Río magnética es un electrodinámico levitación magnética sistema (maglev) diseñado por Fredrick Eastham y Eric Laithwaite en 1974. Se compone de una placa conductora fina sobre un AC lineal motor de inducción . Debido al flujo transversal y la geometría, esto le da sustentación, estabilidad y propulsión, además de ser relativamente [ vago ] eficiente. El nombre hace referencia a la acción que proporciona estabilidad a lo largo del eje longitudinal, que actúa de manera similar al flujo de agua en un río.
Motores lineales
Un motor de inducción lineal (LIM) es esencialmente un motor de inducción convencional con su principal "desenrollado" y dispuesto plano. El rotor, que normalmente consta de una serie de conductores enrollados en una forma de algún tipo, se reemplaza por una hoja de metal magnéticamente susceptible. Debido a su buena relación de conductancia a peso, el aluminio casi siempre se usa para esta "placa de estator". Cuando las primarias se alimentan de corriente, inducen un campo magnético en la placa del estator, que genera fuerzas que se alejan de la placa y a lo largo de ella. [1]
La forma más sencilla de utilizar estas fuerzas para producir un movimiento lineal es colocar dos de estos motores a cada lado de una sola placa de estator. De esa manera, las fuerzas de elevación de un motor son opuestas al otro, y sujetar los dos motores juntos da como resultado que no haya una fuerza lateral neta (está contenida en la tensión de la abrazadera). Normalmente se dispone en un dispositivo en forma de C que se cuelga sobre una placa de estator vertical. Los arreglos de este tipo se pueden ver comúnmente en muchos sistemas de tránsito pioneros de la década de 1960, que normalmente se ejecutan a través de una ranura en el medio del piso del vehículo. [1]
A fines de la década de 1960, se descubrió una falla fatal en esta disposición de "motor sándwich". La placa del estator no puede estar hecha de una sola pieza, ya que tiene kilómetros de largo. En cambio, está hecho de muchas placas más pequeñas que luego se sueldan entre sí. La resistencia de estas soldaduras es mucho menor que la propia placa y son propensas a romperse en climas fríos. Cuando el vehículo pasa, cualquier desalineación entre el motor y el estator genera enormes fuerzas que empujan la placa hacia el centro del motor. Estas fuerzas pueden ser lo suficientemente grandes como para romper las soldaduras entre las placas o simplemente deformarlas. En este caso, un motor en un vehículo siguiente puede golpear la placa, catastróficamente. [2]
LIM de una cara
Buscando abordar los problemas encontrados en el motor sándwich, a partir de 1967 Eric Laithwaite y su equipo en el Imperial College de Londres comenzaron a experimentar con arreglos LIM de un solo lado. En esta disposición no hay un conjunto correspondiente de campos magnéticos en el "lado lejano" del estator, lo que requiere que se utilice algún otro sistema para crear una trayectoria de flujo completa. [3]
El equipo consideró inicialmente pequeñas placas de hierro dulce, como las del núcleo de un transformador . El tamaño de la disposición del flujo, y por lo tanto el tamaño de las placas de hierro requeridas, era función de la velocidad del vehículo, la frecuencia de la energía y el tamaño de los imanes. El tamaño de los imanes es una función de la disipación de energía dentro de ellos y, por lo tanto, son un tamaño fijo para cualquier tipo de vehículo dado; Se necesitan imanes más grandes para niveles de potencia más altos, que se utilizan en vehículos de mayor velocidad. Por tanto, la única variable real es la frecuencia de la fuente de alimentación. En ese momento, la conversión de frecuencia de alta potencia eficiente era costosa y pesada, por lo que el uso de la red eléctrica estándar de 50 Hz era el único sistema práctico. Teniendo en cuenta estas entradas, un LIM de un solo lado exigía un "núcleo" de flujo de unos 30 cm de profundidad, lo que aumentaría enormemente el costo de las pistas. [4]
Río magnético
En febrero de 1969, el equipo de Laithwaite hizo un gran avance que mejoró la practicidad del LIM de una cara para uso de alta velocidad. Se dieron cuenta de que al girar 90 grados el lado del rotor del motor montado en el vehículo, de modo que estuviera alineado "a través" de las pistas en lugar de a lo largo de ellas, el flujo podía extenderse por toda la placa del estator, eliminando así los problemas de profundidad. . Una vez más, una simple hoja delgada de aluminio serviría como placa de estator apropiada. Como señaló Laithwaite más tarde, no había razón para no considerar este diseño desde el principio, simplemente no surgió durante el desarrollo del LIM a partir de motores eléctricos rotativos, que tenían sus primarios alineados "a lo largo" del estator de la misma manera que LIM anteriores. [5] Estos nuevos arreglos fueron conocidos como Traverse Flux Machines , o TFM s. [4]
Durante el desarrollo del TFM, los vehículos maglev fueron un área importante de investigación, especialmente en Alemania . Laithwaite siempre había estado interesado en estos diseños e invirtió un poco de esfuerzo en desarrollar sus propias versiones. La mayoría de los sistemas de levitación magnética utilizan una serie de imanes para proporcionar elevación y conjuntos separados para proporcionar guía de lado a lado a lo largo del riel. Todos estos diseños tenían considerables problemas de estabilidad y requerían sistemas electrónicos para mantener la marcha. Laithwaite fue muy crítico con cualquier diseño que utilizara fuerzas atractivas para la elevación, y consideró que un sistema repulsivo, que es naturalmente estable, sería un mejor diseño.
