Manyetik nehir - Magnetic river

Manyetik nehir bir elektrodinamik manyetik kaldırma (maglev) sistemi Fredrick Eastham tarafından tasarlanmış ve Eric Laithwaite 1974'te. AC üzerinde ince bir iletken plakadan oluşur. lineer asenkron motor. Enine akı ve geometri nedeniyle, bu ona kaldırma, stabilite ve itme sağlar ve nispeten verimli olur. İsim, bir nehirdeki su akışına benzer şekilde hareket eden uzunlamasına eksen boyunca stabilite sağlayan eylemi ifade eder.

Doğrusal motorlar

US DoT'nin LIMTV'si "sandviç motor" tasarımlarının tipik bir örneğidir.

Bir lineer asenkron motor (LIM) esasen geleneksel bir endüksiyon motoru birincil "açılmış" ve düz bir şekilde yerleştirilmiş. Normalde bir tür bir şekle sarılan bir dizi iletkenden oluşan rotor, manyetik olarak duyarlı bir metal levha ile değiştirilir. İyi iletkenlik-ağırlık oranı nedeniyle, bu "stator plakası" için neredeyse her zaman alüminyum kullanılır. Primerlere akım verildiğinde, stator plakasında, plakadan uzağa ve plak boyunca kuvvetler oluşturan bir manyetik alan oluştururlar.[1]

Doğrusal hareket üretmek için bu kuvvetleri kullanmanın en basit yolu, tek bir stator plakasının her iki tarafına bu tür iki motor yerleştirmektir. Bu şekilde, bir motordan gelen kaldırma kuvvetleri diğerinin zıttıdır ve iki motorun birbirine kenetlenmesi, net yanal kuvvetin olmamasıyla sonuçlanır (bu, kelepçenin geriliminde bulunur). Bu, normalde dikey bir stator plakasının üzerine asılan C-şekilli bir cihazda düzenlenir. Bu tür düzenlemeler, genellikle araç tabanının ortasındaki bir yuvadan geçen, 1960'lardan kalma birçok öncü transit sisteminde yaygın olarak görülebilir.[1]

1960'ların sonunda, bu "sandviç motor" düzenlemesinde ölümcül bir kusur keşfedildi. Stator plakası, kilometrelerce uzunlukta olduğu için tek bir dökümden yapılamaz. Bunun yerine, daha sonra birbirine kaynak yapılan birçok küçük plakadan yapılır. Bu kaynakların mukavemeti levhanın kendisinden çok daha küçüktür ve soğuk havalarda kırılmaya eğilimlidir. Araç geçerken, motor ile stator arasındaki herhangi bir yanlış hizalama, plakayı motorun merkezine geri iten muazzam kuvvetlerin üretilmesine neden olur. Bu kuvvetler, plakalar arasındaki kaynakları kırmaya veya basitçe onları deforme etmeye yetecek kadar büyük olabilir. Bu durumda, takip eden araçtaki bir motor, feci bir şekilde plakaya çarpabilir.[2]

Tek taraflı LIM

1967'den başlayarak sandviç motorda bulunan sorunları ele almak Eric Laithwaite ve ekibi Imperial College London tek taraflı LIM düzenlemeleri denemeye başladı. Bu düzenlemede, statorun "uzak tarafında" tam bir akı yolu yaratmak için başka bir sistemin kullanılmasını gerektiren karşılık gelen bir manyetik alan seti yoktur.[3]

Ekip başlangıçta, tıpkı bir trafo çekirdek. Akı düzenlemesinin boyutu ve dolayısıyla gerekli demir plakaların boyutu, araç hızının, güç frekansının ve mıknatısların boyutunun bir fonksiyonuydu. Mıknatısların boyutu, içlerindeki güç dağılımının bir fonksiyonudur ve bu nedenle, herhangi bir araç tipi için sabit bir boyuttadır; Daha yüksek hızlı araçlarda kullanılan daha yüksek güç seviyeleri için daha büyük mıknatıslara ihtiyaç vardır. Bu nedenle, tek gerçek değişken güç kaynağının frekansıdır. O zamanlar, verimli yüksek güçlü frekans dönüşümü pahalı ve ağırdı, bu nedenle standart 50 Hz şebeke gücü kullanmak tek pratik sistemdi. Bu girdiler göz önünde bulundurulduğunda, tek taraflı bir LIM yaklaşık 30 cm derinliğinde akı "göbeği" talep etti ve bu da rayların maliyetine muazzam bir katkı sağlayacaktır.[4]

Manyetik Nehir

Şubat 1969'da Laithwaite'in ekibi, yüksek hızlı kullanım için tek taraflı LIM'in pratikliğini artıran bir atılım yaptı. Motorun araca monteli rotor tarafını 90 derece döndürerek, böylece raylar boyunca değil, raylar boyunca "hizalanmış" akının tüm stator plakasına yayıldığını ve böylece derinlikle ilgili sorunları ortadan kaldırdığını fark ettiler . Bir kez daha, basit bir ince alüminyum levha, uygun bir stator levhası görevi görecektir. Laithwaite'in daha sonra belirttiği gibi, bu tasarımı en başından dikkate almamak için hiçbir neden yoktu, LIM'in geliştirilmesi sırasında, primerleri stator ile aynı şekilde "hizalanmış" olan döner elektrik motorlarından ortaya çıkmamıştı. önceki LIM'ler.[5] Bu yeni düzenlemeler şu şekilde biliniyordu: Travers Flux Makineleriveya TFMs.[4]

TFM'nin geliştirilmesi sırasında, Maglev araçlar önemli bir araştırma alanıydı, özellikle Almanya. Laithwaite her zaman bu tasarımlarla ilgilenmiş ve kendi versiyonlarını geliştirmek için biraz çaba sarf etmiştir. Çoğu maglev sistemi, kaldırma sağlamak için bir dizi mıknatıs ve ray boyunca yan yana kılavuzluk sağlamak için ayrı setler kullandı. Tüm bu tasarımların kararlılıkla ilgili önemli sorunları vardı ve sürüşü sürdürmek için elektronik sistemler gerekliydi. Laithwaite, kaldırma için çekici güçler kullanan herhangi bir tasarım için oldukça eleştireldi ve doğal olarak kararlı olan itici bir sistemin daha iyi bir tasarım olacağını hissetti.

