1 Sadraj 1.Uvod ............................................................................................................................. 2 2.Princip rada magnetne levitacije .................................................................................. 3 2.1 Laboratorijsko podeavanje MLS2EM ................................................................ 4 2.2Hardver i softver .................................................................................................. 4 2.3Karakteristike MLS-a ........................................................................................... 5 2.4Tipine aplikacije za uenje ................................................................................. 5 3.Modeliranje sistema magnetne levitacije ..................................................................... 6 3.1Feedback linearizacija modela ............................................................................. 8 3.2Pertubaciona aproksimacija modela .................................................................. 10 4.Eksperimenti .............................................................................................................. 12 5.Simulacioni model ..................................................................................................... 14 5.1Sistem bez povratne sprege ................................................................................ 14 6.MAGLEV vozovi ....................................................................................................... 17 6.1Pogon ................................................................................................................. 21 6.2Vozila ................................................................................................................. 22 6.3Trasa ................................................................................................................... 23 6.4Napajanje ........................................................................................................... 24 7. Komercijalna primena ................................................................................................ 29 8.Akcidentne situacije Maglev vozova ......................................................................... 32 9.Zakljuak .................................................................................................................... 34 Literatura ............................................................................................................................ 35

21. Uvod

Predmetizuavanjauovomradujelevitacijaumagnetnompolju.Relevitacija dolazi od latinske rei levis to znai lak. Brojne su primene magnetne levitacije (Sl. 1.). Takoje,naprimer,umagnetnolevitirajuimvozovimabrziudobantransportzasnovan nasilamaprivlaenjaiodbijanjaupromenljivommagnetnompolju.Poredlevitirajuih vozova,superprovodnicidanasomoguavajubezotporniprenosenergije,dijagnostikuu medicinibezpotrebezahirukimzahvatimaislino.Novajeidejadaseprincip magnetnelevitacijekoristipriskladitenjuenergije.Pomourotirajuegprstena (zamajca) uva se kinetika energija koja se po potrebi moe ekstrahovati. Maglev vozStolica koja levitiraGlobusRailgun oruje nove tehnologije Slika 1. Neke interesantne primene magnetne levitacije Bitnaprednostsistemaaktivnogveanjaumagnetnompoljujeradbeztrenjai habanja. Otuda ova tehnologija danas nalazi brojne primene u industriji, za potrebe brzog transporta,kodizrademagnetnihleajeva,orujaislino.Priupravlajnjutakvim sistemima,najveiproblemjeopissloenogdinamikogponaanjaelektromagnetai postojeihsila.tavie,taanopisjeinemogu,buduidasepostienelinearnim diferencijalnim jednainama beskonanog reda,a takavmodel svakako nije podesan pri sintezi upravljakog sistema. Magnetnalevitacijajetehnologijabazirananamagnetiznuukojojjedanobjekat lebdi(levitira)naddrugimbezikakvemehanikepotpore,vesamouzpomo magnetnogpolja.Unjemusedejstvogravitacionesileponitavadejstvom elektromagnetnesileistogintezitetaipravcaalisuprotnogsmeraimesepostie lebdenje.Dabiseovakavsistemodraostabilnimneophodnajeelektronskastbilizacija magnetnelevitacije.JedanodpraktinihprimeraokojimaebitireijesuMAGLEV vozovi (engl. Magnetic levitation trains). 32. Princip rada magnetne levitacije Sistemelektromagnetnelevitacijejejakonelinearanobjekatbezupravljanjau povratnojspreziinherentnonestabilan.Naslici2.prikazanjelaboratorijskimodelkoji sluizademonstracijuefekataiupravljanjelevitacijomkugleumagnetnompolju nasuprot dejstvu sile gravitacije, uz mogunost praenja unapred zadate trajektorije. Slika 2. Laboratorijski model(MLS2EM)

