Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo Ljubljana

HITRI VLAK NA MAGNETNI BLAZINI

Zakaj vlaki na magnetni blazini (maglev-magnetic levitation)?

Ta tehnologija je povsem različna od vseh današnjih vrst transporta.V prid ji govorijo:

a) IZKORISTEK ENERGIJE : -maglev vlak porabi za pot približno sedmino energije, ki jo porabi boeing 737-300 na poti dolgi od 125-620 milj; poleg tega ni odvisen od določenih goriv (elektriko lako proizvedemo na mnogo načinov)

b) HITROST : -ker vozilo ni v fizičnem kontaktu z podlago, so le tem omogočene velike hitrosti, ki so omejene z tehnološkimi zmožnostmi (vlaki dosegajo tudi do 500 milj na uro)

c) POCENI VZDRŽEVANJE : -ker pogon zagotavlja pospeševanje in zaviranje brez kontaktov, je tudi obraba materiala nična (za razliko od navadnih vlakov, kjer prihaja do raznih nenadnih šokov (npr. zaviranje))

Vse negativne lastnosti sistema maglev so povezane z višanjem temperature, saj moramo zagotoviti dovolj nizko temperaturo (< 4K), da vodnik ohrani superprevodne lastnosti.

Tako imenovan "maglev train" ima sistem dizajniran tako, da zagotavlja silo za dvig vlaka, da le ta lebdi nad progo.Poznamo dva principa.Prvi zagotavlja silo, ki "odbija" vlak in drugi, ki koristi privlak.


A) Sistem odbojne sile (levitation by repulsion)


Modelirali bomo proces nastanka odbojne sile, pri čemer bomo uporabili dve ločeni zanki.Ena je del vozila in po njej teče tok v nasprotni smeri urinega kazalca.Druga je del proge in po njej teče tok v smeri urinega kazalca.

V praksi dosegajo tokovi velike vrednosti, da lahko zagotovijo dovolj veliko silo, ki nasprotuje teži vlaka.Zato je zelo pomemben faktor upor v zankah, saj pri zagotavljanju dovolj velike moči igra ključno vlogo, saj lahko zveča porabo energije in s tem tudi stroškov. MANJŠI UPOR..BOLJ IZKORIŠČENA ENERGIJA..MANJŠI STROŠKI.Zato je najboljše, da se kot materiali za zanke uporabljajo superprevodniki, katerih cena je zopet visoka.Iz teh dejstev se vidi, da je treba načrtovanju vlakov na magnetni blazini posvetiti veliko časa, ce nočemo da stroški presežejo še sprejemljive višine.




IZPELJAVA FORMUL:
Vellikost magnetnega polja segmenta AB proti velikosti magnetnega polja A'B':



Sila na zgornji segment AB od magnetnega polja, ki ga ustvarja segment A'B':







Slika spodaj ilustrira smer sile F(AB)[-zelena], ki je oznacena z F(B).Ta sila nasprotuje sili teže F(G)[-črna] in zagotavlja dvig.



Ker so v zanki 4 ravne žice so tu 4 sile, ki delujejo na zgornjo zanko:



Upoštevajoč, da tokova v obeh zankah potujeta v nasprotnih smereh, ter zagotavljata ODBOJNO SILO.Ta omogoča dvig oz. dvižno silo za vozilo.




B) Sistem privlačne sile (levitation by attraction)


Priprava modela je podobna kot pri prvem sistemu.Razlika je le v tem, da v tem primeru tokova tečeta v isti smeri,tako da dobimo med zankama privlačno silo.Poleg tega sta zanki locirani na podaljšku vlaka, ki sega pod progo.

Zelo je pomembno, da se ob manjšanju razdalje med zankama pojavi prirastek k privlačni sili.Zato je pomembno oz. nezaželjeno, da zanki prideta v stik.To zahteva, da uporabimo dodaten sistem, ki nadzoruje razdaljo med zankama in ustrezno prilagaja moč magnetnega polja.Ta sekundarni sistem pa obenem zagotavlja večje udobje med vožnjo.




Izpeljava formul je enaka kot pri prvem sistemu, le da upoštevamo različne nastavitve (V prvem primeru je zanka vlaka nad progo, v drugem primeru pa pod progo).