6Universidad Distrital. Chingat, Cely. Aplicacin motor lineal.

(Tren de levitacin magnticaChingat Oscar, Cely Ivn.

Cd.: 20102007001, Cd.: 20102007027.

oscardchingate13@hotmail.com, ifcelyg@gmail.com.Universidad Distrital Francisco Jos de Caldas.Resumen En el siguiente informe se planea dar cuenta de una de las aplicaciones que tiene los campos magnticos en los dispositivos que se encuentran hoy en da en la vida cotidiana. Inicialmente se encuentra que existen maquinas que generan campos magnticos como una bobina electromagntica. Esta bobina electromagntica funciona si se tiene en cuenta que al circular una corriente sobre el cobre del cable se genera un campo magntico. Esta bobina electromagntica tiene una parte de aplicacin como un motor lineal sncrono y este a su vez tiene aplicacin sobre los trenes de levitacin magntica.

Abstract- The following report is planned to account for one of the applications that have magnetic fields in devices that are today in everyday life. Initially you will find that there are machines that generate magnetic fields as an electromagnetic coil. This electromagnetic coil works if you consider that the circular current on the copper wire, a magnetic field is generated. This electromagnetic coil has an application as part of a synchronous linear motor and this in turn has application to magnetic levitation trains.

ndice de TrminosI. INTRODUCCINLos avances tecnolgicos en el ltimo siglo fueron posibles gracias al avance de la ciencia en los ltimos tiempos. El hombre se ha encargado desde la antigedad de estudiar los fenmenos que lo rodean y trata de dar sentido al mundo del cual todos hacemos parte. Entre estos fenmenos existe el llamado fenmeno del magnetismo. El magnetismo se puede decir a grandes rasgos que es un fenmeno por el cual los objetos ejercen fuerzas de atraccin o repulsin sobre otros materiales. Dentro de estos materiales existen los del nquel, hierro, cobalto y sus aleaciones que comnmente se llaman imanes. Y adems de esto existen diversos artefactos que se encargan de generar campos magnticos los cuales son generados por los imanes. Entre los dispositivos que generan un campo magntico se encuentra la bobina electromagntica que bsicamente funciona cuando una corriente elctrica que circula por ella y se genera un campo magntico y a la inversa si se hace que un campo magntico se mueva a travs de la bobina se genera en ella una tensin elctrica y pues bajo estos dos efectos existen diversas aplicaciones, como un motor lineal. El cual bajo el mismo principio de funcionamiento que un motor convencional genera un movimiento lineal mediante el campo magntico producido por bobinas colocadas linealmente. Existen diferentes tipos de motor lineal como el motor sincrnico. En este diseo de motor lineal se controla la velocidad de desplazamiento del campo magntico con el uso de dispositivos electrnicos para regular el movimiento del rotor. Debido a asuntos econmicos los motores sincrnicos lineales casi nunca utilizan conmutadoras por lo que el rotor contiene imanes permanentes. Ejemplos de aplicacin de los motores lineales sncronos son los que se usan en los maglev o trenes de levitacin magntica.

Los maglev o el transporte de levitacin magntica es un sistema de transporte que est compuesto por la suspensin, gua y propulsin de vehculos, principalmente trenes, utilizando una gran cantidad de imanes para la sustentacin y movimiento a base de levitacin magntica. Los trenes de levitacin magntica son muy interesantes dado la velocidad que pueden manejar al tener friccin solo con el aire por estar suspendidos en una especie de colchn magntico. Aunque existen estudios referentes a los trenes para hacerlos ms viables econmicamente. Y as se encuentra una interesante aplicacin de los motores lineales teniendo en cuenta que los motores funcionan a base de magnetismo.

II. procedimiento para la Sumisin del Documento

III. ANALISISLa figura 1 ilustra la diferencia entre el tren convencional y el tren de levitacin magntica. Mientras que el tren convencional utiliza un motor rotativo para la propulsin y depende del ferrocarril para orientacin y apoyo, el tren de levitacin magntica consigue fuerza de propulsin de un motor lineal y utiliza electroimanes para orientacin y apoyo. A continuacin detallaremos los diferentes elementos para la propulsin, orientacin y apoyo.

Figura 1. (a) Sistema rotativo, (b) sistema de levitacin magntica

1 Levitacin

Por lo general, hay tres tipos de tecnologas de levitacin: la suspensin electromagntica; la suspensin electrodinmica, y la suspensin electromagntica hbrida.