MLS2EM se sastoji od dva elektromagneta, lebdeeuplje eline sfere, senzora pozicije sfere, ploe i drajvera za kompjuterski interfejs, ureaj signalne jedinice, kablova zapovezivanje, programa za upravljanje i laboratorijskog uputstva. Primenjeniupravljakisignaljenaponski,kojiseunutarmehanikejedinice konvertujeustrujni,dabisezatimublizinipostojeegelektromagnetaformiralo upravljivomagnetnopolje.Pozicijakugle,kojasekreeduvertikalneose elektromagneta,odreujesesistemominfracrvenihdetektora(senzora).Laboratorijski instrumentmagnetnelevitacijesaslike2.moedaradisamostalno,uzjednostavno analognoupravljanje,kaoiusprezisaPCraunaromuMATLAB-Simulinkokruenju, gdejemogueimplementiratirazliitedigitalneupravljakezakonepozicioniranjai praenja. Sistemmagnetnelevitacijesadvaelektromagneta(MLS2EM)jekompletan (nakonmontaeiinstalacijesoftvera)laboratorijskikontrolisansistemspremanza eksperimentisanje. On predstavlja idealno sredstvo za demonstraciju fenomena magnetnih levitacija. OsnovniprincipMLSoperacijejestedovoenjenaponanagornjielektromagnet radi odravanja feromagnetmog objekata lebdujuim. Struja koja prolazi kroz namotaj se meri radi istraivanja identifikacije i multi petlje. Zalevitiranjesfereneophodanjeregulator.Ravnotenostanjedvesile (gravitacioneielektromagnetne)moraseodravatiovimregulatoromdabisesferaodravalanaeljenojudaljenostiodmagneta.Oddvaelektromagneta,onajniimoe bitiupotrebljenzaspoljanjupobuduilizasmanjenjejedinicamere.Ovaosobina proiruje primenu MLS-a i korisnaje u kontrolerima masivne konstrukcije. Pozicija sfere moe se podeavati korienjem kontrole za pozicioniranje poloaja a stabilnost moe da semenjakorienjemregulatorazapojaavanje.Obezbeenesudvesfererazliitih prenika. 42.1 Laboratorijsko podeavanje MLS2EM ematski dijagram laboratorijskog podeavanja prikazan jena slici 3. Slika 3. MLS2EM ema laboratorijskog povezivanja MLS2EMobuhvatamehanikejedinicesanapajanjemikompjuterskim interfejsomkaoiRTDAC4/PCII/OploomkonfigurisanomXilinxtehnologijom. SoftverradiuMSWindows2000/XPokruenjukoristeiMATLAB7.xRTWiRTWT alate.KontrolaeksperimentajeprogramiranaiizvravaseuMATLAB/Simulink okruenju.TakodasepreporuujedakorisnikbudeupoznatsaRTWiRTWTalatima. Ono tomora daznaje kako se koristi priloenimodel i kako da kreira svojesopstvene modele. 2.2 Hardver i softver Instalacija hardvera je opisana u uputstvu za sklapanje. Sastoji se od: -dva elektromagneta, -feromagnetnog objekata, -senzora pozicije, -trenutnog senzora, -kompjuterskog napajanja, -RTDAC4/PCI koji se koristi za merenje i kontrolne I/O ploe i -PC raunara. Za izradu projekta i automatskoizvrsenje u datom trenutku neophodan je odgovarjui program. Sledei softveri moraju biti pravilno instalirani na PC raunaru: -MS Windows 2000 ili Windows XP. MATLAB verzija 7.k ili novija i Simulink 6, Toolbox za obradu signalai kontrolni toolbox izMathworks Inc-a za razvoj projekta, -Real TimeWorkshop za generisanje koda, 5-Real Time Windows Target Toolbox, -The MagLev Toolbox-a koji sadri specijalizovane drajvere za MLS2EM. Ovi drajveri se koriste za komunikaciju izmeu MATLAB-a i RTDAC4/PCI i kontrolne ploe, -MS Visual C++ da sastavi generisanikodako se koristiMATLAB (verzija 6.5). 2.3 Karakteristike MLS-a Karakteristike MLS-a sadre: -aluminijumsku konstrukciju, -dva feromagnetna objekata razliitih teina, -foto detektor za registrovanje pozicije objekta -senzor struje kalema, -visoko nelinearni sistem idealan za ilustrovanje sloenih algoritama, -efekte bez trenja prisutnih u sistemu -podeavanje je u potpunosti integrisano sa MATLAB/Simulink i funkcionie u MS Windows 2000/XP, -softver koji obuhvata kompletne dinamike modele. 2.4 Tipine aplikacije za uenje Aplikacije za uenje sastoje se od: -sistema identifikacije, -SISO, MISO, BIBOdizajna kontrolera, -inteligentne/adaptivnekontrole, -frekvencijske analize, -nelinearnih kontrola, -hardvera u simulacijskoj petlji (engl. Hardware in the Loop simulation), gde se real-time simulacijski proces pokree zajedno sa realnim ECU (engl. Electronic Control Unit) hardverom, -jednovremene kontrole, -PID kontrole zatvorene petlje. 63. Modeliranje sistema magnetne levitacije Uupravljakomsistemukojijeprikazannaslici3.upravljasevertikalnom pozicijom kugle promenom struje elektromagneta pomou ulaznog naponae. Sl. 3Struktura upravljakog sistema magnetne levitacije Induktivnost kalema elektromagneta je nelinearna funkcija pozicije kugle. Znaenje sledeih oznaka su: ) , ( i x f elektromagnetna sila istruja kalema enapon na krajevimaRotpornostkalema ) (x L induktivnost kalema x odstojanje izmeu elektromagneta i kugle v translatorna brzina kuglem masa kugle g gravitaciona konstanta Pomenutuinverznuzavisnostizmeuinduktivnostiipozicijekuglemoemo opisati na razliite naine. Neke tipine aproksimacije induktivnosti kalema koje se mogu nai u literaturi su: 10e10 1 1) ( ) (x xL L x L+ = ,(1) 20202 21) ( ) (xxLL x L++ =,(2) xxL L x L3030 3 3) ( ) ( + = .(3) 7Mogujeodgovarajuiizborparametara( )iL , 0 iL , 0 ix ,1, 2, 3... i = ,takodau razmatranomopseguodstojanjaxsvetriaproksimacijebuduadekvatnekakojeto prikazano naSl. 4. 0 1 2 3 4 50.00.51.01.52.02.5xL(x)123 Slika. 4Induktivnost kalema kao funkcija odstojanja x 2 . 1e 65 . 0 1 ) (1xx L+ = 6 . 0 175 . 01 ) (2xx L++ = xx L21 . 005 . 1 ) (3+ = Modeliranje elektromagnetnog levitacionog sistema zasnovano je na jednainama dinamike ravnotee elektrinog i mehanikog kola, odakle sledi: | |. ) , (ddd) ( ddd22i x f mgtxmeti x Li Rvtx+ == +=(4) Magnetna energija sistema je funkcija struje kalema i i odstojanja x idata je sa 2) (21) , ( i x L x i W =,(5) Akosejednostavnostiradiinduktivnostkalemaaproksimirarelacijom(3),zasilu magnetnog porekla, koja deluje na kuglu,elektromagnetna sila je: 22220 0221d) ( d2) , (xiCxix Lxx LxWi x fi = = =cc=.(6) 8Sistem jednaina (4), moe da se prepie na sledei nain: .dd 2dddddd22222LetxxiLCiLRtiximCgtxvtx+ + = ==(7) Usvajajui( ) x t , ( ) v t i( ) i t ( ) x t redomzakoordinatevektorastanja,anapone za upravljanje, dobija se model u prostoru stanja u obliku: .2dddddd213 2332123 221Luxx xLCxLRtxxxmCgtxxtx+ + = ==(8) 3.1 Feedback linearizacija modela Pri razmatranju klase nelinearnih sistema n-tog reda sa jednim ulazom opisanih sa u ) ( ) ( x g x f x + = ,( 9) trai se upravljanje u povratnoj sprezi po stanju w u ) ( ) ( x x | + o =(10) i transformacija promenljivih stanja oblika ) (x T z =,(11) koja nelinearni sistem (9) prevodi u linearni model dat u kanoninoj kontrolabilnoj formi | | ) ( ) (1x x B z A zc co | + =u .(12) Procedurafeedbacklinearizacije(13)nalaedasenajprepotraifunkcija 1( ) T x koja zadovoljava 0 ) (i=ccx gxT, 1 , , 2 , 1 = n i ,

