Kereta levitasi magnetik. Kereta levitasi magnetik Kereta magnet DIY

Apakah kereta levitasi magnetik merupakan transportasi masa depan? Bagaimana cara kerja kereta levitasi magnetik?

Lebih dari dua ratus tahun telah berlalu sejak umat manusia menemukan lokomotif uap pertama. Namun angkutan darat kereta api, angkutan penumpang dan barang berat dengan menggunakan tenaga listrik dan solar, masih sangat umum.

Patut dikatakan bahwa selama ini para insinyur dan penemu telah secara aktif berupaya menciptakan metode pergerakan alternatif. Hasil kerja mereka adalah kereta levitasi magnetik.

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. Ini diluncurkan pada tahun 1971. Kereta maglev pertama, bernama Transrapid-02, melewati jalur magnet.

Fakta menarik adalah bahwa para insinyur Jerman memproduksi 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. Ia bisa bergerak dengan kecepatan maksimum 90 kilometer per jam. Kapasitasnya juga rendah – hanya empat orang.

Pada tahun 1979, model maglev yang lebih canggih diciptakan. Kereta api bernama Transrapid-05 ini sudah mampu mengangkut enam puluh delapan penumpang. Ia bergerak sepanjang garis yang terletak di kota Hamburg yang panjangnya 908 meter. Kecepatan maksimum yang dikembangkan kereta ini adalah tujuh puluh lima kilometer per jam.

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

Daya saing

Kecepatan yang dicapai kereta levitasi magnetik dapat dibandingkan dengan kecepatan pesawat terbang. 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 medan magnet yang diciptakan untuk maglev dapat berdampak buruk pada tubuh manusia, yang akan berdampak buruk pada kesehatan pengemudi dan penduduk di daerah yang dekat dengan rute tersebut.

Prinsip operasi

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

Suspensi elektromagnetik

Teknologi ini disebut EMS. Intinya adalah kekuatan medan elektromagnetik, 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.

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 yang dihasilkan arus bolak-balik. 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. Kereta levitasi magnetik Jepang JR-Maglev dibangun atas dasar itu.

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. Dengan demikian, gaya yang cukup untuk membuat kereta melayang 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 versi EDS magnet permanen, yang tidak memerlukan energi untuk diaktifkan. 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 mendapatkan implementasi praktis. Hal ini dijelaskan harga tinggi susunan yang terbuat dari magnet permanen.

Keuntungan maglev

Aspek paling menarik dari kereta levitasi magnetik adalah prospeknya mencapai kecepatan tinggi, yang memungkinkan maglev bersaing bahkan dengan pesawat jet di masa depan. Jenis transportasi ini 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.

Implementasi proyek di Berlin

Kereta levitasi magnetik, maglev - jenis transportasi darat tercepat transportasi umum. 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.

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, rolling stock sistem transportasi monorel Moskow, yang dibangun pada tahun 2004, menggunakan motor linier asinkron untuk pergerakannya - 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 menyediakan layanan transportasi penumpang, Transrapid 05, muncul. Jalur uji sepanjang 908 m dibangun di Hamburg dan dipresentasikan selama pameran IVA 79 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 jalur hanya 600 m, dan ketinggian kereta api dengan motor asinkron linier di atas permukaan jalan adalah 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 terdapat 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. Apalagi penerapan praktis sistem ini sangat mirip dengan pengoperasian konvensional transportasi kereta api. 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 Teknologi EMS - jarak antara magnet pendukung dan stator, yaitu 15 milimeter dan harus dikontrol dan disesuaikan secara 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. Pada umumnya, sistem motor yang terpasang pada kanvas adalah stator biasa (bagian stasioner dari motor listrik linier) yang 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. Mengubah kekuatan dan frekuensi arus bolak-balik memungkinkan Anda mengatur traksi dan kecepatan kereta. Untuk memperlambatnya, Anda hanya perlu mengubah arah medan magnet.

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 roda yang dapat beroperasi pada kecepatan rendah (sampai 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 bahwa pada kecepatan rendah, gaya gesekan muncul di bagian depan dan belakang magnet tolak-menolak di 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 susunan magnet permanen seperti itu sangat tinggi, itulah sebabnya belum ada satu pun proyek komersial semacam ini yang ada.

Buku Rekor Guinness

Saat ini, peringkat pertama dalam daftar kereta levitasi magnetik tercepat ditempati oleh solusi Jepang JR-Maglev MLX01, yang pada tanggal 2 Desember 2003 berhasil mencapai rekor kecepatan 581 km/jam di jalur uji di Yamanashi . 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, dibuat oleh perusahaan Jerman Transrapid dan ditugaskan pada 1 Januari 2004. Jalur kereta maglev ini menghubungkan Stasiun Shanghai Longyang Lu dengan Bandara Internasional Pudong. Jarak totalnya 30 km, kereta menempuhnya dalam waktu kurang lebih 7,5 menit, dengan kecepatan 431 km/jam.