1.1 Suspensin electromagntica (EMS): La levitacin se lleva a cabo en base a la fuerza de atraccin magntica entre un carril-gua y electroimanes, como se muestra en la figura 2. Esta metodologa es inherentemente inestable debido a la caracterstica del circuito magntico. Por lo tanto, un control preciso del entrehierro es indispensable para mantener el espacio del aire uniformemente. La suspensin electromagntica se utiliza generalmente en pequeos espacios de aire, como 10 mm, ya que la velocidad se hace ms alta. Sin embargo, el EMS es ms fcil que EDS tcnicamente y es capaz de levitar por s mismo en cero o bajas velocidades (es imposible con el tipo EDS).

Figura 2. Suspension electrmagnetica. (a)levitacion y guia integradas, (b) levitacion y guia separadas.En el EMS, hay dos tipos de tecnologas de levitacin: la levitacin y la orientacin de tipo integrado como UTM coreano y japons HSST y la levitacin y orientacin separados como Transrapid alemn. Este ltimo es favorable para la operacin de alta velocidad porque la levitacin y la orientacin no interfieren entre s, pero el nmero de controladores aumenta. El primero es favorable para la operacin de bajo costo y de baja velocidad porque el nmero de electroimanes y controladoresse reduce y la fuerza de gua se genera automticamente por la diferencia de resistencia. La calificacin de suministro de energa elctrica del tipo integrado es ms pequea que la del tipo separado, pero a medida que aumenta la velocidad, la interferencia entre la levitacin y de orientacin aumenta y es difcil controlar la levitacin y orientacin simultneamente en el tipo integrado.

En general, la tecnologa EMS emplea el uso de electroimanes pero hoy en da, hay varios informes en la cual han utilizado la superconductividad, que se utiliza por lo general para la tecnologa EDS. Desarrollo del superconductor de alta temperatura crea un campo magntico, es econmica y fuerte en comparacin con los electroimanes convencionales a pesar de que tiene algunos problemas, tales como el sistema de refrigeracin.

1.2 Suspensin electrodinmica (EDS): Mientras que el EMS utiliza fuerza de atraccin, el EDS utiliza la fuerza de repulsin de la levitacin. Cuando los imanes unidos en el bordo se mueven hacia adelante en las bobinas inductoras o lminas conductoras situadas en el carril-gua, las corrientes inducidas fluyen a travs de las bobinas u hojas y generan el campo magntico como se muestra en la figura 3. La fuerza de repulsin entre este campo magntico y los imanes producen que levite el vehculo. El EDS es tan estable magnticamente que no es necesario para controlar el espacio de aire, que es de alrededor de 100 mm, y as es muy fiable para la variacin de la carga. Por lo tanto, EDS es altamente conveniente para la operacin de altas velocidades. Por los imanes, el EDS se puede dividir en dos tipos, tales como el imn permanente (PM) y el imn superconductor (SCM).

Figura 3. Suspensin electrodinmica. (a) uso de imanes permanentes. (b) uso de imanes superconductores.

1.3 Suspensin Electromagntica hbrida (HEMS): Con el fin de reducir el consumo de energa elctrica en el EMS, los imanes permanentes se utilizan en parte con electroimanes como se ilustra en la figura 4. En un cierto espacio de aire en estado estacionario, el campo magntico de los PM es capaz de soportar el vehculo por s mismo y la energa elctrica para los electroimanes que controlan el espacio de aire puede ser casi cero. Sin embargo, HEMS requiere una variacin mucho mayor de la amplitud de la corriente en comparacin con el EMS desde el punto de vista de los electroimanes porque la PM tiene la misma permeabilidad que el aire.

Figura 4. Suspensin electromagntica hibrida2 Propulsin

El tren de levitacin magntica recibe su fuerza de propulsin de un motor lineal, que es diferente de un motor rotativo convencional; que no utiliza el acoplamiento mecnico para el movimiento rectilneo. Por lo tanto, su estructura es simple y robusta en comparacin con el motor rotativo. La figura 5 muestra el concepto del motor lineal derivado del motor rotativo. Se trata de un motor rotativo convencional cuyo estator, el rotor y los devanados han sido cortados y quedan abiertos, y colocado en el carril-gua. A pesar de que el principio de funcionamiento es exactamente el mismo que el motor rotativo, el motor lineal tiene una longitud finita de una parte primaria o secundaria y causa "efecto fin". Adems, el gran espacio de aire disminuye la eficiencia.

