Dr. Liu, Universidad Nacional de Tecnología de Defensa
El tren maglev se compone principalmente de tres partes: el sistema de suspensión, el sistema de propulsión y el sistema de guía, como se muestra en la Figura 3. . Aunque se encuentran disponibles sistemas de propulsión magnéticamente independientes, en la mayoría de los diseños actuales las funciones de estas tres partes se realizan mediante magnetismo. La siguiente es una introducción a las tecnologías utilizadas en estas tres partes.
Sistema de suspensión: el diseño actual del sistema de suspensión se puede dividir en dos direcciones, a saber, el tipo de conducción normal utilizado en Alemania y el tipo ultra- Tipo de alta velocidad utilizado en Japón. En términos de tecnología de suspensión, se trata del sistema de suspensión electromagnética (EMS) y del sistema de suspensión eléctrica (EDS). La Figura 4 muestra las diferencias estructurales entre los dos sistemas.
El sistema de levitación electromagnética (EMS) es un sistema de levitación por succión que combina electroimanes en la locomotora y vías ferromagnéticas en los rieles guía para atraerse entre sí y crear levitación. Cuando funciona un tren maglev normalmente guiado, primero se ajusta la atracción electromagnética de la suspensión y los electroimanes guía en la parte inferior del vehículo, y los imanes reaccionan con los devanados a ambos lados de la vía terrestre para levitar el tren. Bajo la reacción del electroimán guía en la parte inferior del vehículo y el imán de la vía, la rueda y la vía se mantienen a una cierta distancia lateral, logrando un soporte sin contacto y una guía sin contacto de la vía de la rueda en las direcciones horizontal y vertical. La distancia de flotación entre el vehículo y la vía es de 10 mm, lo que está garantizado por un sistema de ajuste electrónico de alta precisión. Además, dado que la levitación y la guía son en realidad independientes de la velocidad de marcha del tren, el tren aún puede entrar en estado de levitación incluso cuando está detenido.
Los sistemas de levitación eléctrica (EDS) utilizan imanes en locomotoras en movimiento para generar corriente eléctrica en los rieles guía. A medida que disminuye el espacio entre la locomotora y el riel guía, la fuerza de repulsión electromagnética aumenta y la fuerza de repulsión electromagnética resultante proporciona soporte y guía estables para la locomotora. Sin embargo, la locomotora debe estar equipada con un dispositivo similar a una rueda para sostenerla eficazmente durante el "despegue" y el "aterrizaje" porque el EDS no puede mantener la levitación a velocidades de la locomotora inferiores a aproximadamente 25 mph. Los sistemas EDS han logrado un mayor desarrollo con tecnología superconductora de baja temperatura.
La característica más importante del tren maglev superconductor es la completa conductividad y el completo diamagnetismo de sus elementos superconductores a temperaturas muy bajas. Los imanes superconductores están compuestos por bobinas superconductoras hechas de materiales superconductores. No solo tienen una resistencia a la corriente nula, sino que también pueden conducir corrientes potentes que simplemente no tienen comparación con los cables comunes. Esta característica les permite convertirse en electroimanes potentes y de tamaño pequeño.
Los vehículos de los trenes maglev superconductores están equipados con imanes superconductores a bordo y constituyen equipos integrados de energía de inducción. Los devanados de accionamiento y los devanados de guía de suspensión del tren están instalados en ambos lados de los rieles de guía de tierra. Equipo integrado de potencia de inducción en el vehículo. Consta de tres partes: devanado integrado de potencia, imán superconductor integrado de potencia de inducción e imán superconductor guiado suspendido. Cuando se proporciona una corriente alterna trifásica con una frecuencia consistente con la velocidad del vehículo a los devanados de accionamiento en ambos lados de la vía, se generará un campo electromagnético en movimiento, generando así ondas magnéticas en el carril guía del tren. Al mismo tiempo, el imán superconductor a bordo del tren se verá afectado por un El empuje sincronizado con el campo magnético en movimiento es lo que impulsa el tren hacia adelante. El principio es como el surf, donde el surfista se para en la cima de la ola y es impulsado hacia adelante por la ola. De manera similar a los problemas que enfrentan los surfistas, los trenes maglev superconductores también tienen que lidiar con el problema de cómo controlar con precisión el movimiento máximo de las ondas electromagnéticas en movimiento. Para ello, se instalan instrumentos de alta precisión para detectar la posición de los vehículos en los carriles guía del suelo. El modo de suministro de corriente alterna trifásica se ajusta en función de la información de los detectores y la forma de onda electromagnética se controla con precisión para que El tren puede funcionar bien.
Sistema de propulsión: El accionamiento del tren maglev utiliza el principio de motor lineal síncrono. La bobina del electroimán de soporte en la parte inferior del vehículo actúa como la bobina de excitación del motor lineal síncrono. El devanado de campo magnético móvil trifásico en el interior de la pista de tierra actúa como armadura, que es como el devanado largo del estator. del motor lineal síncrono. A partir del principio de funcionamiento del motor, podemos saber que cuando se alimenta la bobina del inducido como el estator, el rotor del motor es empujado para girar debido a la inducción electromagnética. De manera similar, cuando las subestaciones dispuestas a lo largo de la línea proporcionan potencia de modulación de frecuencia y amplitud trifásica a los devanados de accionamiento en el interior de la vía, el sistema de soporte de carga junto con el tren es empujado a un movimiento lineal como el "rotor" de un motor debido a la inducción electromagnética.
Por lo tanto, en estado suspendido, el tren puede realizar completamente tracción y frenado sin contacto.
En términos sencillos, la corriente alterna que fluye en las bobinas a ambos lados de la vía puede convertir las bobinas en electroimanes. Debido a su interacción con el electroimán superconductor del tren, el tren comienza a moverse. El tren avanza porque el electroimán (polo N) en la cabecera del tren es atraído por el electroimán (polo S) instalado en la vía más adelante, y al mismo tiempo es atraído por el electroimán (polo N) instalado más tarde. en la pista. ) rechazado. A medida que el tren avanza, la dirección de la corriente que fluye en la bobina se invierte. El resultado es que la bobina de polo S original ahora se ha convertido en una bobina de polo N, y viceversa. De esta forma, el tren puede seguir avanzando gracias a la conversión de polaridad electromagnética. Según la velocidad del vehículo, la frecuencia y el voltaje de la corriente alterna que fluye en la bobina se ajustan a través del convertidor de potencia.
Los sistemas de propulsión se pueden dividir en dos tipos. El sistema de propulsión de "estator largo" utiliza motores lineales enrollados alrededor de rieles guía como parte de potencia de los trenes maglev de alta velocidad. Es caro debido al alto coste de los carriles guía. El sistema de propulsión de "estator corto" utiliza motores de inducción lineales (LIM) envueltos sobre rieles pasivos. Aunque el sistema de estator corto reduce los costos del riel guía, el LIM es demasiado pesado y reduce la capacidad de carga útil del conjunto, lo que resulta en costos operativos más altos y un menor potencial de ingresos que el sistema de estator largo. El uso de sistemas de energía no magnéticos también aumentará el peso de la locomotora y reducirá la eficiencia operativa.
Sistema de guía: El sistema de guía es una fuerza que mide la dirección para garantizar que la locomotora suspendida pueda moverse en la dirección del riel guía. El empuje necesario es similar a la fuerza de levitación y también se puede dividir en atracción y repulsión. El mismo electroimán en el piso de la locomotora puede alimentar tanto el sistema de guía como el sistema de suspensión, o se pueden usar electroimanes de sistema de guía independientes.