Technologie de pointe de l’électromagnétique – Train Maglev
Résumé : Avec le développement de la science et de la technologie, la vie des gens a subi des changements bouleversants. En prenant le comportement comme exemple dans les nécessités fondamentales de la vie, depuis les temps anciens jusqu'à nos jours, nous avons connu des changements tels que la marche, l'équitation, la calèche, le train, la voiture, l'avion, etc. Ces dernières années, les trains maglev ont attiré l'attention du public en raison de leurs avantages en matière de vitesse élevée, de protection de l'environnement et d'économie d'énergie.
Points clés:
1. Qu'est-ce qu'un train maglev ?
2. Le principe du train maglev : a. Type de conduction constante.b. Le principe de répulsion des pôles électromagnétiques avec le même sexe c. Type à aimant permanent
3. Fondement technique du train maglev
4. Le train maglev national chinois
5. Avantages des trains maglev
Qu'est-ce qu'un train maglev ?
Le train maglev à grande vitesse est une invention technologique du 20e siècle et son principe n'est pas profond. Il utilise la propriété des aimants selon laquelle « le même sexe se repousse et les sexes opposés s'attirent », de sorte que l'aimant a la capacité de résister à la gravité, c'est-à-dire la « lévitation magnétique ». Les scientifiques appliquent le principe de « lévitation magnétique » au système de transport ferroviaire, qui fait que le train se détache complètement de la voie et flotte, devenant ainsi un train « sans roues » avec une vitesse de plusieurs centaines de kilomètres par heure. C'est ce qu'on appelle le « train maglev ».
Le principe du train maglev :
Le train Maglev est le produit du développement moderne de haute technologie. Le principe est d'utiliser la force électromagnétique pour compenser la gravité de la terre, et la traction est réalisée par le moteur linéaire, de sorte que le train soit suspendu sur la voie (l'écart de suspension est d'environ 1 cm). Sa recherche et sa fabrication impliquent de nombreuses disciplines telles que le contrôle automatique, la technologie de l'électronique de puissance, la technologie de propulsion linéaire, la conception et la fabrication mécaniques, la surveillance et le diagnostic des pannes, etc. La technologie est très complexe et constitue un symbole important de la science et technologie d'un pays. force et niveau industriel. Comparé aux trains roues-rail ordinaires, il est peu bruyant et possède la première ligne d'exploitation de démonstration de train maglev au monde - le train Shanghai Maglev. Une fois terminé, de la gare routière de Pudong Longyang à l'aéroport international de Pudong, cela ne prendra que 6-6 kilomètres pour plus de 30 kilomètres. 7 minutes. Avec les caractéristiques d'absence de pollution, de sécurité, de confort, de vitesse élevée et de rendement élevé, il a la réputation d'« avion à altitude zéro ». Il s'agit d'un nouveau type de transport doté de larges perspectives, particulièrement adapté au transport ferroviaire urbain. Les trains Maglev sont généralement divisés en type répulsif et type d'aspiration selon différentes méthodes de lévitation, et peuvent être divisés en vitesse élevée et vitesse moyenne et faible en fonction de la vitesse de fonctionnement.
"Rester à l'écart" est l'état de fonctionnement de base du train maglev. Les trains Maglev utilisent la force électromagnétique pour contrecarrer l’attraction gravitationnelle de la Terre, permettant ainsi au train de léviter sur la voie. Pendant l'opération, la carrosserie et la voie sont dans un état de « proximité » et l'écart de sustentation magnétique est d'environ 1 cm, ce qui lui confère la réputation d'« avion à hauteur nulle ». Comparé aux trains roues-rail ordinaires, il présente les caractéristiques d'un faible bruit, d'une faible consommation d'énergie, d'une absence de pollution, de sécurité et de confort, d'une vitesse élevée et d'un rendement élevé, et est considéré comme un nouveau type de transport avec de larges perspectives. surtout dans ce
Les trains maglev à basse vitesse sont particulièrement adaptés au transport ferroviaire urbain en raison de leur petit rayon de braquage et de leur forte capacité de montée.
Les trains à grande vitesse maglev testés dans le monde sont les modèles suivants :
1. Type normalement conducteur (électromagnétique)
Grâce au principe des opposés électromagnétiques qui s'attirent, le véhicule est suspendu sur la voie d'environ 1 cm. Dès 1976, l'Allemagne a développé un véhicule expérimental à sustentation magnétique constante, représenté actuellement par le modèle allemand TR08 (ce modèle a été importé d'Allemagne à Shanghai), avec une vitesse maximale de 500 kilomètres par heure. Lors de sa visite en Allemagne en juin 2000, le premier ministre Zhu a essayé de monter à bord de ce train à grande vitesse sur la ligne d'essai de rotation de lunettes de 31,5- kilomètres à Emslant ( ). Dès 1992, l’Allemagne avait annoncé que la technologie était prête à être utilisée commercialement.