Laithwaite desarrolló un maglev de base repulsiva utilizando dos conductores largos colocados a cada lado de una placa de flujo. Los conductores corrían por la parte superior de la placa desde el extremo, se doblaban 180 grados y luego corrían hacia atrás a lo largo de la parte superior de la placa, formando una larga forma de U. El paso de corriente a través de los bucles de alambre provocaba campos magnéticos que eran repulsivos sobre los bucles y atractivos en el área entre ellos. Esto significaba que si el motor se descentrara en comparación con la placa del estator, naturalmente sentiría una fuerza que lo empujara hacia el centro. El único inconveniente de este enfoque es que el vehículo en la alineación adecuada siente fuerzas tanto atractivas como repulsivas, lo que significa que se necesita más energía para proporcionar la cantidad de elevación requerida. El sistema no proporcionó empuje, solo elevación, por lo que el equipo propuso colocar un LIM delgado entre las dos bobinas de elevación. [6]
Tom Fellows del equipo de Hovercraft con orugas se acercó a Laithwaite para construir un modelo de un sistema de levitación magnética para la próxima feria comercial Transpo '72 . Usando el diseño repulsivo, descubrió que el modelo requería un motor muy ancho, de unos 25 cm para una pista que debía tener solo 9 m de largo, por lo que Laithwaite comenzó a examinar formas de reducir el tamaño del sistema. Uno de los primeros cambios fue mover los conductores de estar en la parte superior del motor a tener la mitad del bucle debajo de la placa de flujo. Se descubrió que esto causaba que el sistema se volviera inestable, hasta que alguien conectó accidentalmente los conductores del ascensor de la "manera incorrecta" para que la corriente fluyera en la misma dirección en los dos bucles. Esto hizo que el sistema se estabilizara inmediatamente. [6]
Cuando Laithwaite contrató a una empresa de ingeniería para construir el modelo, notaron que era muy poco probable que una pila de placas de hierro de 9 m de largo sobreviviera intacta al viaje a los EE. UU. Considerando el problema, Fredrick Eastham consideró dividir la vía en varias secciones, cada una con sus propios bucles de elevación. Esto llevó a un diseño que usaba una serie de núcleos de hierro en forma de U con alambre enrollado que creaba un flujo en ellos, similar a la mitad del núcleo de un transformador. Cuando se probó esta disposición, se descubrió que proporcionaba elevación desde ambos brazos de la U, eliminando la necesidad de dos filas de bobinas de elevación. Finalmente, al conectar las U a una fuente de alimentación trifásica, se creó el empuje. Este era el río magnético. [6]
Descripción
En el río magnético, la placa conductora tiene un ancho crítico en relación con los imanes que se encuentran debajo.
La fila de imanes para el motor lineal tiene cada uno dos polos, con los polos dispuestos transversalmente al "río" con núcleos en forma de U, y excitados con una corriente alterna.
Cuando se energizan, los imanes producen un campo transversal oscilante que corta la placa. Luego, la placa genera dos corrientes parásitas, una sobre cada polo.
Sin embargo, el borde reduce el tamaño de la corriente parásita en cada lado, ya que interfiere con la corriente circular. Mover la placa hacia los lados aumenta la corriente en un lado, ya que el borde interfiere menos y esto empuja ese lado hacia arriba. La placa también es empujada lateralmente hacia el centro por las corrientes, estabilizando el movimiento lateral.
Esta estabilización solo funciona siempre que la placa no sea demasiado ancha o demasiado estrecha, y también dependa en cierta medida de la altura de levitación, la placa debe ser más ancha en elevaciones más altas.
Referencias
- ↑ a b Laithwaite 1973 , p. 802.
- ^ Laithwaite 1973 , págs. 802-803.
- ^ Laithwaite 1973 , p. 803.
- ↑ a b Laithwaite 1973 , p. 804.
- ^ Laithwaite 1973 , p. 805.
- ↑ a b c Curtis 1973 , p. 805.
- Laithwaite, Eric (28 de junio de 1973), "Motores lineales para vehículos de alta velocidad" , New Scientist , págs. 802–805
- Curtis, Anthony (28 de junio de 1973), "Magnetic river mixes lift and thrust" , New Scientist , p. 805