قطارهای مغناطیسی

تین نیوز | Maglev یا حمل و نقل شناور مغناطیسی (Magnetic Levitation), نام تکنولوژی جدیدی می باشد که با توجه به مشخصه های برجسته اش انقلابی در صنعت حمل و نقل ایجاد خواهد کرد. "ماگلو" نوعی از حمل و نقل می باشد که قطار را به طور شناور و کاملا جدا از زمین به وسیله نیروی الکترومغناطیسی به طرف جلو می راند. این روش جدید سریع تر، راحت تر و مطمعن تر از روش حمل و نقل کنونی، همراه با چرخ های مرسوم می باشد.
 
به دلیل وجود نیروی محرکه اصلی این سیستم در ریل آن، به جای خود قطار، این قطارها بسیارسبک و کنترل آنها در سراشیبی ها بسیار آسان می باشد. ریل های استفاده شده در این سیستم نیز از مواد سبک ساخته شده است. تکنولوژی ماگلو ( Maglev ) این اجازه را به قطار می دهد که به راحتی به سرعت هواپیما ها ( 500 تا 580 کیلومتر در ساعت ) دست یابد.

 
به عبارت دیگر مگلو سیستمی است كه در آن وسیله نقلیه با استفاده از نیروهای الكترومغناطیسی ایجاد شده بین آهن‌رباهای ابر رسانای موجود در وسیله نقلیه و كویلهای مستقر در مسیر، نسبت به مسیر عبوری شناور می‌گردد. عبارت مگلو نیز مخفف دو كلمه به معنای شناوری مغناطیسی می‌باشد. (Magnetic Levitation)
 
در واقع سیستم مگلو سه پارامتر قابل توجه دارد كه تحت این سه پارامتر به عنوان مگلو شناخته می‌شود. این پارامترها عباتند از :
     - شناوری 
    - كشش 
    - هدایت 
هر سه مورد فوق توسط نیروهای الكترومغناطیسی تأمین شوند. از این رو مطالعات در فناوری مگلو همواره حول سه محور فوق انجام می‌گیرد.
 
سیستم مگلو را بر اساس نوع سیستم شناوری به سه دسته تقسیم می‌كنند. به عبارت دیگر تقسیم‌بندی سیستمهای مگلو بر اساس نیروهای مغناطیسی كه باعث ایجاد شناوری وسیله نقلیه می‌شوند. انجام می‌گیرد. این سه نوع عبارتند از:
     - سیستم تعلیق الكترومغناطیسی (EMS)
     - سیستم تعلیق الكترودینامیك (EDS)
     - سیستم تعلیق آهن‌ربای دائمی (PMS)
 
تکنولوژی 
در حالت کلی دو نوع ماگلو وجود دارد، یکی سیستم تعلیق الکترومغناطیسی ( EMS ) و یکی سیستم تعلیق الکترو دینامیکی ( EDS )
 
در سیستم تعلیق الکترو مغناطیس، قطار با داشتن الکترومغناطیس بسیار قوی بر روی ریل فشار آورده که همین عمل باعث معلق ماندن آن می شود. این مغناطیس ها در جهت ریل تنظیم شده و بوسیله کنترل باز خورد (feedback control)، میزان تعلیق خود را محاسبه و حفظ می نماید.
 
سیستم تعلیق الکترودینامیک به شیوه دیگری عمل می کند بدین صورت که هم ریل و هم قطار دارای مغناطیس می باشند که قطار به وسیله نیروی دافعه قطب های هم نام ارتفاع و فاصله خود را از ریل نگه می دارد.
 
قسمت مغناطیس قطار از الکترومغناطیس های به هم پیوسته ( مثل ماگلو JR ) یا از مغناطیس های پایدار تشکیل شده است. قسمت مغناطیس ریل ها نیز از تحریک منطقه توسط سیم پیچ های مغناطیسی به وجود می آید.

 

درسرعت های پایین سیم پیچ های کنونی توانایی تحمل وزن قطار را دارا نمی باشند و باید برای ثبات آنها در هنگام ایست کامل و در سرعت های پایین چرخ ها و یا وسایل شبیه آن در زیر قطار وجود داشته باشند تا قطار به سرعت های بالا دست یافته و از زمین جدا شود. برای این منظور سیم پیچ های بکار رفته در ریل ها، باعث حرکت رو به جلو قطار شده و همچنین با نیروی مغناطیسی فوق العاده خود باعث تعلیق قطار می شوند. همچنین این سیم پیچ ها یک موتور طولی نیز محسوب می شوند و حالت پیچشی آنها باعث بوحود آمدن یک جریان مداوم الکترو مغناطیس در کل ریل می شود.
 
هم اکنون نگاهی داشته باشیم به مزایا و معایب تکنولوژی مالگو EMS (سیستم تعلیق الکترو مغناطیسی) :
 
از مزایای این سیستم می توان مغناطیس بسیار نا چیز در درون و بیرون قطار، تکنولوژی بالا که می توان بوسیله آن به سرعت 500 کیلومتر در ساعت دست یافت و عدم نیاز به چرخ یا نیروهای محرکه دیگر را نام برد.
 
از معایب آن نیز می توان به فاصله موجود میان قطار و ریل که خواهان بررسی بی درنگ توسط کامپیوتر برای ممانعت از برخورد آنها با یکدیگر می باشد اشاره کرد.

