Frontier Technology of Electromagnetics—Maglev Train
Анотація: З розвитком науки і техніки життя людей зазнало карколомних змін. Взявши за приклад поведінку щодо базових життєвих потреб, з давніх часів до сьогодення ми пережили такі зміни, як ходьба, їзда верхи, екіпаж, поїзд, автомобіль, літак і так далі. В останні роки потяги на магнітній підвісці привернули увагу людей завдяки своїм перевагам у високій швидкості, захисті навколишнього середовища та енергозбереженні.
Ключові моменти:
1. Що таке поїзд на маглев?
2. Принцип роботи поїзда на магнітній підвісці: а. Тип постійної провідності.b. Принцип відштовхування електромагнітних полюсів з одностатевими c. Тип постійного магніту
3. Технічна основа маглевського поїзда
4. Китайський внутрішній маглевський поїзд
5. Переваги маглевських поїздів
Що таке поїзд на маглев?
Швидкісний потяг на магнітній підвісці — це технологічний винахід 20 століття, і його принцип не є глибоким. Він використовує властивість магнітів, що «одностатеві відштовхуються, а протилежні статі притягуються», так що магніт має здатність протистояти гравітації, тобто «магнітній левітації». Вчені застосовують принцип «магнітної левітації» до системи залізничного транспорту, завдяки чому потяг повністю відривається від колії та пливе, перетворюючись на «безколісний» потяг зі швидкістю сотні кілометрів на годину. Це так званий «маглевський потяг».
Принцип роботи маглевського поїзда:
Потяг Maglev – це продукт розвитку сучасних високих технологій. Принцип полягає у використанні електромагнітної сили для компенсації тяжіння землі, а тяга здійснюється лінійним двигуном, так що поїзд підвішений на колії (зазор підвіски становить близько 1 см). Його дослідження та виробництво включають багато дисциплін, таких як автоматичне керування, технологія силової електроніки, технологія лінійного приводу, механічне проектування та виробництво, моніторинг та діагностика несправностей тощо. Технологія дуже складна, і це важливий символ науково-технічного розвитку країни міцність і промисловий рівень. Порівняно зі звичайними колісними потягами, він має низький рівень шуму та першу в світі демонстраційну лінію поїздів на магнітній підйомі – Shanghai Maglev Train. Після завершення від станції Pudong Longyang Road до міжнародного аеропорту Pudong понад 30 кілометрів займе лише 6-6 кілометрів. 7 хвилин. Завдяки таким характеристикам, як відсутність забруднення, безпека, комфорт, висока швидкість і ефективність, він має репутацію "літака на нульовій висоті". Це новий вид транспорту з широкими перспективами, особливо підходить для міського залізничного транспорту. Потяги Maglev зазвичай поділяються на відштовхувальний і всмоктуючий тип відповідно до різних методів левітації, і їх можна розділити на високошвидкісні, середньо- та низькошвидкісні відповідно до робочої швидкості.
«Триватися подалі» — це основний робочий стан маглевського поїзда. Потяги Maglev використовують електромагнітну силу для протидії гравітаційному тяжінню Землі, дозволяючи потягу левітувати на колії. Під час роботи кузов автомобіля і гусениця знаходяться в стані «близькості», а зазор магнітної левітації становить близько 1 см, тому він має репутацію «літака нульової висоти». У порівнянні зі звичайними колесно-рейковими поїздами, він має такі характеристики, як низький рівень шуму, низьке споживання енергії, відсутність забруднення, безпека та комфорт, висока швидкість та висока ефективність, і вважається новим видом транспорту з широкими перспективами. особливо в цьому
Низькошвидкісні поїзди на магнітній підвісці особливо підходять для міського залізничного транспорту через малий радіус повороту та потужну здатність підніматися.
Випробовувані у світі швидкісні поїзди Maglev мають наступні моделі:
1. Нормально провідний (електромагнітний) тип
Використовуючи принцип притягування електромагнітних протилежностей, транспортний засіб підвішено на колії приблизно на 1 см. Ще в 1976 році Німеччина розробила експериментальний апарат постійної магнітної левітації, який в даний час представлений німецькою моделлю TR08 (ця модель була імпортована з Німеччини в Шанхай), з максимальною швидкістю 500 кілометрів на годину. Коли Прем’єр-міністр Чжу відвідав Німеччину в червні 2000 року, він спробував проїхатися цим високошвидкісним поїздом на 315-кілометровій випробувальній лінії повороту окулярів в Емслант ( ). Ще в 1992 році Німеччина оголосила, що технологія готова до комерційного застосування.
