Le train MAGLEV

15 Pages·2003·1.05 MB·French

SOUBIGOU Antoine
GE1
LE GUENNOU Pascal
Année 2001 Professeur : Mr Sturtzer
I. Introduction

Aimants de supraconduction, sûreté, fiabilité

II. Intérêt

Grandes vitesses, usure, coût.

III. Principe

III.1. Principe de lévitation magnétique
III.2. Principe de propulsion
III.3. Principe de guidage latéral

IV. En détails

IV.1. La voiture
IV.2. L’aimant de supraconduction
IV.3. Voie de guidage

IV.3.1. Les faisceaux
IV.3.2. L’installation des panneaux

V. Conclusion

Futures utilisations, avantages et inconvénients.
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I Introduction

Un système élevé superbe de transport à grande vitesse doté d’un système d'entraînement non
adhésif qui est indépendant des forces de friction entre roue et rail fut un rêve de longue date pour les
ingénieurs ferroviaires. Le train Maglev (Magnetique levitation train), combinant les aimants de
supraconduction et la technologie linéaire de moteur, assure un fonctionnement parfait à vitesse
élevée, une grande sûreté, de la fiabilité, de basses influences sur l'environnement ainsi qu’un entretien
considérablement réduit.

Les objectifs de développement sont les suivant : freins aérodynamiques, qui utilisent la
drague aérodynamique des panneaux sur le toit de voiture, et freins à disque pour le fonctionnement à
vitesse élevée; les enroulements sur la voie utiles pour la lévitation de paroi latérale; un circuit
d'alimentation de haute puissance pour des inverseurs de la modulation de largeur d'impulsion (PWM)
à l'aide de thyristors d'arrêt de porte (GTO); le changement de voie pour le dépassement à vitesse
réduite ou élevée.

Ligne d’essai de Yamanashi

Un développement limite s'est produit pour Maglev en 1990 lorsqu’il a gagné le statut d'un
projet national. Le ministre du transport a autorisé la construction de le ligne d’essai de Yamanashi,
visant la confirmation finale de Maglev pour l'usage pratique. Elle a été ouverte le 3 avril 1997 et est
maintenant utilisée pour réaliser les essais courants. La même année, le véhicule MLX01 de Maglev
(en image plus loin ) comprenant trois voitures, a réalisé des records de vitesses mondiales atteignant
un maximum de 531 km/h dans un véhicule équipé le 12 décembre, et une vitesse maximum de 550
km/h dans un véhicule non piloté le 24 décembre. Le 18 Mars 1999, MLX01, avec cette fois ci cinq
voitures a atteint une vitesse maximum de 548 km/h. Le 14 Avril 1999, cette composition de cinq
voitures a surpassé l'enregistrement de vitesse du train de trois voitures, atteignant une vitesse
maximum de 552 km/h dans un passage équipé de véhicule.
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II Intérêt

Ces trains à lévitation présentent plusieurs avantages : outre le fait qu'ils circulent à de très
hautes vitesses (ce qui raccourcit la durée des trajets), ils n'usent pas les voies (car il n'y a pas de
contact direct), et le problème du captage du courant par pantographe ne se pose plus. Les contraintes
des trains sur rails (contact pantographe-caténaire, adhérence, freinage, signalisation) n'autorisent pas
aujourd'hui des vitesses commerciales au-delà de 350 km/h. Les trains à lévitation semblent donc
prometteurs, mais les problèmes liés à leur mise au point (entre autres le problème du captage de
l'énergie - il n'y a plus de contact !) et les infrastructures nécessaires font qu'aujourd'hui, les trains
conventionnels ont encore de beaux jours de recherche devant eux.
Mais de plus en plus de région s’intéresse à ce système, par exemple un projet au alentour
d’atlanta est en discussion, mais encore, l’aérospatial serait intéressée par ce système pour propulser
les navettes du sol, l’avantage principal étant le carburant en moins.

III Principe

Cette dernière est basée sur la répulsion entre les éléments embarquées sur le train et des
plaques conductrices (ou des bobines court-circuitées) situées sur la voie. L'avantage des bobines est
de réduire la puissance dissipée. L'entrefer (distance sol-train) peut être de 10 cm si les aimants du
train sont suffisamment puissants. Il faut faire appel à la supraconductivité. Par interaction entre un
inducteur embarqué et des bobines sur la voie, le train se meut pour le plus grand bonheur des
ruminants.
Le Maglev est donc un système dans lequel le véhicule fonctionne en lévitation sur la voie de
guidage (correspondant aux voies ferroviaires des chemins de fer conventionnels) en utilisant les
forces électromagnétiques entre les aimants super conducteur à bord du véhicule et des enroulements
sur le rail. Ce qui suit est une explication générale du principe de Maglev. On y décrit trois principes
fondamentaux qui assure la bonne lévitation du train.