Figura 5. Concepto del motor lineal desde el motor rotativoSin embargo, el motor lineal es superior al motor rotativo en el caso de movimiento rectilneo, debido a la cantidad menos significativa de la vibracin y el ruido que se generan directamente desde el contacto mecnico de los componentes tales como el tornillo, cadena, y la caja de cambios.2.1 Motor de induccin lineal (LIM): El principio de funcionamiento del LIM es idntico al motor de induccin. Ah campos magnticos variantes en el espacio-tiempo que son generados por la parte primaria a travs del entrehierro e inducen la fuerza electromotriz (FEM) en la parte secundaria, una lmina conductora. Este FEM genera las corrientes de Foucault, que interactan con el flujo en el entrehierro y as producen la fuerza de empuje conocida como fuerza de Lorentz. Hay dos tipos de la siguiente manera. 1) Tipo de primaria a corto plazo (SP): las bobinas del estator se encuentran en el bordo y las lminas conductoras estn en la gua. 2) Tipo largo primario (LP): las bobinas del estator estn en las hojas de los carriles-gua y los conductores se encuentran en el bordo, como se muestra en la figura 6. Para el tipo LP, el costo de construccin es mucho ms alto que la de tipo SP pero no necesita ningn colector de corriente para funcionar.

Figura 6.motor de induccion lineal2.2 Motor lineal sincrnico (LSM): A diferencia del LIM, el LSM tiene una fuente magntica dentro de s mismo, como se muestra en la figura 7. La interaccin entre las corrientes de campo y del inducido magntico produce la fuerza de empuje. La velocidad es controlada por la frecuencia del controlador. De acuerdo a la ubicacin de campo, hay dos tipos equivalentes a la LIM (LP y tipo SP). Adems, hay otros dos tipos de acuerdo con el campo magntico. Uno de ellos utiliza los electroimanes con ncleo de hierro (Transrapid alemn) y el otro utiliza los imanes superconductores con ncleo de aire (MLX japons). Los trenes de levitacin magntica de alta velocidad utilizan el LSM porque tiene un factor de eficiencia y el poder ms alto que el LIM. La eficiencia econmica del consumo de energa elctrica es muy importante para el funcionamiento de alta velocidad.

Figura 7. Motor lineal sincronico

3 Orientacin

El tren de levitacin magntica es un sistema sin contacto que requiere una fuerza de gua para la prevencin del desplazamiento lateral. Como en el caso de la levitacin, la orientacin se lleva a cabo electromecnicamente por la fuerza de repulsin magntica o atraccin magntica.3.1 Fuerza de repulsin magntica: Mediante el establecimiento de las bobinas de propulsin en los lados izquierdo y derecho de la va gua y la conexin de las bobinas, la fuerza electromotriz inducida (FEM) anula entre s cuando el tren pasa en el centro de la gua. Sin embargo, una vez que un tren pasa ms cerca de una pared lateral, las corrientes fluyen a travs de las bobinas de la FEM inducidas por la diferencia de distancia. Esto produce la fuerza de gua. En el MLX, mediante la conexin de las bobinas de levitacin correspondientes de ambas paredes laterales, estas bobinas funcionan como un sistema de gua. Cuando un tren se desplaza lateralmente, las corrientes que circulan entre estos dos bobinas son inducidas y esto produce la fuerza de gua. En el caso de la Transrapid, los electroimanes de orientacin laterales estn unidos en el lado de los carriles del vehculo y la reaccin son en ambos lados de un carril. La interaccin entre los mantiene centrada lateralmente el vehculo como se muestra en la figura. 8.

Figura 8. Transrapid alemn.

3.2 Fuerza magntica de atraccin: la fuerza de atraccin magntica se genera en la forma de reducir la resistencia y aumentar la inductancia cuando el vehculo se desplaza lateralmente. Debido a que la energa tiende a fluir hacia una pequea reluctancia, esto gua el vehculo centrado lateralmente. Dado que la orientacin est integrado con la levitacin, la interferencia entre ellos hace que sea difcil para funcionar a altas velocidades. Por lo tanto, la orientacin utilizando fuerza de atraccin se utiliza para la operacin de baja-media velocidad.IV. Conclusiones

Una seccin de conclusiones no se requiere. Aunque una conclusin puede repasar los puntos principales del documento, no reproduzca lo del resumen como conclusin. Una conclusin podra extender la importancia del trabajo o podra hacer pensar en aplicaciones y extensiones.

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AutoresBreve referencias sobre la formacin acadmica del autor y su experiencia.Traducido por:

Javier A. Gonzlez C.

Presidente Rama IEEE

Universidad Pedaggica y Tecnolgica de Colombia

2002

Este documento esta diseado para presentar (en ingles) el desarrollo de proyectos al IEEE. Es solo una gua, el autor debe ajustarlo a su necesidad

Premio Colombiano de Informtica ACIS 2011