0 ) (n=ccx gxT(13) 9gde je: ) ( ) (i1 ix fxxcc+TT, 1 , , 2 , 1 = n i ,(14) akopostojifunkcija 1( ) T x (1 0( ) 0 T x = ,0x -ravnotenatakaotvorenogsistema)koja zadovoljava(13), tada je |i o dato sa ( ) ) (1) (nx g xxc c= |T i ( )( ) ) () () (nnx g xx f xxc cc c = oTT(15) Transformacija(11) nije jednoznana. Saglasnonapredizloenojproceduri,usluajusistemamagnetnelevitacijeijese dinamikoponaanjemoeopisatisa(8),zanelinearnutransformacijukoordinatastanja sledi: . ) () () (21233 32 2 21 1 1xxmCg T zx T zx T z = == == =xxx(16) Pritomesepretpostavljadaje 10 x > i 30 x > kakobiseobezbedilainvertibilnost transformacije.Tadadasunovepromenljivestanja 1 2 3, , z z z redompozicija,brzinai ubrzanje kugle. Model (12) poprima oblik: | | ) ( ) (133 2 22 1 1x x o | == == =u zz x zz x z (17) gde je: .2) (2 ) (3213212 312 3xxCLmRxxx xCxx xL = |+ = oxx(18) Dakle,uzpovratnuspregupostanju(10),dobijaselinearnireprezentsistemamagnetne levitacije u prostoru stanja:

wc cB z A z + = , (19) ((((

=0 0 01 0 00 1 0cA,((((

=100cB ,| | ) ( ) (1x x o | =u w. 103.2 Pertubaciona aproksimacija modela Ako u sluaju nelinearnog sistema n-tog reda sa jednim ulazom koji je u prostoru stanja opisan sa: ( ) ) ( ), ( ) ( t u t t x f x = ,(20) moguerazmatratitrajektorijestanjaiulazakaomaleperturbacijeuokoliniradnetake za koju vai: ( )0 0, u x f 0 = .(21) Tako je . ) ( ) () ( ) (00t u u t ut to + =+ = x x x(22) Nakon smene (22)u(20), uzimajui u obzir (21), dobija se ( ) ) ( ), ( ) (0 0t u u t t o + + = x x f x ,(23) odakle,nakonrazvojauTaylorovredizadravajuisesamonalinearnimlanovima, sledi (14) ) ( ) ( ) () , ( ) , ( ) , ( ) , (0 0 0 0t uut tu u u uocc+cc== = x x x xfxxfx ,(24) gde je:((((((

cccccccccccc=ccnn n nnxfxfxfxfxfxf 2 112111xfi ((((((

cccc=ccufufun1f.(25) Dakle, (24) se moe prepisati na nain: ) ( ) ( ) ( t u t t o + = b x A x .(26) Za elemente vektorske funkcije ( ( ), ( )) f x t u tna osnovu (8)sledi da je: 11 ( )( )( ) .2) ( ), () ( ), () ( ), (213 23 3212322 1Luxx xLCxLRt u t fxxmCg t u t fx t u t f+ + = ==xxx(27) Linearnadiferencijalnajednainakojaopisujeponaanjerazmatranognelinearnog sistema magnetne levitacije u okolini radne take | | | |T0 0T30 20 10 00 i x x x x = = x i ( )210230x x C mg =(28) je: u o + = b x A x (29) ((((((((