III.1. Principe de lévitation magnétique

Les " 8 " sont composés d’enroulements de

lévitation installés sur les parois latérales de la voie de

guidage. Quand les aimants de supraconduction, à bord

du véhicule, passent à une grande vitesse à quelques

centimètres au-dessous du centre de ces enroulements,

un courant électrique est induit dans les enroulements,

qui agissent alors en tant qu'électro-aimants
temporairement. En conséquence, il y a des forces qui
poussent l'aimant super conducteur vers le haut et
d’autres qui les tirent vers le haut simultanément,
faisant léviter de ce fait le Maglev.

III.2. Principe de propulsion
Une force répulsive et une force attrayante induite

entre les aimants sont employées pour propulser le
véhicule (aimant de supraconduction). Les enroulements
de propulsion situés sur les parois latérales des deux côtés
de la voie de guidage sont activés par un courant alternatif
triphasé d'une sous-station, créant un champ magnétique
de décalage sur la voie de guidage. Les aimants de
supraconduction à bord sont attirés et poussés par la zone
de décalage, propulsant alors le véhicule Maglev.
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III.3. Principe de guidage latéral
Les enroulements de lévitation se faisant face
sont reliés sous la voie de guidage, constituant alors
une boucle. Quand le véhicule, contenant l’aimant,
se déplace transversalement, un courant électrique
est induit dans la boucle, ayant pour résultat une
force répulsive agissant sur les enroulements de
lévitation les plus proches du wagon et une force
attractive agissant sur les enroulements de lévitation
les plus loin. Ainsi, une voiture courante est
toujours située bien au centre de la voie de guidage.

IV En détail

Nous allons maintenant voir plus en détail le véhicule de Maglev, ses caractéristiques
générales (portes, intérieur, freins aérodynamiques, arrangement) mais aussi certains schéma vous
nous permettre de mieux visualiser la technologie de guidage et de propulsion du train (chariots,
aimants…).

IV.1. la voiture

Avant du MLX01 en aero-wedge Arrière du MLX01 en double cusp

MLX01 (X signifie Expérimental) est le premier train (composé de 3 voitures) à rouler sur la
ligne d’essai de Yamanashi. Les voitures principales sont conçues dans deux modèles: le double cusp
et l’aero-wedge, pour réduire au minimum la résistance aérodynamique lors des grandes vitesses. Et en
prévision d'essai habités, les deux voitures principales sont équipées de sièges.
MLX01 est complété de freins de sauvegarde à bord, à savoir des freins aérodynamiques et des freins
à disque, bien prouvés sur les plus anciennes versions.

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Caractéristiques du wagon :

Dimension de la voiture (m)
Poids (t) Nombre de voiture Capacité d’accueil
Longueur*Largeur*Hauteur
Voiture principale * 1
Voiture principale
29,0
28,0 x 2,90 x 3,32 Voiture de tête : 2 Voiture principale * 1 : 46
Voiture principale * 2
Voiture centrale Voiture centrale : 1 Voiture principale * 2 : 30
30,0
21,6 x 2,90 x 3,32
Voiture centrale : 20,0
Enroulement de supra
conduction
(enroulement de Sc) Vitesse maximale
Site de passage Année de mise en service
Force magnétique (kA) * (km/h)
Nombre de pôles * nombre de
rangées
700 x 4 x 2 550 (prévus) Voie d’essai de Yamanashi 1996

Chariot de guidage

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IV.2. L’aimant de supraconduction

Le SCM (SuperConducting Magnet soit l’aimant de supraconduction) est l'élément principal
de supraconduction du Maglev. Deux SCM sont montés sur chaque wagon.
Chaque SCM de la ligne d’essai de Yamanashi se compose de 4 enroulements de supraconducteurs.
Le SCM a l’avantage d’avoir une fiabilité ainsi qu’une longévité élevée, incarnant les
accomplissements de la piste d’essai de Miyazaki.
L'unité cylindrique visible au dessus est un réservoir contenant un mélange d’hélium et d’azote
liquéfiés. L'unité inférieure est un enroulement de supraconducteur générant alternativement des pôles
N et pôles S. À une extrémité du réservoir se trouve le réfrigérateur à bord intégralement attaché, qui
sert a liquéfier l'hélium une fois celui-ci vaporisé par absorption régulière de chaleur et par les
perturbations externes crées durant le trajet.

