Le train à sustentation électromagnétique (EMS)

Train a sustentation magnétique

Le train à sustentation électromagnétique (EMS)

Le Transrapid est un projet allemand basé sur un brevet de 1934. Sa mise au point a débuté en 1969 et sa piste d’essai, opérationnelle depuis 1987 se trouve à Emsland, en Allemagne.

Il s’agit d’un train à sustentation électromagnétique(EMS), la lévitation étant assurée par des électroaimants. La voie est munie de noyaux ferromagnétiques fixes (stator) qui attirent les électroaimants contenus dans la partie inférieure des voitures. Ceci permet la lévitation des voitures lorsque la force magnétique compense exactement la gravité. La distance entre les électroaimants et le stator est d’environ 10 mm. Le « plancher » des voitures (wagons ), flotte pour sa part à une quinzaine de centimètres au-dessus du rail.                       
 

 Cependant, ce type de lévitation est instable, car si la distance entre les électroaimants et le stator augmente, la force magnétique diminue. Le train risque alors de « tomber » et de toucher la voie. Inversement, si la distance entre les électroaimants et le stator diminue, la force magnétique augmente et les électroaimants risquent d’entrer en contact avec le stator. Il faut donc ajuster en permanence le courant électrique dans les électroaimants pour que l’intensité de la force magnétique soit appropriée et permette de maintenir la hauteur de lévitation voulue. C’est un système de stabilisation contrôlée par ordinateur qui s’en charge. La guidance latérale suit le même principe : des électroaimants permettent de garder un espace constant entre les bords du rail et le train.

La propulsion du train est assurée par un moteur synchrone linéaire

Voici l'explication d'un moteur synchrone "normale". Le rotor est constitué d'un électroaimant parcouru par un courant continu. Il se comporte donc comme un aimant libre de tourner sur un axe. Les courants qui parcourent les bobines du stator changent en permanence pour que le rotor soit toujours attiré par la bobine suivante lors de sa rotation. Les trois bobines du stator sont ainsi parcourues par des courants alternatifs (courant triphasé). Il en résulte, au niveau de l'axe, un champ magnétique tournant à la fréquence du courant alternatif. Ce champ magnétique entraîne le rotor à la même fréquence, d'où le nom « synchrone ».  Ce référer a cette page pour mieux comprendre.

Dans la version linéaire du moteur synchrone, les électroaimants parcourus par un courant continu (rotor) font partie des voitures. Il s’agit des électroaimants de lévitation qui servent aussi à la propulsion. L’équivalent des bobines du stator est constitué d’un triple circuit ondulant qui se trouve dans les voies, mêlé au noyau ferromagnétique Ces trois circuits sont alimentés par des courants alternatifs (courant triphasé) pour créer des pôles magnétiques nord et sud qui avancent le long de la voie.

Les électroaimants intégrés dans les voitures sont attirés vers l’avant par ces pôles, ce qui met le train en mouvement. La fréquence du courant alternatif détermine la vitesse d’avancement des pôles magnétiques et donc la vitesse du train. Le même système peut être utilisé pour freiner le train.

En résumé, les courants électriques de propulsion se trouvent dans la voie, tandis que les courants électriques de lévitation et de guidage prennent place dans les électroaimants des voitures. Pour la propulsion, toute la voie n’est pas alimentée en permanence : seule la portion de voie sur laquelle se trouve le train est alimentée. Pour la lévitation, le courant provient de batteries embarquées dans les voitures. Ces batteries sont rechargées par induction, à partir des variations rapides du champ magnétique produit par le circuit du stator. Le Transrapid circule donc sans câble d’alimentation. D’après le constructeur, la consommation électrique pour la lévitation est inférieure à celle du système de climatisation!