=LRLxCxmxCxmxCx2103021030210230202020 1 0A, (((((((

=L100b. 124. Eksperimenti Usledeemodeljkupredstaviutrilaboratorijskaprimeramagnetnelevitacije:ivo bie (aba), tela u vrstom i tela u tenom agregatnom stanju (levitron i kapljica vode). ivo bie Prviuspenomagnetnolevitirani iviorganizamnasobnojtemperaturibilaje jednamalaaba,itisurezultatibiliobjavljeniuaprilu1997.godine.Eksperimentje izvrenulaboratorijizajakamagnetnapoljauNijmegenu(Holandija)pomoujedne specifineprimeneklasinogmagneta(tzv.Bitterovmagnet),samagnetnimpoljem jaine 16 T (u otvoru prenika 3.2 cm). aba je (naravno) preivjela! Slika 5. aba koja levitira Da bi neko telo moglo levitirati u magnetnom polju B, magnetska sila F M B = V(kojajejednakaproizvodumagnetnogmomentatelaMigradijentamagnetnogpolja) mora biti vea od teine tela mg V g = . Magnetnimoment je 7/ (4 10 ) M VB _ t= , tj. zavisiiodsusceptibilnostitela_ (kojajezaparamagneteredaveliine 310,odnosno 510zadijamagnete).Potrebniiznosgradijentamagnetnogpoljajeprematome 35 10 / B _V> ,alevitiranjeparamagnetaidijamagneta,ijegustinesunekoliko g/cm3,moguejeostvaritisadananjimsuperprovodnimmagnetimaduinedesetak centimetara i sa poljima jaine do 10 T. Telo vrstog agregatnog stanja (levitron) Levitacijanekogtelasemoeostvaritiisanepominimmagnetima,alipod uslovomdatotelorotira.Tajseefekatkoristizalevitron,gdeigralebdiiznadbazeu kojoj su paljivo odabrani i rasporeeni magneti, sve dok je njena brzina rotiranja i visina nakojojlebdiodreenevrednosti.Ilevitronsemoesmatratiodreenomvrstom dijamagneta, jer se rotacijom stabilizuje smer magnetnog momenta u prostoru (magnetni iroskop).Akosesadatakavmagnet(safiksnommagnetizacijom)staviumagnetno polje, postie se lebdenje. 13 Slika 6. Levitron Telo tenog agregatnog stanja (kapljica vode) Posmatrajuilevitiranukapljicuvodekaonaslici, vidimo da mogue prouavati bezteinsku dinamiku fluidabezodlaenjausvemir.Dijamagnetna levitacijaomoguujefinopodeavanjelevitacije bilo kog materijala podeavajui samo jainu polja u solenoidu. Magnetna sila koja uspostavlja ravnoteu nadtelomravnomernoserasporedjujepoceloj zapremini tela. Slika 7. Kapljica vode 145. Simulacioni model KadakliknemonaSimulationModel&ControllerstasteruMagneticLevitation Mainglavnom prozoru, otvara se sledecei prozor (Sl. 8.). Slika 8. Sistem bez povretne sprege 5.1 Sistem bez povratne sprege Simulink model KadaizaberemoOpenLooptaster,otvaraseprozorkaonaslici,tadmoemo primetitidablokscopeispisujepodatkeuMLSimDatapromenljivojdefinisanojkao objekat.Onsesastojiodsledeihsignala:pozicije(m),brzine(m/s),struje(A)iirine impulsne modulacije (PWM 0 1). Slika 9. Open Loop simulacija 15Ako otvorimo Magnetic Levitation model blok, otvorie se sledei prozor sa parametrima (Sl. 10.). Slika 10. Magnetic Levitation model MLS2EM Uprozorunaslici,podopcijomfileizboromLookundermaskdobijamounutranjost Magnetic Levitation model bloka prikazanog na slici 11. Slika 11. Unutranjost MLS2EM modela 16Postojedvaintegratorskablokanaslici11,apotoimamodinamikisistemtreeg stepena, trei integrator povezan sa strujom namotaja elektromagneta prikazan je na slici 11. Slika 11.Unutranjost Current model bloka Simulinkmodeljetakoeopremljensaanimacionimblokom.Kadponesimulacija, otvaraseprozorslika,kojiseaurirauodreenimuzorcimavremena.Svioblici promenljivesu:poloajlopteibrzinapaakistrujaunamotajimaelektromagnetase simuliraju, tj. animiraju. Slika 12.MLS2EM animacija 176. MAGLEV vozovi MAGLEV (skraeno od magnetska levitacija) vozovi predstavljaju posebnu vrstu brzih vozova iji je princip rada zasnovan na tzv. magnetskoj levitaciji. To u praksi znai dasamvozzahvaljujuidejstvuelektromagnetskesilelebdi(levitira)nadposebnom vrstomina,toznaidanepostojisilatrenjaizmeuvozaiina.Natajnainjevozu svomkretanjusuoensamosasilomotporavazduhakojajemnogomanjauodnosuna silutrenjaizmeuklasinihvozovaiina,imesekodMAGLEVvozovapostie drastino vea brzina. Ovaj sistem je za sada i dalje u fazi ispitivanja. irom sveta postoji nekoliko eksperimentalnih trasa na kojima je najvea do sada zabeleena brzina 581 km/h, a naunici pretpostavljaju da je teorijski mogue dostii brzine od oko 900 km/h. Slika 13. Maglev voza u angaju

