bagi personelnya.
• Kereta levitasi magnetik superkonduktor digunakan untuk membuat levitasi elektromagnet yang kuat, dipasang di rel. Dalam hal ini, muncul tugas untuk melindungi penumpang dari pengaruh medan magnet yang kuat.
• Penurunan tegangan secara tiba-tiba akan menyebabkan gerbong kereta levitasi magnetik superkonduktor jatuh ke lintasan. Pada kecepatan tinggi hal ini bisa berbahaya (saat mengoperasikan kereta jenis Inductrack, masalah seperti itu tidak muncul, karena roda kereta akan memungkinkan gerbong bergerak secara inersia hingga berhenti total).
• Hembusan angin kencang dapat mengganggu pengoperasian kereta levitasi magnetik, menggeser gerbong dan menyebabkannya bersentuhan dengan rel. Salju atau es di rel juga bisa menimbulkan masalah.

Pertanyaan

Bagaimana cara mengisolasi penumpang dari paparan medan magnet yang kuat di kereta levitasi magnetik superkonduktor?

Menjawab

Gerbongnya, atau setidaknya kompartemennya, dapat dibuat dari bahan feromagnetik (baja, misalnya), yang menghalangi jalur induksi magnet. Sayangnya, baja jauh lebih berat dibandingkan aluminium yang biasa digunakan dalam konstruksi kereta api. Aluminium tidak bersifat feromagnetik dan tidak memberikan perlindungan dari medan magnet kecuali jika diberi arus tegangan tinggi, berpotensi berbahaya bagi penumpang.

Pertanyaan

Bisakah kereta levitasi magnetik mendaki bukit atau gunung yang curam? Akankah ia menggelinding menuruni lereng dan tetap berada di lembah jika tidak diperlukan gesekan untuk mengerem?

Menjawab

Motor induksi linier, yang digunakan pada kereta levitasi magnetik, mampu mengangkat kereta tersebut ke lereng yang lebih curam dibandingkan kereta konvensional. Selain itu, motor induksi linier beralih ke pengereman mundur, mencegah kereta terguling karena bekerja melawan gravitasi.

Kereta Maglev Shanghai adalah jalur kereta api levitasi magnetik komersial pertama di dunia, serta proyek kereta api termahal di Kerajaan Tengah.

Proyek ini mulai beroperasi secara komersial pada 1 Januari 2004. Biayanya sekitar 1,6 miliar dolar AS (10 miliar yuan).

Biaya tinggi tersebut terutama disebabkan oleh fakta bahwa kebanyakan Rute ini melewati daerah rawa, itulah sebabnya pembangun harus membangun landasan beton untuk setiap penyangga jalan layang (dan jumlahnya banyak, setiap 25 meter). Ngomong-ngomong, di beberapa tempat ketebalan bantal ini mencapai 70 m.

Ngomong-ngomong, jalur Shanghai Maglev bukanlah jalan tol terpanjang, panjangnya hanya 30 kilometer dari Bandara Internasional Pudong hingga stasiun metro Longyang-Lu di Shanghai.

Namun Shanghai Maglev menempuh jarak ini hanya dalam 7:20 atau 8:10 menit (tergantung waktu). Kereta ini memiliki kecepatan maksimum 431 km/jam dan kecepatan rata-rata sekitar 250 km/jam.

Benar, pada kecepatan maksimumnya, dia hanya berlari selama 1,5 menit, karena tidak ada tempat untuk berakselerasi sebanyak itu, dan jaraknya tidak terlalu jauh.

Jalur ini beroperasi mulai pukul 18:45 hingga 21:30, dengan interval layanan 15 hingga 20 menit.

Tarifnya sekitar 7,3 USD sekali jalan. Untuk penumpang dengan tiket pesawat – 5,81 USD. Harga tiket VIP kira-kira dua kali lipat harga tiket standar.