หลักการทํางานรถไฟฟ้าความเร็วสูง

ปัจจุบัน รถไฟความเร็วสูงเป็นที่นิยมใช้อย่างแพร่หลายในทวีปยุโรป สำหรับประเทศในทวีปเอเซียที่มีรถไฟความเร็วสูงบริการประชาชนแล้ว คือ ญี่ปุ่น เกาหลี ไต้หวัน และจีน 

ประเทศที่ได้ชื่อว่ามีเทคโนโลยีและอุตสาหกรรมการสร้างรถไฟความเร็วสูงเป็นของตนเอง ได้แก่ ญี่ปุ่น ฝรั่งเศส เยอรมัน เกาหลีและจีน 

รถไฟที่ใช้ขน ส่งผู้โดยสารแยกเป็นกลุ่มใหญ่ๆได้ 3 กลุ่ม คือ รถไฟในเมือง (Urban rail) รถไฟระหว่างเมือง (Inter-city rail) และรถไฟความเร็วสูง (High speed rail) รถไฟทั้งสามประเภทนี้ทำหน้าที่ต่างกันและมีวัตถุประสงค์ในการออกแบบต่างกัน

รถไฟระหว่าง เมืองเป็นรถไฟแบบดั้งเดิมที่มีบริการหลายประเภทวิ่งร่วมทางกันโดยจอดให้ บริการตามชุมชนรายทางต่างกัน เช่น รถด่วนจะจอดเฉพาะชุมชนขนาดใหญ่ รถเร็วจอดเฉพาะชุมชนขนาดใหญ่และชุมชนขนาดรองลงมาเพื่อลดเวลาการเดินทาง ส่วนรถธรรมดาจอดให้บริการทุกชุมชนตามสถานีรายทาง ทางรถไฟนี้จะมีขบวนรถสินค้าเดินร่วมทางด้วยเพื่อเพิ่มการใช้ประโยชน์จากทาง รถไฟที่ลงทุนก่อสร้างขึ้น

รถไฟความเร็ว สูงเป็นรถไฟที่วิ่งบริการระหว่างชุมชนขนาดใหญ่มากตามรายทางซึ่งมีความต้อง การเดินทางที่เร็วกว่าการใช้รถไฟธรรมดา ความต้องการเดินทางนี้อาจสนองตอบได้โดยใช้เครื่องบิน แต่หากจำนวนผู้โดยสารที่เดินทางสูงมาก ก็คุ้มค่าที่จะลงทุนสร้างเป็นรถไฟความเร็วสูงแยกทางวิ่งออกไปจากทางรถไฟ ธรรมดา

แต่ก่อนจะเข้าเรื่องรถไฟแม็กเลฟ เรามาทำความรู้จักกับแม่เหล็กไฟฟ้ากันก่อน

ขอบคุณรูปภาพจาก www.freeimages.com

แม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic)

แม่เหล็กไฟฟ้า ต้องใช้กระแสไฟฟ้าเพื่อสร้างสนามแม่เหล็ก

อย่างที่เราทราบกันดีว่าแม่เหล็กมี 2 ขั้ว คือ ขั้วเหนือ และขั้วใต้ ขั้วเหมือนกันจะดูดกัน ขั้วต่างกันจะผลักกัน ซึ่งแม่เหล็กไฟฟ้าก็เหมือนกับแม่เหล็กทั่วไป แต่แม่เหล็กไฟฟ้าต้องใช้กระแสไฟฟ้าเพื่อสร้างสนามแม่เหล็ก

แม่เหล็กไฟฟ้า เป็นแม่เหล็กที่เกิดขึ้นในลักษณะเดียวกันกับแม่เหล็กถาวร แต่เหล็กที่นำมาใช้เป็นเพียงเหล็กอ่อนธรรมดา เมื่อมีการป้อนกระแสไฟฟ้าผ่านเข้าไปในขดลวดที่พันอยู่รอบแท่งเหล็กอ่อนนั้น แท่งเหล็กอ่อนก็จะมีสภาพเป็นแม่เหล็กไปทันที แต่เมื่อหยุดจ่ายกระแสไฟฟ้าเข้าไปอำนาจแม่เหล็กก็จะหมดไปด้วย

“Maglev” คืออะไร?