سیستم مغناطیسی ابر رساناها
 مغناطیس های بسیار قوی بر روی ابر رساناهایی نصب شده اند که فاصله زیاد ریل از قطار که منجر به دسترسی این قطار به سرعت 581 کیلومتر شده است را باعث شده اند، و همچنین ظرفیت بار بسیار زیاد آن از مزایا این سیستم می باشد. یکی از همین قطارها در دسامبر سال 2005 به صورت تبلیغی از ابر ساناها با درجه حرارت بالا در مغناطیس های خود استفاده کرد که به وسیله مایع خنک کننده گران نیتروژن خنک می شدند.
 
از معایب این سیستم نیز می توان به عدم توانایی در برقراری ارتباط های تلفنی، عدم توانایی در برقراری ارتباط مسئولین قطار به واگن مسافران بوسیله سیستم صوتی داخل کابین ها و عدم توانایی در استفاده از وسایل الکترونیکی مثل ذخیره کننده های مغناطیسی و هاردیسک ها به علت وجود جریان مغناطیسی بالا در قطار اشاره کرد. همچنین این مشکلات و هزینه بالای این سیستم باعث باقی ماندن این تکنولوژی در مرحله تست شده است.   
 
سیستم مغناطیسی پایدار EDS 
از مزایای این سیستم می توان به سیستم تعلیق بدون اشکال، عدم نیاز به نیرو برای فعال کردن مغناطیس ها، قرار گیری منطقه مغناطیسی در زیر قطار و توانایی ایجاد مغناطیس بالا در سرعت های بسیار پایین ( 5 کیلومتر در ساعت ) برای تعلیق قطار نام برد. همچنین در صورت بروز مشکل، قطار قبل از ایست کامل به صورت کاملا آهسته و با ریتم یکنواخت سرعت خود را کم کرده تا کاملا متوقف شود و از معایب آن نیز می توان به نیاز آن به چرخ برای به حرکت در آوردن آن در هنگام ایست کامل و تکنولوژی کاملا جدید و در نتیجه تستی بودن آن اشاره کرد.
 
هیچ کدام از سیستم های فوق هدایتگر و مغناطیس پایدار قادر به تعلیق قطار در وضعیت سکون نیستند، ولی با این حال سیستم مغناطیس پایدار قطار را در سرعت های پایین، نزدیک به ریل نگه می دارد، ولی در هر دو آنها به چرخ در هنگام سکون و سرعت های پایین نیاز هست. در حالی که EMS سیستم تعلیق الکترومغناطیس مجهز به هیچگونه چرخی نمی باشد.   
 
نیروی محرکه 
سیستم تعلیق الکترومغناطیس قادر به ارائه تعلیق و نیروی پیش راننده بوسیله موتور طولی ( سیم پیچ ) می باشد، و این در حالیست که سیستم تعلیق الکترودینامیکی تستی قادر به معلق ساختن قطار بوسیله مغناطیس های نصب شده بر روی خود می باشد.   
 
پایداری 
قدرت تحمل وزن مغناطیس هایی که تنها از الکترومغناطیس و پرمنگنات در آنها استفاده شده است به اندازه کافی نمی باشد، این تئوری را Earn Shaw بیان می کند. EMS بر پایه پایداری فعال الکترونیکی طراحی شده است. این چنین سیستم هایی بصورت پایدار میزان فشار وارد بر مغناطیس را اندازه گرفته و الکترومغناطیس را تنظیم می کنند. همچنین با توجه به اینکه تمامی سیستم های تعلیق الکترودینامیک سیستم های متحرک هستند تئوری Earn Shaw در مورد آنها صادق نمی باشد.

 به علت عدم وجود تماس بین ریل و قطار در قطارهای مغناطیسی، اصطکاک بسیار کمی آن هم تنها اصطکاک بدنه قطار و هوا وجود دارد. مصرف قدرت قطارهای ماگلو برای هر مسافر بر کیلومتر در سرعت 200 کیلومتر بر ساعت 24% کمتر از قطارهای معمولی در سرعت 200 کیلومتر بر ساعت می باشد. به خاطر عدم حرکت ماگلو بر روی ریل، این قطارها محدودیت سرعت قطارهای معمولی را به خاطر تلرانس ریل و پیچ ها ندارند. سرعت این قطار ها هم اکنون در بعضی موارد به 650 کیلومتر بر ساعت نیز رسیده است و پیش بینی می گردد سرعت آنها تا 1000 کیلومتر نیز افزایش یابد.
 
وزن الکترومغناطیس در طراحی EMS ها و EDS یک فاکتوربسیار مهم تلقی می شود، یک میدان مغناطیسی بسیار قوی نیز برای بلند کردن این قطار سنگین وزن مورد نیاز می باشد. در یک مقاله چاپ شده در سال 2004 که متعلق به "انجمن آکوستیک آمریکا" می باشد، چنین ذکر شده است که صدای تولید شده توسط این قطارها بسیار بیشتر از صدای تولیدی قطارهای معمولی با وجود تماس فولاد با فولاد می باشد. تفاوت صدای این قطارها با قطارهای معمولی 5 دسیبل می باش که عدد کمی نیست. قطارهای فوق سریع الکترومغناطیس خواستار بودجه هنگفتی برای به تولید رسیدن هستند، ولی می توان این هزینه را با هزینه ساخت قطار های معمولی و یا فرودگاه مقایسه کرد. ولی واقعیت دیگری نیز در مساله اقتصادی این قطارها وجود دارد، هزینه کمتر نگهداری و تعمیر این قطارها نسبت به قطارهای معمولی می باشد که همین یکی از نکات مثبت آنها به حساب می آید.
 
قطار سریع السیر شانگهای با هزینه 1.2 میلیون دلار ساخته شده و هزینه هر مسافر 6 دلار برآورد شده است. این قطار روزانه توانایی جابجایی 20.000مسافر را داراست