Laithwaite, bir akı plakasının her iki tarafına yerleştirilmiş iki uzun iletken kullanarak itici tabanlı bir maglev geliştirdi. İletkenler, plakanın üstünden uçtan aşağı doğru indi, 180 derece büküldü ve sonra plakanın üst kısmı boyunca geri koşarak uzun bir U şekli oluşturdu. Tel ilmeklerinden geçen akım, ilmeklerin üzerinde itici ve aralarındaki alanda çekici olan manyetik alanlara neden oldu. Bu, motorun stator plakasına göre merkezsiz hale gelmesi durumunda doğal olarak onu merkeze geri çeken bir kuvvet hissedeceği anlamına geliyordu. Bu yaklaşımın tek dezavantajı, uygun hizalamadaki aracın hem çekici hem de itici kuvvetleri hissetmesidir, bu da gerekli kaldırma miktarını sağlamak için daha fazla enerjiye ihtiyaç duyulmasıdır. Sistem itme gücü sağlamadı, sadece kaldırma sağladı, bu nedenle ekip iki kaldırma bobini arasına ince bir LIM yerleştirmeyi önerdi.[6]

Tom Fellows of the Paletli Hovercraft ekibi Laithwaite'e yaklaşan model için bir maglev sistemi modeli oluşturmak için başvurdu. Transpo '72 Fuar. İtici tasarımı kullanarak, modelin çok geniş bir motor gerektirdiğini keşfetti, sadece 9 m uzunluğunda olacak bir parkur için yaklaşık 25 cm, bu yüzden Laithwaite sistem boyutunu küçültmenin yollarını incelemeye başladı. Erken bir değişiklik, iletkenleri motorun tepesinde uzanmaktan, akı plakasının altında döngünün yarısına sahip olacak şekilde hareket ettirmekti. Bunun, birisi yanlışlıkla asansör iletkenlerini "yanlış yoldan" bağlayıp akımın iki döngüde aynı yönde akmasına kadar sistemin kararsız hale gelmesine neden olduğu bulundu. Bu hemen sistemin stabilize olmasına neden oldu.[6]

Laithwaite, modeli inşa etmesi için bir mühendislik firması tuttuğunda, 9 m uzunluğundaki bir demir levha yığınının ABD'ye olan yolculuktan sağ çıkma ihtimalinin çok düşük olduğunu belirttiler. Problemi göz önünde bulunduran Fredrick Eastham, pisti her biri kendi kaldırma döngülerine sahip birden fazla bölüme ayırmayı düşündü. Bu, bir transformatör çekirdeğinin ½'sine benzer şekilde içlerinde bir akı oluşturan ilmekli tel bulunan bir dizi U-şekilli demir çekirdek kullanan bir tasarıma yol açtı. Bu düzenleme denendiğinde, U'nun her iki kolundan da kaldırma sağlayarak iki sıra kaldırma bobini ihtiyacını ortadan kaldırdığı görülmüştür. Son olarak, U'ları 3 fazlı bir güç kaynağına bağlayarak itme kuvveti oluşturuldu. Bu manyetik nehirdi.[6]

Açıklama

Elektrik akımı yoğunluğu ile renklendirilmiş Manyetik Nehir Kesitinin FEMM simülasyonu

Manyetik nehirde iletken plaka, altındaki mıknatıslara göre kritik bir genişliktir.

Doğrusal motor için mıknatıs sırasının her biri iki kutba sahiptir, kutuplar U-şekilli çekirdeklerle "nehre" enine yerleştirilmiş ve bir AC akımıyla uyarılmıştır.

Enerji verildiğinde mıknatıslar, plakayı kesen salınımlı bir enine alan üretir. Plaka daha sonra her bir kutbun üzerinde bir tane olmak üzere iki girdap akımı üretir.

Bununla birlikte, kenar, dairesel akıma müdahale ettiği için her iki taraftaki girdap akımının boyutunu azaltır. Plakayı yana doğru hareket ettirmek, kenar daha az müdahale ettiğinden bir taraftaki akımı artırır ve bu, o tarafı daha yükseğe iter. Plaka aynı zamanda akımlar tarafından yanal olarak merkeze doğru çekilerek yanal hareket stabilize edilir.

Bu stabilizasyon, yalnızca plakanın çok geniş veya çok dar olmaması ve ayrıca bir şekilde kaldırma yüksekliğine bağlı olması koşuluyla çalışır, plakanın daha yüksek kaldırmalarda daha geniş olması gerekir.

Referanslar

  1. ^ a b Laithwaite 1973, s. 802.
  2. ^ Laithwaite 1973, s. 802-803.
  3. ^ Laithwaite 1973, s. 803.
  4. ^ a b Laithwaite 1973, s. 804.
  5. ^ Laithwaite 1973, s. 805.
  6. ^ a b c Curtis 1973, s. 805.
  • Laithwaite, Eric (28 Haziran 1973), "Yüksek hızlı araçlar için doğrusal motorlar", Yeni Bilim Adamı, s. 802–805
  • Curtis, Anthony (28 Haziran 1973), "Manyetik nehir karışımları kaldırma ve itme", Yeni Bilim Adamı, s. 805

Dış bağlantılar