Maglev ย่อมาจาก Magnetic Levitation คือ การใช้สนามแม่เหล็กมายกให้รถไฟลอยอยู่บนราง รวมทั้งใช้รถไฟฟ้าเหนี่ยวนำให้เป็นสนามแม่เหล็ก เพื่อเป็นตัวขับเคลื่อนและหยุดรถ

รถไฟแม็กเลฟ เป็นยานพาหนะที่ขับเคลื่อนด้วยพลังแม่เหล็ก ซึ่งทำให้มันลอยอยู่เหนือรางตลอดเวลา และสามารถเดินทางได้ด้วยความเร็วมากกว่า 500 กิโลเมตรต่อชั่วโมง และลอยอยู่เหนือรางประมาณ 1-10 เซนติเมตร และไม่มีคนขับ

การกำหนดความเร็วทั้งหมดทำโดยคอมพิวเตอร์ส่วนกลาง ซึ่งทำหน้าที่ควบคุมการไหลของกระแสไฟฟ้า เพื่อสร้างสนามแม่เหล็กให้รถเคลื่อนที่ไปในเวลาที่ต้องการ ระบบสับเปลี่ยนรางควบคุมโดยคอมพิวเตอร์ และถ้าเกิดเหตุฉุกเฉิน แบตเตอรี่ที่ติดตั้งไว้ในตัวรถจะทำการจ่ายกระแสไฟฟ้า เพื่อบังคับให้รถหยุดอย่างแม่นยำที่ความสูงเหนือราง 10 มิลลิเมตร

ทำไม Maglev ถึงลอยได้

ขอบคุณรูปภาพจาก nexusp4science.wordpress.com

การที่รถไฟแม็กเลฟสามารถลอยได้นั้นเกิดจากการลอยตัวของแม่เหล็ก ซึ่งสามารถทำได้โดยใช้แรงดูดหรือแรงผลัก หรือเป็นระบบที่ใช้ทั้งแรงดูดและแรงผลักร่วมกัน ทำให้รถไฟลอยอยู่ในอากาศได้

หลักการคือทำให้แม่เหล็กสองข้างสลับขั้วเหนือขั้วใต้อย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดแรงดึงไปข้างหน้าและแรงผลักจากข้างหลัง ส่งผลให้ตัวรถพุ่งไปข้างหน้าอย่างรวดเร็ว  ส่วนรางและรถไฟจะทำงานด้วยกัน ด้วยการสร้างและควบคุมการยกและ ผลักกันด้วยสนามแม่เหล็ก

ประเภทของรถไฟ Maglev

ขอบคุณรูปภาพจาก www.pngfuel.com

Electromagnetic Suspension (EMS) หรือ การลอยตัวด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า

รถไฟแบบ EMS ส่วนล่างของรถ จะยื่นงุ้มออกมาหุ้มรางเอาไว้ และใช้แม่เหล็กที่ติดอยู่กับรถ ดูดกับแม่เหล็กที่ติดอยู่กับราง โดยตัวรถจะลอยอยู่เหนือรางแค่ 1 เซนติเมตรเท่านั้น

EMS จะลอยอยู่ตลอด ถึงแม้จะจอดอยู่เฉยๆ เพราะระบบนี้ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ที่อยู่บนตัวรถไฟ ซึ่งถ้าใช้ไปเรื่อยๆโดยไม่อัดประจุเพิ่มก็จะลอยได้นานแค่ 1 ชั่วโมง แต่ตัวรถไฟออกแบบให้วิ่งไปด้วยอัดไฟไปด้วย จึงสามารถใช้ได้นานยิ่งขึ้น ซึ่งรถไฟแบบ EMS นี้ได้พัฒนาขึ้นในประเทศเยอรมัน

Electrodynamic Suspension (EDS) หรือ การลอยตัวด้วยไฟฟ้าพลศาสตร์

รถไฟแบบ EDS เป็นระบบที่ใช้แม่เหล็กที่ทำจากสารตัวนำยิ่งยวด ซึ่งถ้าหากอุณภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤติค่าหนึ่ง ตัวนำยิ่งยวดนี้จะนำไฟฟ้าได้โดยไร้ความต้านทานทางไฟฟ้า

ในขณะที่รถวิ่งเส้นแม่เหล็กจากขดลวดตัวนำยิ่งยวดจะไปเหนี่ยวนำขดลวดที่อยู่ 2 ข้างทางให้กลายเป็นแม่เหล็กชั่วคราว เกิดแรงผลักจากด้านล่างและแรงดึงขึ้นจากด้านบนทั้ง 2 ข้าง ซ้ายและขวา ทำให้ตัวรถไฟลอยได้ถึง 10 เซนติเมตรเหนือราง

-ขอบคุณแหล่งข้อมูล https://school.dek-d.com