2. Utilisant le principe de répulsion polaire électromagnétique à très basse température, le véhicule est suspendu à environ 10 cm au-dessus de la piste. En 1962, le Japon a commencé à étudier la technologie des trains à grande vitesse supraconducteurs à maglev et, en 1989, une ligne d'essai de 18 4- kilomètres a été construite dans la préfecture de Yamanashi. Un record habité de 552 kilomètres par heure a été créé avec le véhicule MLX01. Le Premier ministre Zhu a essayé de monter ce type de train lors de sa visite au Japon en septembre 2000 et continue de le tester et de l'améliorer.
3. Type à aimant permanent
Également connu sous le nom d’avion maglev, il s’agit en fait d’un train à grande vitesse maglev à aimant permanent. C’est une création que les États-Unis étudient et testent. La hauteur de suspension est de 8-15 cm et la vitesse peut atteindre 550 kilomètres par heure. Parce qu'il y a des « ailes dentées » des deux côtés du train (semblables aux ailes d'un avion) et une « queue » à la queue pour l'équilibre, on l'appelle un avion à levage magnétique. Quatre sociétés de Chengdu, dans la province du Sichuan, ont créé une coentreprise avec l'American Commercial Bank, Feimei Magnetic Levitation High-speed Aircraft Co., Ltd., et ont conclu un accord de coopération intentionnel pour introduire la technologie américaine. Les deux parties ont financé conjointement la création d'une base de production et ont prévu de construire une ligne d'essai d'environ 2 kilomètres de long.
Le train maglev de Shanghai est un train maglev à « attraction magnétique à conduction constante » (appelé « conduction constante »). Il est conçu sur la base du principe « les contraires s’attirent ». Il s'agit d'un système de suspension par aspiration. Il utilise les électro-aimants de suspension installés sur les bogies de part et d'autre du train et les aimants posés sur la voie. La force d'aspiration générée par le champ magnétique fait flotter le véhicule. . Des électro-aimants sont installés au bas du train et au sommet des bogies des deux côtés. Des plaques de réaction et des plaques d'acier à induction sont respectivement installées au-dessus du rail "I" et en dessous de la partie supérieure du bras pour contrôler le courant de l'électro-aimant afin qu'un espace de 1 cm soit maintenu entre l'électro-aimant et la piste. , laissez l'attraction entre le bogie et le train et la gravité du train s'équilibrer, et utilisez l'attraction magnétique pour faire flotter le train d'environ 1 cm, de sorte que le train soit suspendu sur la voie. Celui-ci doit contrôler avec précision le courant arrivant à l'électro-aimant.
Le principe d'entraînement du train de suspension est exactement le même que celui du moteur linéaire synchrone. En termes simples, le courant alternatif circulant dans la bobine située des deux côtés de la voie peut transformer la bobine en électro-aimant, et le train démarrera grâce à son interaction avec l'électro-aimant du train.
Le pôle N de l'électro-aimant en tête du train est attiré par le pôle S de l'électro-aimant installé sur la voie un peu en avant, et est repoussé par le pôle N de l'électro-aimant installé sur la voie un peu plus tard. Lorsque le train avance, la direction du courant circulant dans la bobine est inversée, c'est-à-dire que le pôle S d'origine devient le pôle N et le pôle N devient le pôle S. Le cycle alterne et le train avance.
La stabilité est contrôlée par un système de guidage. Le système de guidage « aspiration magnétique à conduction normale » consiste à installer un groupe d'électroaimants spécialement utilisés pour le guidage sur le côté du train. Lorsque le train dévie à gauche et à droite, l'électro-aimant de guidage du train
Interagit avec le côté du rail de guidage pour créer une force répulsive qui ramène le véhicule à sa position normale. Lorsque le train circule dans une courbe ou une rampe, le système de contrôle contrôle le courant dans l'aimant de guidage pour atteindre l'objectif de contrôle du fonctionnement.