Voici un schéma de cet élément :

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Taille des pôles Disposition Taille adaptée
4 pôles, 2 rangées 0,57 m
1,35 m
(symétrique des deux côtés) (taille au-dessus de centre d'enroulement de Sc dans la roue)
Force Distance de gauche à Dimensions d'enroulement de supraconducteur
magnétomotrice droite Largeur*longueur
1,07 m X 0,5 m
700 kA 2,98 m
(piste d'unité de feuillets magnétiques)
système de réfrigération du système
Re-liquéfaction circulaire par le refroidissement direct

IV.3. Voie de guidage

La voie de guidage se compose
d'une structure correspondant à la piste
conventionnelle, et d’enroulement au sol
correspondant au moteur conventionnel.
C'est un élément essentiel du Maglev.
Pour la ligne d'essai de Yamanashi, les trois
étapes d'installations suivantes des
enroulements au niveau du rail de guidage
pour la propulsion, la lévitation, et le
guidage latéral sur la voie sont celles
adoptés, répondant alors à la meilleure
approche commercial.

IV.3.1 Les faisceaux

Dans l’étape dite des faisceaux, la partie de paroi latérale sera constituée seulement de
faisceaux en béton. Le processus entier du faisceau fabriqué à l'installation des enroulements ont lieu à
l'usine sur le site (yard temporaire). Un faisceau terminé est transporté sur le site de travail sans les
enroulements, pour être placé sur deux lits de béton installés à l'avance.

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IV.3.2 L’installation des panneaux

Dans l’usine installée sur place (yard temporaire) le panneau de béton est produit et attaché
avec les enroulements. L'assemblage terminé est porté sur le site de travail, où il est fixé, avec 10
boulons, à la paroi latérale érigée à l'avance.

IV.3.3 L’attache finale

Au site de travail dans les tunnels ou sur les passerelles par partie concrète de paroi latérale est
produit. Au même site la paroi latérale terminée est directement équipée des enroulements moulus.
Sans le besoin d'usine ou de véhicule de transport, cette méthode est économiquement supérieure aux
autres deux, mais à ses mensonges d'inconvénient parce qu'elle permet seulement à de légers réglages
de différents enroulements moulus de corriger les irrégularités.

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IV.3.4. Alimentation du train

L'inverseur installé à la sous-station pour la conversion de puissance est un service pour
transformer la puissance assurée à partir de l'entreprise de service public à la fréquence commerciale
en un d'une fréquence exigée pour l'exécution de train. Pour la ligne d'essai de Yamanashi Maglev il y
a des inverseurs fournis dans trois positionnements respectivement pendant trois phases, de 38 MVA
pour la ligne du nord et de 20 MVA pour la ligne du sud. Selon la vitesse de train, les inverseurs du
nord de ligne donnent un résultat de fréquence de 0-56 hertz (550 km/h) et les inverseurs du sud de
ligne donnent un résultat de fréquence de 0-46 hertz (450 km/h). Le système de commande d'exécution
au centre d'essai formule les courbes de passage, qui instruisent à leur tour le système de commande
d'entraînement à la sous-station pour la conversion de puissance.

Unité de conversion d’énergie

IV.3.5. les enroulements

Enroulement de propulsion Enroulement de lévitation

Pour le LSM supraconducteur (LSM étant Le moteur linéaire synchrone), l'enroulement est un
élément essentiel correspondant à l'armature dans le moteur conventionnel et aux rails conventionnels.
Les enroulements viennent dans deux types : ceux de propulsion pour propulser le véhicule et ceux de
lévitation assurant la lévitation du véhicule et pour le guider transversalement. Quand le courant
électrique entre dans ces derniers, le véhicule de Maglev peut alors se déplacer.
Sur la ligne d’essai de Yamanashi, les enroulements de propulsion sont disposés en deux
couches superposées pour réduire les perturbations électromagnétiques externes influençant l’aimant
de supraconduction, les enroulements de lévitation sont placés sur ces enroulements de propulsion.
Les enroulements de propulsion et ceux de lévitation sont des conducteurs en aluminium enroulés et
moulé avec de la résine. Les enroulements de propulsion sont exigés pour être électriquement isolés et
mécaniquement résistant, alors que les enroulements de lévitation sont exigés principalement pour être
mécaniquement forts. Par conséquent les enroulements de propulsion sont des bâtis en résine
d’époxye, alors que les enroulements de lévitation sont des bâtis de résine insaturée de polyester
renforcée avec des fibres de verre.

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