Jalur kereta api maglev lainnya berhasil beroperasi di kota Daejeon, Korea Selatan. UTM-02 tersedia untuk penumpang pada 21 April 2008, dan pengembangan dan pembuatannya memakan waktu 14 tahun. Jalur kereta 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-majalah populer menyebut kereta levitasi magnetik sebagai transportasi revolusioner, dan peluncuran proyek baru dari sistem semacam itu dilaporkan dengan keteraturan yang patut ditiru baik oleh perusahaan swasta maupun pihak berwenang dari seluruh dunia. Namun, sebagian besar diantaranya proyek-proyek megah 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. Namun 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-proyek yang bertujuan menciptakan kecepatan tinggi Jalan Kereta(VSM). 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 berukuran besar di dalam tangki berisi cairan yang sangat dingin sangatlah mahal, karena “lemari es” yang besar diperlukan untuk mempertahankan suhu yang diinginkan, sehingga semakin meningkatkan biayanya.

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 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.

Magnetoplane atau Maglev (dari bahasa Inggris magnetic levitation) adalah kereta api dengan suspensi magnetis, digerakkan dan dikendalikan oleh gaya magnet. Kereta api seperti itu, tidak seperti kereta api tradisional, tidak menyentuh permukaan rel selama pergerakan. Karena terdapat celah antara kereta dan permukaan yang bergerak, gesekan dihilangkan, dan satu-satunya gaya pengereman adalah gaya tarik aerodinamis.

Kecepatan yang dicapai Maglev sebanding dengan kecepatan pesawat terbang dan memungkinkannya bersaing dengan komunikasi udara pada jarak pendek (untuk penerbangan) (hingga 1000 km). Meskipun gagasan transportasi semacam itu bukanlah hal baru, keterbatasan ekonomi dan teknis telah menghalangi pengembangannya sepenuhnya: teknologi ini hanya beberapa kali diterapkan untuk kepentingan umum. Saat ini Maglev tidak dapat menggunakan infrastruktur transportasi yang ada, meskipun ada proyek dengan lokasi elemen jalan magnetis di antara rel kereta api konvensional atau di bawah jalan raya.

Saat ini, ada 3 teknologi utama suspensi magnetik kereta api:

1. Pada magnet superkonduktor (suspensi elektrodinamik, EDS).

“Kereta api masa depan” yang dibuat di Jerman sebelumnya telah menimbulkan protes dari warga Shanghai. Namun kali ini pihak berwenang, yang takut dengan demonstrasi yang mengancam akan menimbulkan kerusuhan besar, berjanji akan menangani kereta tersebut. Untuk menghentikan demonstrasi pada waktu yang tepat, para pejabat bahkan menggantungkan kamera video di tempat-tempat yang paling sering terjadi protes massal. Massa Tiongkok sangat terorganisir dan mobile, dapat berkumpul dalam hitungan detik dan berubah menjadi demonstrasi dengan slogan-slogan.

Ini adalah demonstrasi rakyat terbesar di Shanghai sejak demonstrasi anti-Jepang pada tahun 2005. Ini bukan protes pertama yang dipicu oleh kekhawatiran Tiongkok terhadap memburuknya lingkungan. Musim panas lalu, ribuan demonstran memaksa pemerintah menunda pembangunan kompleks kimia tersebut.

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 yang 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 menggerakkan kereta (motor linier).

3. Prinsip pengoperasian

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

fenomena dan hukum induksi elektromagnetik 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 konduktif akan membangkitkan arus listrik di sirkuit ini meskipun tidak ada sumber listrik di sirkuit. Pertanyaan tentang arah arus induksi, yang dibiarkan terbuka oleh Faraday, segera terpecahkan 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). Saat kereta bergerak, fluks magnet yang melewati kontur lintasan terus berubah dan kuat arus yang diinduksi, menciptakan medan magnet yang kuat yang menolak suspensi magnetik kereta (mirip dengan bagaimana gaya tolak-menolak muncul antara sirkuit 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, bahkan, 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 mengerem atau mengemudi arah sebaliknya, medan magnet mengubah 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 angkutan darat kereta api, angkutan penumpang dan barang berat dengan menggunakan tenaga listrik dan solar, masih sangat umum.

Patut dikatakan bahwa selama ini para insinyur dan penemu telah secara aktif berupaya menciptakan metode pergerakan alternatif. Hasil kerja mereka adalah kereta levitasi magnetik.

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 Republik Federal Jerman, yang seharusnya dilalui kendaraan baru, 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 memproduksi 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. Ia bisa bergerak dengan kecepatan maksimum 90 kilometer per jam. Kapasitasnya juga rendah – hanya empat orang.

Pada tahun 1979, model maglev yang lebih canggih diciptakan. Kereta api bernama Transrapid-05 ini sudah mampu mengangkut enam puluh delapan penumpang. Ia bergerak sepanjang garis yang terletak di kota Hamburg yang panjangnya 908 meter. Kecepatan maksimum yang dikembangkan kereta ini adalah tujuh puluh lima kilometer per jam.

