Lineaire inductiemotor

Onderwerp:

Rien Broekstra en Elmer van Geijn Gymnasium Beekvliet

In dit onderzoek hebben Rien en Elmer onderzocht of het mogelijk is om op kleine schaal een zweeftrein te ontwerpen, te bouwen en m.b.v. een computer te besturen. Ze zijn begonnen met twee modellen.

Het eerste model houdt in dat de trein wordt voorzien van een permanente magneet, die door ompolende magnetische velden een voortstuwende kracht ondervindt. De ompolende magnetische velden worden veroorzaakt door enkele spoelen die om en om verschillend aangesloten zijn. Na enig experimenteren hebben de leerlingen een kleine voortstuwing waargenomen, het bleek echter niet mogelijk om de trein te laten zweven met deze methode.

In het tweede model wordt een lineaire inductiemotor gebruikt voor de voortstuwing. De lineaire inductiemotor werkt als volgt:

Een aantal spoelen wordt in een rechte lijn gezet. Deze worden in groepen aan één van de drie fasen van een drie-fasen-spanningsbron aangesloten. Boven de spoelen hangt een beweegbare geleidende plaat (b.v. aluminium). In deze plaat zal door de drie-fasen-stroom een bewegend magnetisch veld lopen. Dit magnetisch veld zal zich in een golfbeweging verplaatsen; er ontstaan verdichtingen en verdunningen in de magnetische flux. Door de veranderingen in flux zullen er Lorentzkrachten optreden. De resulterende kracht zal ervoor zorgen dat de plaat gaat bewegen. Dit model is verder uitgewerkt in dit EXO.

Om balansproblemen te voorkomen hebben de leerlingen een monorail geconstrueerd. De trein hangt m.b.v. twee wielstellen aan deze monorail. De wielstellen zijn draaibaar gemonteerd aan een aluminium plaat. Onder de monorail zijn 30 spoelen geplaatst.

Rien en Elmer hebben een schakelkast gebouwd voor het schakelen van de trein. Deze kast bevat een I/O-kaart (deze zet analoge signalen om in digitale of omgekeerd), voor het aansturen van de trein met een computer en tien 3-polige relais. Deze schakelen de spoelen aan in groepen van drie, waarbij elke spoel met één van de drie fasen verbonden zijn.

De leerlingen hebben regelmatig problemen ondervonden bij het aansluiten van de spoelen. Dit dient zeer nauwkeurig te gebeuren. Het verkeerd polen van de spoelen heeft fatale gevolgen voor de voortstuwing. Ook bleek de voortstuwing belemmerd te worden wanneer er onderbrekingen zijn in het bewegend magnetisch veld.

De opstelling verbruikte een elektrisch vermogen van 6 tot 8 kW, dit leverde slechts een maximumsnelheid van ca. 1 m/s. Het rendement moet dus aanzienlijk verhoogd worden om deze methode commercieel aantrekkelijk te maken.