Maglev sistem - sistem transporta za putnike i visokovrednovani kargo saobraaj, prvijefundamentalnoinovacionisistemeleznicejoodkonstrukcijeprveeleznike pruge. Tehnologija bez kontakta korienje elektronike umesto mehanikih komponenti poprviputprevazilazikakotehniketakoiekonomskegranice,,tehnologijena tokovima. Posebnupanjujetrebaloobratitinastalneotporeprikretanju(uleajevima,usled kotrljanja pogonskog toka i usled otpora vazduha) i na povremene otpore kretanja (otporeukriviniiotporepriusponu).Otporvazduhajeumanjentimetosuvozila konstruisana tako da budu podesnih oblika i malih koeficijenta trenja za vazduh. Reenje zaostaleotporejevienouprimenimagnetnelevitacije.Nepostojibreprevozno sredstvo u kopnenom saobraaju od MAGLEV voza. 18Glavne karakteristike maglev sistema i vozova su: -lebdenje bez kontakta i bez trenja, tehnologija voenja i pogona koja je nezavisna od trenja; -sinhroni uzduni linearni motor integrisan u voicu; -visok nivo sigurnosti i komfor pri svim brzinama putovanja; -visoka mogunostubrzanja i koenja; -fleksibilnopodeavanjerutavoicezahvaljujuimalomprenikuzakrivljenostii visokom stepenu sposobnosti penjanja (10%); -niski utroci energije i mali operativni trokovi; -manjaflotanavozuzahtevamanjeosobljazaradiodravanjekaoimanje rezervnih delova i materijala; -dasanjegovimkompletnimautomatskimradom,potrebazaosobljemjetakoe manja kada se uopteno poredi sa drugim transportnim sistemima; -specifinapotronjaenergije(pojednomseditu)jemanjauporeenjusa transportnim sistemima ekvivalentne brzine; -optereenjevozilajejednakorasporeenopovoicama(nematakastog optereenja)tokaorezultatdajemanjestatikoidinamikooptereenjepreko celog opsega brzine, a samim tim i manje naponana voicama; -nemabukeodrolanjatokovaipogonskihmotorazahvaljujuibezkontaktnoj tehnologiji; -nezavisan je od vrste primarne energije; -nema emisije sagorelih gasova ili drugih zagaivaa du cele rute; -mali utroak potrebnog zemljita za gradnju; -kontinuiranokorienjeprostoraispodizdignutihvoica,naprimerza poljoprivredu; -potrebno je jako malo nasipa i useka to minimalno remeti prirodu.

19 Slika 14. Presek voza MAGLEVvozjetii,ekonominijiitroimanjeenergijeodbilokogdrugog eleznikog sistema. Praktino, ne postojimogunost da voz ispadne iz ina, a udobnost je vrhunska pri svim brzinama. Voica puta zahteva manje prostora od standardnih pruga i moe se fleksibilno podeavati kako bi se prilagodila postojeim prirodnim predelima i terenu.Ovakvivozovizahtevajumaloenergije,svisistemisenapajajuizenergije harmoninih oscilacija magnetskog polja statora linearnog motora koji se nalazi na pruzi.Usluajuprekidanapajanjavozovisusnabdevenibaterijamakojiodravajulevitaciju odreenovreme.Vozseneoslanjanaineveprekovisokopouzdanog,elektronskog sistemakontrolelebdinaprosenomrastojanjuodoko10mmodnjegovihvoica. Rastojanjeizmeuvrhavoiceidonjestranevozilatokomlebdenjaje150mm,toza posledicu ima tu prednost da pree i preko nekih sitnijih objekata ili sloja snega. Slika 15. Transrapidov Maglev voz Novieleznikisistemiomoguavajuvisokstepensigurnostiikomforaputnika, zadovoljavajuekolokestandarde,nezagaujuokolinu,tihisu.Zahtevaveomamalu koliinuenergije.Takoe,upravljakitrokovisumanjiodtrokovakodtradicionalnih eleznikihsistema.Udobnoputovanjeomoguavakraevremeputovanjainije preterano skupo. 20Prednosti prikazane grafiki

Manjapotronja,manjitrokoviodravanja,slabijemagnetnopoljeitiirad.Boljeubrzanje, izrada pruge zahteva manje zemljita, bolje savladjivanje strmih klisura.. 216.1 Pogon Linearnimotormaglevsistemasekoristikakozavuutakoikoenje.Brzina moebitikonstantnoregulisanamenjanjemfrekvencijestruje.Akojepravackretanja obrnut,motorpostajegeneratorkojikoivozilobezkontakta.Elektrinaenergijamoe biti rekuperirana. Slika 16. Putujue vuno polje Linearnimotorradinaistomprincipukaoimotorsaobrtnimrotorom.Linearni elektromotor je poseban oblik elektromotora bez rotirajuih delova, odnosno rotora. Moe se zamisliti da je klasini motor uzduno prerezan sve do ose rotacije, te su se onda rotor i statorrazvili.Izmeutakodobijenestatorskeirotorskepovrine,umestoobrtnog momentadelujelinearnasila(pokojojjenazvan),ijimdejstvomdolazidolinearnog kretanjaivrenjamehanikograda.Statorjerazvuenprekoceleduinepruge. Naizmenina struja generie magnetno polje koje pokree vozilo bez kontakta.