L'idée du train maglev à « conduction normale » a été proposée par l'ingénieur allemand Hermann Kemper en 1922. Le principe de fonctionnement du train maglev à « conduction normale », la voie et le moteur sont exactement les mêmes. Disposez simplement le "rotor" du moteur sur le train et posez le "stator" du moteur sur la voie. Grâce à l'interaction entre le « rotor » et le « stator », l'énergie électrique est convertie en énergie cinétique directe. Nous savons que lorsque le « stator » du moteur est alimenté, le « rotor » peut être entraîné en rotation par induction électromagnétique. Lorsque la puissance est transmise au « stator » de la voie, le train est poussé à se déplacer en ligne droite tout comme le « rotor » du moteur par induction électromagnétique. La base technique du train maglev :
Le train maglev est principalement composé de trois parties : le système de suspension, le système de propulsion et le système de guidage, comme le montre la figure
3. Dans la grande majorité des conceptions actuelles, les trois fonctions sont assurées par des aimants, bien qu'un système de propulsion indépendant du magnétisme puisse être utilisé. Les technologies utilisées dans ces trois parties sont présentées respectivement ci-dessous.
Système de suspension : À l'heure actuelle, la conception du système de suspension peut être divisée en deux directions, à savoir le type à conduction normale adopté par l'Allemagne et le type supraconducteur adopté par le Japon. En termes de technologie de lévitation, il s'agit du système de lévitation électromagnétique (EMS) et du système de lévitation électrique (EDS). La figure 4 montre les différences structurelles des deux systèmes. Le système de lévitation électromagnétique (EMS) est un système de lévitation par aspiration, dans lequel l'électro-aimant de la locomotive et la piste ferromagnétique du rail de guidage s'attirent mutuellement pour produire une lévitation. Lorsque le train à sustentation magnétique conventionnel fonctionne, ajustez d'abord la suspension de la partie inférieure du véhicule et l'attraction électromagnétique de l'électro-aimant de guidage, et réagissez avec les enroulements des deux côtés de la voie au sol pour faire flotter le train. Sous la réaction de l'électro-aimant de guidage en partie inférieure du véhicule et de l'aimant de voie, la roue et la voie sont maintenues à une certaine distance latérale, et le support sans contact et le guidage sans contact de la roue-rail dans le les directions horizontales et verticales sont réalisées. L'écart de suspension entre le véhicule et la voie de circulation est de 10 mm, garanti par un système de réglage électronique de haute précision. De plus, étant donné que la suspension et le guidage n'ont en réalité aucune incidence sur la vitesse du train, le train peut toujours entrer dans l'état de suspension même en état de stationnement.
Les systèmes de suspension électrique (EDS) utilisent des aimants sur une locomotive en mouvement pour générer un courant électrique sur les rails. À mesure que l'écart entre la locomotive et le rail de guidage diminue, la répulsion électromagnétique augmente et la répulsion électromagnétique qui en résulte fournit un support et un guidage stables à la locomotive. Cependant, la locomotive doit être équipée de quelque chose comme des roues pour soutenir efficacement la locomotive pendant le « décollage » et « l'atterrissage », car l'EDS ne peut pas maintenir la suspension de la locomotive à des vitesses inférieures à environ 25 mph. Les systèmes EDS ont été développés davantage grâce à la technologie supraconductrice à basse température.
La principale caractéristique du train maglev supraconducteur est la conductivité complète et le diamagnétisme complet de ses composants supraconducteurs à une température relativement basse. Les aimants supraconducteurs sont composés de bobines supraconductrices constituées de matériaux supraconducteurs. Non seulement il a une résistance au courant nulle, mais il peut également conduire un courant puissant qui ne peut être comparé aux fils ordinaires. Cette fonctionnalité permet de réaliser des électro-aimants de petite taille et puissants. .
Le véhicule du train maglev supraconducteur est équipé d'aimants supraconducteurs embarqués et constitue un dispositif d'intégration de puissance par induction.
L'enroulement d'entraînement du train et l'enroulement de guidage de suspension sont installés des deux côtés du rail de guidage au sol. L'équipement d'intégration de puissance par induction sur le véhicule se compose d'un enroulement d'intégration de puissance, d'un supraconducteur d'intégration de puissance par induction
L'aimant de guidage se compose de trois parties. Lorsque le courant alternatif triphasé qui correspond à la fréquence de la vitesse du véhicule est fourni aux enroulements d'entraînement des deux côtés de la voie, un champ électromagnétique en mouvement sera généré, générant ainsi des ondes magnétiques sur le rail de guidage du train, et le L'aimant supraconducteur du train sera soumis à une poussée, synchronisée avec le champ magnétique en mouvement, qui propulse le train vers l'avant. Son principe est comme le surf, le surfeur se tient sur la crête de la vague et est poussé vers l'avant par la vague. À l’instar des problèmes rencontrés par les surfeurs, les trains supraconducteurs à sustentation magnétique doivent également résoudre le problème du contrôle précis du mouvement de pointe des ondes électromagnétiques en mouvement. À cette fin, un instrument de haute précision pour détecter la position du véhicule est installé sur le rail de guidage au sol, et le mode d'alimentation en courant alternatif triphasé est ajusté en fonction des informations du détecteur, et la forme d'onde électromagnétique est contrôlée avec précision. pour que le train puisse bien rouler.
