Βραβεία
Περιγραφή έργου
Τα μαγνητικά τρένα (maglev) κινούνται και αιωρούνται από μαγνητικά πεδία. Επειδή δεν ακουμπούν στο έδαφος έχουν ελάχιστη αντίσταση και θόρυβο και υψηλές ταχύτητες – 500 με 550 km/h – όσο τα αεροπλάνα αλλά με την μισή κατανάλωση ενέργειας.
Η προώθησή τους γίνεται με γραμμικό ηλεκτροκινητήρα, το τύλιγμα του οποίου είναι απλωμένο κατά μήκος σε όλη την τροχιά. Ο γραμμικός είναι σαν ένας κοινός κυκλικός ηλεκτροκινητήρας κομμένος και ανοιγμένος επίπεδος.
Τροφοδοτείται με τριφασικό ρεύμα και παράγει ένα εναλλασσόμενο και κινούμενο μαγνητικό πεδίο που παρασύρει τον μαγνήτη του τρένου.(όπως φαίνεται και από την ιδιοκατασκευή μας που έχει μαγνητάκια σε εύκαμπτες λουρίδες και κινούνται απ’ το μαγνητικό κύμα δείχνοντας τη μορφή του).
Η γραμμή τροφοδοτείται κατά τμήματα μόνο στο κομμάτι που είναι το τρένο και στο μπροστινό του κάθε φορά. Αντιστρέφοντας τις φάσεις ο γραμμικός κινητήρας γίνεται γεννήτρια , και έτσι φρενάρει το βαγόνι και επιστρέφει ρεύμα στο δίκτυο.
Ανάλογα με τον τρόπο ανύψωσής τους διακρίνονται σε ηλεκτρομαγνητικής (Swiss metro, transrapid ) και ηλεκτροδυναμικής ανύψωσης ( Yamanashi, magplane)
Στα τρένα ηλεκτρομαγνητικής ανύψωσης, οι ηλεκτρομαγνήτες στο κάτω μέρος του βαγονιού έλκουν το προς τα πάνω το κάτω μέρος της τροχιάς μορφής Τ και έτσι αιωρούνται 1~1,2 cm.
Υπάρχει σύστημα αυτόματου ελέγχου του διακένου και γραμμική γεννήτρια που επάγει ρεύμα στο βαγόνι για τη λειτουργία του.
Τα τρένα ηλεκτροδυναμικής ανύψωσης βασίζονται στο επαγωγικό φαινόμενο. Όταν ένας μαγνήτης (ή ηλεκτρομαγνήτης) κινείται σε απόσταση από φύλλου αλουμινίου (ή άλλου αγώγιμου μετάλλου) ή από σπείρα, τότε παράγεται τάση στην μάζα του μετάλλου ή στην σπείρα (σύμφωνα με τον νόμο του Faraday).
Η τάση βραχυκυκλωμένη από την μάζα δημιουργεί κλειστά ρεύματα (τα δινορεύματα) που παράγουν μαγνητικό πεδίο αντίθετο από του μαγνήτη (σύμφωνα με τον νόμο Lenz, αρχή διατήρησης μαγνητικής κατάστασης υλικού ). Τα αντίθετα μαγνητικά πεδία απωθούνται με δύναμη ανύψωσης (και πέδησης) σηκώνοντας το τρένο κατά 10cm.
Το τρένο magplane τρέχει μέσα σε αλουμινένια κοίτη και έχει μόνιμους μαγνήτες στα κάτω πλάγια του βαγονιού. Όταν ξεκινάει ακουμπά σε ρόδες έως ότου φτάσει σε κάποια ταχύτητα που οι μαγνήτες θα δεχτούν την δύναμη ανύψωσης του επαγόμενου μαγνήτη αλουμινίου και θα σηκωθεί (όπως τα αεροπλάνα).
Η δύναμη ανύψωσης αναλύεται σε κατακόρυφη που σηκώνει το τρένο και σε οριζόντια που το ευθυγραμμίζει στην τροχιά του.
Το λειτουργικό μας μοντέλο magplane προωθείται από τριφασικό γραμμικό ηλεκτροκινητήρα στο κάτω μέρος του καναλιού της τροχιάς, τροφοδοτούμενο από Inverter μεταβαλλόμενης συχνότητας.
Το τρένο Yamanashi έχει στο βαγόνι ηλεκτρογεννήτρια που τροφοδοτεί ισχυρούς πλαϊνούς ηλεκτρομαγνήτες με υπεραγώγιμα πηνία που ψύχονται με ήλιον. Έχει ρόδες κάτω και στα πλάγια για τις χαμηλές ταχύτητες εκκίνησης – σταματήματος. Στα δύο πλαϊνά του καναλιού υπάρχουν 2 τριφασικοί γραμμικοί κινητήρες που προωθούν το τρένο.
Η μαγνητική δύναμη ανύψωσης δεν παράγεται σε αλουμίνιο αλλά σε σπείρες σχήματος 8 που βρίσκονται και αυτά στα πλαϊνά του καναλιού. Το πάνω μέρος του 8 γίνεται Ν πόλος που έλκει τον Β πόλο του τρένου και το κάτω μέρος του 8 γίνεται Β πόλος που απωθεί τον Β πόλο του τρένου κι έτσι σηκώνεται.
Αν το βαγόνι πλησιάσει περισσότερο στην μια κοίτη θα αυξηθεί η απωστική δύναμη (που είναι αντιστρόφως ανάλογη της απόστασης) και θα σπρώξει το βαγόνι προς την άλλη ευθυγραμμίζοντάς το.
Το μοντέλο μας αιωρείται από μόνιμους μαγνήτες στο κάτω μέρος του καναλιού και του βαγονιού για να δείξουμε την έλλειψη τριβής.
Τεχνικά χαρακτηριστικά τρένων
| ΤΡΕΝΟ | ΜΗΚΟΣ Χ ΠΛΑΤΟΣ Χ ΥΨΟΣ | ΒΑΡΟΣ (τόνοι) | ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΣΤΑ 400 χμ | ΤΑΧΥΤΗΤΑ |
|---|---|---|---|---|
| Swiss metro | 80 Χ 3 Χ 3 μ. | 50 | 43 wh ανά θέση και χμ | 500 χμ |
| Transrapid | 27 Χ 4,1 Χ 3,7 μ. | 50 | 50,4 wh ανά θέση και χμ | 500 χμ |
| Magplane | 140 επιβάτες | 45 | —————— | 500 χμ |
| Yamanashi | 28 Χ 3 Χ 3 μ. | 33 | 60 wh ανά θέση και χμ | 550 χμ |
Κίνηση μαγνητικού πεδίου γραμμικού κινητήρα
Βάζοντας πάνω μαγνήτη τον κινεί σαν σύγχρονο κινητήρα ενώ το φύλλο αλουμινίου το σηκώνει και το κινεί σαν ασύγχρονο κινητήρα.
Δύναμη Ηλεκτροδυναμικής ανύψωσης (τύπος των Hannakam και Guderjahn)
Πηνίο με σπείρες N διαρρεόμενο από ρεύμα Ι έχει διαστάσεις ax l, όταν κινείται με ταχύτητα U σε απόσταση g από φύλλο αλουμινίου πάχους d,δημιουργεί κατακόρυφη απωστική μαγνητική δύναμη εξ’ επαγωγής ίση με:
Επίσης δημιουργείται και οριζόντια δύναμη πέδησης F k.F
Η ομάδα του έργου