Slika 17. Linearni motor se moe prikazati kao asinhroni koji je razvijen u jednu traku (obim postaje duina) 22Magnetikojisenalazeuvoziluimajuulogurotora.Magnetnoobrtnopoljeseprostire samoujednomsmeru,takosepraktinopostienemogunostsudara.Najednojsekciji nalazi se samo jedan voz koji se kree u datom smeru. Slika 18. Princip putujueg polja kao osnova rada linearnih motora Sluaj kada se kao stator koristi podloga prikazan je na slici 19: Slika 19. Izgled rotora i statora Ukolikobipostojalaprovodnagvozdenapodlogaposrediniprugeprekrivena aluminijumom, bio bi to rotor za asinhroni motor (na gornjoj slici crvena boja), a stator bi mogao da se postavi na dno vagona (na gornjoj slici zelena boja), tj. vozila.

6.2 Vozila MAGLEVvozovisufleksibilnonapravljenikakobizadovoljilirazneprimene. Delovivoza(vagoni)sunapravljeniodlake,modularnekonstrukcijeimoguse kombinovati u vozove poevi od bar dve sekcije sa po proseno 90 sedita. Zavisno od zahteva saobraaja mogue je sastaviti i do 10 sekcija (Sl. 20.). Teina prenesenog tereta moe biti do 15t. Ovi delovi se mogu koristiti za specijalne super-brze kargo vozove ili se mogu prikljuiti na putnike vozove i na taj nain formirati kombinovani servis. Vozovisukonstruisanisaznaajnimakcentomnaaerodinamici.Zbogtogapostojevrlo male vazdune turbulencije kada proe pored vas. Distribucija pritiska kroz samo vozilo i njegovuticajnanadolazeevozilojesraunatanaosnovumetodarazvijenihu aeronautikojindustriji.Komforputovanjanijenaruenaknikadasedvavozila mimoilaze jer je unutranjost zaptivena za spoljanji pritisak. 23 Slika 20. Izgled sekcija 6.3 Trasa

Potoovivozovilebdeiznadzemlje,koliinazemljanihradovakojajepotrebna zatemeljevoicazavisiodlokalnihuslovazemljita.Stubovitrasemogubitimontirani ilinazemlji,ilipaknatankimelinimilibetonskimstubovima(Sl.21.).Usvim sluajevima,temeljileeotprilike30cmispodpovrine.Sasvojimparametrima fleksibilnogpostavljanjaruteiputanje,ovevoicemoguseprilagoditiizgleduokolne sredine i pejzau. Zbog toga su tuneli retko i potrebni, ak i na brdovitim terenima. Slika 21. Dimenzije trase 246.4 Napajanje