Système de propulsion : L'entraînement du train maglev utilise le principe du moteur linéaire synchrone. La bobine de l'électroaimant supportant la partie inférieure du véhicule agit comme la bobine de champ d'un moteur linéaire synchrone, et l'enroulement d'entraînement du champ magnétique mobile triphasé à l'intérieur de la piste au sol agit comme une armature, qui agit comme le long enroulement du stator de un moteur linéaire synchrone. D'après le principe de fonctionnement du moteur, on peut savoir que lorsque la bobine d'induit en tant que stator est alimentée, le rotor du moteur est entraîné en rotation en raison de l'induction électromagnétique. De même, lorsque la sous-station disposée le long de la ligne fournit une alimentation triphasée FM et AM à l'enroulement d'entraînement à l'intérieur de la voie, le système de roulements ainsi que le train sont poussés pour se déplacer en ligne droite comme le « rotor » du moteur en raison de induction électromagnétique. Par conséquent, à l’état suspendu, le train peut réaliser complètement une traction et un freinage sans contact.
En termes simples, le courant alternatif circulant dans la bobine située des deux côtés de la piste peut transformer la bobine en électro-aimant. Grâce à son interaction avec l’électroaimant supraconducteur du train, il fait avancer le train. Le train avance car l'électro-aimant (pôle N) en tête du train est attiré par l'électro-aimant (pôle S) monté sur la voie un peu plus loin, et en même temps est attiré par l'électro-aimant (pôle N) sont rejetées. À mesure que le train avance, le sens du courant circulant dans les bobines s’inverse. Le résultat est que la bobine à pôle S d'origine est désormais une bobine à pôle N, et vice versa. De cette façon, le train peut continuer à avancer grâce à la commutation de la polarité électromagnétique. En fonction de la vitesse du véhicule, la fréquence et la tension du courant alternatif circulant dans la bobine sont ajustées par le convertisseur de puissance.
Train à sustentation magnétique intérieur chinois :
Le premier train maglev supraconducteur à haute température habité au monde développé par l'Université Jiaotong du Sud-Ouest en 2000
Les trains habités à température normale et à sustentation magnétique normale du « Siècle » et du « Futur » développés plus tard ont reçu une grande attention et une pleine affirmation de la part de Hu Jintao, de Jiang Zemin et d'autres dirigeants du parti et de l'État.
Selon certaines informations, dès 1994, l'Université Jiaotong du Sud-Ouest a développé avec succès le premier train maglev à basse vitesse de Chine capable de transporter des personnes, mais il a été exploité avec succès dans des conditions de laboratoire tout à fait idéales. En 2003, l'Université Jiaotong du Sud-Ouest a achevé la ligne de train maglev à Qingshan, Chengdu, Sichuan. La piste d'essai du maglev mesure 420 mètres de long. Il s'adresse principalement aux touristes et le prix du billet est inférieur à celui du taxi. La première ligne opérationnelle de démonstration de train maglev au monde - le train Shanghai Maglev, une fois achevée, il ne faudra que 6-7 minutes pour parcourir plus de 30 kilomètres de la gare routière de Pudong Longyang à l'aéroport international de Pudong.
Sur le principe de la sustentation magnétique
Train Maglev de Shanghai
Par rapport aux trains à grande vitesse actuels, les trains maglev présentent de nombreux avantages incomparables :
Parce que le train maglev circule sur la voie, il n'y a pas de contact réel entre le rail de guidage et la locomotive, et il devient un état « sans roue », il n'y a donc presque pas de friction entre la roue et le rail, et la vitesse est aussi élevée plusieurs centaines de kilomètres par heure ; la fiabilité du train maglev Il est grand, facile à entretenir et peu coûteux. Sa consommation d'énergie ne représente que la moitié de celle d'une voiture et le quart de celle d'un avion. Le bruit est faible. Lorsque la vitesse du train maglev atteint plus de 300 kilomètres par heure, le bruit n'est que de 656 décibels, ce qui équivaut seulement à une personne qui parle fort. , qui est plus petit que le bruit des voitures qui passent ; parce qu'il est alimenté par l'électricité, il n'émettra pas de gaz d'échappement le long de la voie et ne polluera pas. Il s'agit d'un véritable outil de transport vert.
Références : Principes de fonctionnement et caractéristiques structurelles des UEM à grande vitesse/Dong Ximing/China Railway Press ? 2007.12.1 ; Little Newton Science Museum--Trains à lévitation électrique et magnétique (quatrième série) Guizhou Education Press, 2011.12.9