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

Daya saing

Kecepatan yang dicapai kereta levitasi magnetik dapat dibandingkan dengan kecepatan pesawat terbang. 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 medan magnet yang diciptakan untuk maglev dapat berdampak buruk pada tubuh manusia, yang akan berdampak buruk pada kesehatan pengemudi dan penduduk di daerah yang dekat dengan rute 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 sistemnya mirip dengan perkeretaapian konvensional. 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 ini bergantung pada banyak faktor, termasuk sifat interaksi elektromagnetik yang tidak stabil. Untuk menghindari kereta berhenti mendadak, dipasang baterai khusus di atasnya. Mereka mampu mengisi ulang generator linier yang terpasang pada magnet pendukung, 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. Kereta levitasi magnetik Jepang JR-Maglev dibangun atas dasar itu.

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. Dengan demikian, gaya yang cukup untuk membuat kereta melayang 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 mendapatkan implementasi praktis. Hal ini dijelaskan oleh tingginya biaya susunan magnet permanen.

Keuntungan maglev

Aspek paling menarik dari kereta levitasi magnetik adalah prospeknya mencapai kecepatan tinggi, yang memungkinkan maglev bersaing bahkan dengan pesawat jet di masa depan. Jenis transportasi ini 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 yang dipertimbangkan memerlukan sistem lintasan yang kompleks dan instrumen ultra-presisi yang mengontrol jarak antara permukaan jalan dan magnet.

Implementasi proyek 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 musim gugur tembok Berlin 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.

Jalan tersebut beroperasi selama sepuluh tahun dan ditutup karena banyaknya keluhan penumpang mengenai ketidaknyamanan yang ada. Selanjutnya, angkutan monorel menggantikan maglev di ruas ini.

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 lokasi 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.

Av. Lyudmila Frolova 19 Januari 2015 http://fb.ru/article/165360/po...

Kereta magnetoplane Jepang kembali memecahkan rekor kecepatan

Kereta tersebut akan menempuh jarak 280 kilometer hanya dalam waktu 40 menit.

Kereta levitasi magnetik Jepang, atau maglev, telah memecahkan rekor kecepatannya sendiri, mencapai 603 km/jam selama pengujian di dekat Fuji.

Rekor sebelumnya - 590 km/jam - dibuatnya minggu lalu.

JR Central, pemilik kereta tersebut, menargetkan rute Tokyo-Nagoya pada tahun 2027.

Kereta tersebut akan menempuh jarak 280 kilometer hanya dalam waktu 40 menit.

Pada saat yang sama, menurut manajemen perusahaan, mereka tidak akan mengangkut penumpang dengan kecepatan maksimum: akselerasinya “hanya” hingga 505 km/jam. Namun kecepatan ini juga jauh lebih tinggi dibandingkan kecepatan kereta tercepat Jepang saat ini, Shinkansen, yang menempuh jarak 320 km dalam satu jam.

Penumpang tidak akan diperlihatkan rekor kecepatannya, namun lebih dari 500 km/jam sudah cukup bagi mereka

Biaya pembangunan jalan tol ke Nagoya akan mencapai hampir $100 miliar, karena lebih dari 80% rutenya akan melalui terowongan.

Pada tahun 2045, kereta Maglev diperkirakan dapat melakukan perjalanan dari Tokyo ke Osaka hanya dalam waktu satu jam, sehingga mengurangi setengah waktu perjalanan.

Sekitar 200 peminat berkumpul untuk menyaksikan uji coba kereta peluru tersebut.

“Saya merinding, saya sangat ingin naik kereta ini,” kata salah satu penonton kepada televisi NHK. “Sepertinya halaman sejarah baru telah terbuka bagi saya.”

“Semakin cepat kereta melaju, semakin stabil keretanya, jadi menurut saya kualitas perjalanannya meningkat,” kata Yasukazu Endo, kepala penelitian di JR Central.

Kereta baru akan diluncurkan pada rute Tokyo-Nagoya pada tahun 2027

Jepang telah lama memiliki jaringan jalan berkecepatan tinggi di atas rel baja yang disebut Shinkansen. Namun, berinvestasi di teknologi baru kereta magnetic levitation, pihak Jepang berharap bisa mengekspornya ke luar negeri.

Dalam kunjungannya ke Amerika Serikat, Perdana Menteri Jepang Shinzo Abe diperkirakan akan menawarkan bantuan dalam pembangunan jalan raya berkecepatan tinggi antara New York dan Washington.

Untuk postingan lain dalam seri "Transportasi Kecepatan Tinggi Tingkat Lanjut" dan "Transportasi Lokal Tingkat Lanjut" lihat:

"Kereta" vakum supersonik - Hyperloop. Dari seri "Transportasi berkecepatan tinggi tingkat lanjut".

Seri “Transportasi Lokal yang Menjanjikan”. Kereta listrik baru EP2D

Bonus videonya