Podstanice koje sadre sve potrebne komponente za pogon, napajanje i operacioni sistem su vaan deoMaglev tehnologije. Maksimalna razdaljinaizmedjudvepodstanice na trasi je 50km. Ali stvarna razdaljina zavisi od izgleda i topologije trase. Visokonaponsko razvodno postrojenje sa visokonaponskim transformatorom Slika 22. Povezivanje na VN prenosnu mreu Ovakavpogonjeprekosvogglavnogtransformatorapovezannavisokonaponsku prenosnu mreu (Sl. 13.). Ulazni razvodni ureaj Slika 23. Ulazni razvodni ureaj Povezuje tranformatore pretvaraa na sabirnice srednjeg napona (Sl. 24.). 25Linijski ispravljai Slika 24. Linijski ispravljai Ispravljaikovertujutrofazninaponnapajanjaujednosmerninapon(Sl.24.).Onisu napravljenitakodamoguprekosamokontrolisanihpoluprovodnikihelemenatapo potrebi vraati energiju u mreu. Sistem za hlaenje pretvaraa Slika 25. Oprema za hlaenje pretvaraa Pretvaraisuhlaenivodomkakobiseostvarilotoefikasnijehlaenje.Sistemza hlaenje pretvaraa disipira toplotu izgubljenu u poluprovodnicima (Sl. 25.). Motorni inverter Slika 26. Izgled invertera 26Inverterinstaliranupodstanicizapretvaranjenaponanalaziseupostrojenjuza transformacijunaponasamreeukomercijalnufrekfencijukojuvozzahteva.Kaotakav dovodi se na trasu preko izlaznog transformatora.ZaYamanashiMaglevTestlinijuinverterisupostavljeniutriseta,respektivnozatri faze, od 38 MVA za severnu linijui 20 MVA za junu liniju. Zavisno od brzine kretanja voza,inverterinasevernojlinijidajuizlaznufrekfencijuod0-56Hz(581km/h),dok inverterinajunojlinijidajuizlaznufrekfencijuod0-46Hz(450km/h).Oviinvertori sadresamokontrolisanepoluprovodnikeelemente-IGCT(engl.IntegratedGate Commutated Thyristors) tiristore. Izlazni transformator Slika 27. Izlazni tramsformator Izlaznitransformator(Sl.27.)dovodinaponinverteranatrasu.Transformatorje konstruisan da moe da radi kako sa niskim, tako i sa visokim uestanostima. Sistem kontrole pogona (PRC) Slika 28. Orman sa opremom za PRC Srce MAGLEV pogonskog sistema (Sl. 28.) je tzv. Propulsion control system (PRC). Kao kontrolnisistemodgovoranjezakorektnofunkcionisanjepogonskogsistema.Bazine funkcijesumukontrolavozila,kontrolanapajanjaprekotransvektorskogprincipai kontrola voica. 27Linijski prekidai Slika 29. Linijski prekidai 20kV vakuumski kontaktori su integrisani u linijske prekidae (Sl. 29.).Oni su specijalno razvijenidazadovoljevisokezahteveupogledudielektrinevrstoe,uestanosti prekidanja i jaine struje. Prekidaka stanica Prekidakestanice(Sl.30.)dutraseosiguravajudajesekcijanakojuvozilonailazi, odnosno koju naputa, prikljuena odnosno iskljuena sa napajanja (Sl. 31.).Zatitna oprema kablovskog sistema je takoe integrisana u toj stanici. Slika 30. Izgled prekidake stanice Slika 31. Napajanje sekcija 28 Slika 32. Principska ema napajanja trase Transrapid-a 297. Komercijalna primena Prva svetska pruga na bazi magnetne levitacije koja je koricena u komercijalne svrhejeizgradenauBirmingemuuVelikojBritaniji1985godine.Bilajeduga600 metaraipovezivalajeaerodrodromsaoblinjomeleznickomstanicom.Ipakzbog brojnih problema posle 11 godina zamenjen je obinim vozom. NajvieuspehajeimaonemackiTransrapidkojijezasluanzaizgradnjutrase kojapovezujemeunarodniAerodromPudongsavepostojeomMetrostanicom Longjang u angaju (Sl.33.).Ovom vozu je potrebno 2 minuta i svega 5 km da od 0 ubrza do300km/h.Operacionabrzinatransportaje430km/hnatrasikojajeduga30kmi sadridvakoloseka.Vremepotrebnodaputnicisaaerodromastignudogradailiu suprotnomsmeru,trajenetomanjeod8minuta.TriTransrapid-ovavozilasapopet sekcija saobraa na toj liniji. Do sada je preko 2 miliona ljudi prevezeno Transrapid-om u angaju. NaruilacprojektabiojeShanghaiMaglevTransportationDevelopmentCo.Ltd. (SMTDC),kojajetakoebilaodgovornaizaizgradnjustanicaitrase.Nemaki industrijskikonzorcijumkojisainjavajuSiemens,ThyssenKruppiTransrapid InternationalproizveojeiangajsnabdeoTransrapid-ovimsistemomkojiusebe ukljuujevozila, pogonskisistem, napajanje, operacione kontrolnemehanizmekaoi sve nephodne tehnike podsisteme.Inae u Kini postoji jo nekoliko eksperimentalnih sistema ovog tipa koji se razvijaju zadnjih godina. Slika 33. Mapa rute Aerodrom centar angaja JapanskiMaglevimamalodrugacijutehnologiju.Onikoristesuperprovodne magnetekojisuimomoguilidapostavesvetskibrzinskirekord.UJapanuje,takoe, 2005godinesagraenalinijaLinimozapotrebesajmaExpo2005.Iuostalimdelovima sveta se uurbano radi na razvijanju ove nove tehnologije. 30

Slika 34. Yamanashi centar u Japanu UAmericisetakoevrivelikibrojistraivanjauovojoblasti.NevadaMagLevplaniradabudelidernoveelezniketehnologijeuSAD,saSouthCaliforniaMagLev planirajudapoveuAnahajmiLas.Projekatimanade,jerSaveznaVladajeodobrila sredstvazaprojekatpreizgradnjestudija(oko60milionadolara).Transrapidjedobro prostudiraoprojekatidefinitivnoelidabudevelikideotoga,pogotovojerbitobilo jedan od njihovih najveih projekata . BaltimoreiVaingtonDCizraujutrasudugu39,8kilometarakakobiimalisvoju ponuduzaOlimpijskeigre2012godine,inaeplaniranojedazaOlimpijskeigre2016 godinenaparvitrasaod800miljakojabipovezivaladevetdraavanaistonojobalii koja bi obezbedila prevoz raznih usluga veih gradova, meutim zbog svetske ekonomske krizesenatdraveMerilenddoneozakonkojizabranjujekorienjedravnognovcaza finansiranje ovog sistema, tako da za sada on postoji samo kao projekat.

Slika 35. Maglev projekti u USA 31Evropska unija je napravila studiju koja je imala za zadatak da razmotri izgradnju MAGLEV pruga koje bi povezale vei deo Evrope. Jedna grana temree bi po njihovoj studiji prola i kroz Srbiju i imala bi stanice u Beogradu i Niu. Slika 36.Planirane trase u centralnoj i istonoj Evropi 328. Akcidentne situacije Maglev vozova JapanskitestvozuMijazaki,MLU002,jekompletnounitenuvatri1991 godine,posletogincidentapolitikaopozicijauJapanutrailajedaseobustavitroenje dravnog novca za testiranje ove vrste vozova. Dana11.avgusta2006godine,izbiojepoarnakomercijalnomTransrapidvozuu angaju, ubrzo po dolasku na Longyang terminal.Ljudi su brzo evakuisani i sve se desilo bezveegincidenta,dokjevozilopremeenonaliniju1kmdaljedasestanicenebi napuniladimom.ZvaninicikompanijeTransrapidsuobilipostrojenjeiutvrdilidaje poarizazvalabaterijakojajeimalaloeleite.Kaorezultatovihnalazaprodavacje obezbedionovubateriju,instaliranisunovitemperaturnisenzoriiizolatorii redizajnirano je leite za bateriju kako bi se spreio ponovni nemio dogaaj. Slika 37. Poar na Longyang terminalu u angaju

22. septembra 2006 godine Transrapidov voz sudario se sa vozilom za testiranje u Lathen-u (Donja Saksonija , severo-zapadna Nemaka).Dvadeset troje ljudi je poginulo a desetihjabilopovreeno.TojebilaprvanesreasasmrtnimishodomnaMaglev sistemima.Dokazanojedajenesreaprouzrokovanaljudskomgrekomipodnetesu prijave protiv tri Transrapid-ova radnikaposle godinu dana duge istrage. Slika 38. Nesrea u Lathen-u u Nemakoj 33Dva kineska voza(sl. 39.) sudarila su se u popodnevnim asovima23. jula2011 godineublizinigradaWenzhoukojisenalazijugoistonoodangaja.Desetineljudije poginulo a nekoliko ranjeno ostavljajuiKinesko ministarstvo eleznice i njihov program brzihinautrenutkuizuzetnooteenim.Zaobezbeenjesigurnogibrzogprevoza izmeu gradova neophodno je da se ispune odreeni uslovi,tj da se obezbedi: -Tehnologija sa najmanjim moguim odravajnem-Visoko napredne operacije i signalizacije sistema -Tehologija dokaza za izbacivanje iz ina u sluaju nezgode -Maksimalna energija za delovanje operacija -Ekoloki sistem -Pouzdane brze operacije za sve vremenske prilike -Postii ovo sve po konkurentnoj ceni a ne po najnioj ceni.

Slika 39. Nesrea u Wenzhou Jedna od najveih mana ovog sistema je visoka cena izgradnje, zbog koje je gradnja ove vrsteeleznicaisplativasamonadeonicamanakojimaseprevozivelikibrojputnikai dobara,iakojecenasamogodravanja(kakovozova,takoipruge)nakonizgradnje izuzetno niska. 349. Zakljuak Magnetna levitacija ima potencijal da postane tehnologija budunosti , i vrie se jo mnogoistraivanjaosvojstvimamagnetnelevitacijekojaesamopoboljatipostojei Maglevsistem.Svojimkretanjembeztrenja,smanjenombukom,udobnijomvonjom, poveanomsigurnou,nezavisnouovremenskimnepogodama,mogunou savladavanjaveihuspona,uimprugamapostavljenimiznadzemljekojeneprekidaju teren,maglevvozilaepredstavljatiostvarenjeonogtosedanasnazivazelena pokretljivost. Razvoj novih tehnologija traje godinama i zahteva velika ulaganja,ali je zato vek njihovog trajanja i vreme potrebno da postanu dio svakodnevnog ivota u svim delovima sveta jo mnogo dui. Ako se eli da maglevpostane realnost u budunosti,potrebno je vesadaozbiljnorazmiljationjemuiulagatiunjegovrazvoj.Osnovnitehnoloki problemi su reeni,ali su poetna ulaganja velika i za njih su potrebne dravne odluke. Uosnoviinijebitnokojajezemljaprvakomercijalnorazvilamaglevsistem,jernove tehnologijepolako ali sigurno prelaze sve granice, i svako ima vremena videti rezultate drugih, prije nego to donese odluku da li e razvijati vlastitu ili uvoziti tuu tehnologiju. Istorijameutimdefinitivnopokazujedasuuprolostistrategijskeprednostiimalioni koji su predvodili u razvoju i uvoenju novih tehnologija. Ovo je svakako tehnologija u koju treba investirati za bolje sutra . 35Literatura

1.http://www.transrapid.de 2.http://www.magnet.fsu.edu 3.http://www.siemens.com 4.http://www.wikipedia.com 5.Shanghai Builds Maglev Rail Line, www.goldsea.com 6.Baltimore-Washington Project, www.bwmaglev.com 7.Railway Technical Research Institute, Japan, Maglev, www.rtri.or.jp 8.INTECO Sp. z o. o. , Poland - Sistem Magnetne Levitacije sa dva elektromagneta9. Elektrina vua - prof. Slobodan N. Vukosavi,Beograd