2. Використовуючи принцип електромагнітного полярного відштовхування при наднизькій температурі, транспортний засіб підвішено приблизно на 10 см над колією. У 1962 році Японія почала вивчати технологію надпровідних високошвидкісних потягів на маглевій підвісці, а в 1989 році в префектурі Яманасі було побудовано 184-кілометрову тестову лінію. Літак MLX01 встановив пілотований рекорд 552 кілометри на годину. Прем'єр-міністр Чжу спробував їздити на цьому типі поїзда, коли відвідав Японію у вересні 2000 року, і досі продовжує тестувати та вдосконалювати його.
3. Тип постійного магніту
Також відомий як літак на магнітній підйомі, насправді це високошвидкісний потяг на магнітній підйомі з постійним магнітом. Це створення, яке США досліджують і випробовують. Висота підвіски становить 8-15 см, а швидкість може досягати 550 кілометрів на годину. Оскільки по обидва боки поїзда є «зубчасті крила» (схожі на крила літака) і «хвіст» на хвості для рівноваги, його називають літальним апаратом на магнітній підйомі. Чотири компанії в Ченду, провінція Сичуань, заснували спільне підприємство з American Commercial Bank, Feimei Magnetic Levitation High-speed Aircraft Co., Ltd., і досягли навмисної угоди про співпрацю для впровадження американської технології. Обидві сторони спільно фінансували створення виробничої бази та планували побудувати тестову лінію довжиною близько 2 кілометрів.
Шанхайський потяг на магнітній підйомі — це поїзд на магнітній підйомі «постійної провідності» (іменується «постійною провідністю»). Він створений за принципом «протилежності притягуються». Це система підвіски всмоктування. Він використовує електромагніти підвіски, встановлені на візках з обох боків поїзда, і магніти, прокладені на колії. Сила всмоктування, створювана магнітним полем, змушує транспортний засіб плавати. . Електромагніти встановлені на днищі поїзда і на верху візків з обох боків. Реакційні пластини та індукційні сталеві пластини відповідно встановлені над рейкою «I» та під верхньою частиною плеча для контролю струму електромагніту таким чином, щоб між електромагнітом і рейкою підтримувався зазор у 1 см. , дозвольте тяжінню між візком і поїздом і силою тяжіння поїзда врівноважувати одне одного, і скористайтеся магнітним тяжінням, щоб підняти поїзд приблизно на 1 см, щоб поїзд завис на колії. Це повинно точно контролювати струм до електромагніту.
Принцип руху підвісного поїзда точно такий же, як і синхронного лінійного двигуна. Говорячи простою мовою, змінний струм, що протікає в котушці, розташованій по обидва боки колії, може перетворити котушку на електромагніт, і поїзд рушить з місця завдяки його взаємодії з електромагнітом на поїзді.
N-полюс електромагніту, що стоїть у голові поїзда, притягується S-полюсом електромагніту, встановленого на колії трохи попереду, і відштовхується N-полюсом електромагніту, встановленого на колії трохи пізніше. Коли потяг рухається вперед, напрямок струму, що протікає в котушці, змінюється, тобто вихідний S-полюс стає N-полюсом, а N-полюс стає S-полюсом. Цикл чергується, і поїзд біжить вперед.
Стійкість контролюється системою наведення. Направляюча система "магнітного всмоктування нормальної провідності" передбачає встановлення групи електромагнітів, спеціально використовуваних для керування збоку поїзда. Коли поїзд відхиляється вліво і вправо, направляючий електромагніт на поїзді
Взаємодіє з боковою частиною напрямної, створюючи силу відштовхування, яка повертає транспортний засіб у його нормальне положення. Коли поїзд рухається по кривій або рампі, система керування контролює струм у напрямному магніті для досягнення мети керування роботою.
Ідею маглевського поїзда «нормальної провідності» запропонував німецький інженер Герман Кемпер у 1922 році. Принцип роботи маглевського поїзда «нормальної провідності», колії та двигуна абсолютно однакові. Просто розташуйте «ротор» мотора на потязі, а «статор» мотора покладіть на колію. Завдяки взаємодії «ротора» і «статора» електрична енергія перетворюється на кінетичну енергію. Ми знаємо, що коли «статор» двигуна знаходиться під напругою, «ротор» може обертатися за допомогою електромагнітної індукції. Коли потужність передається на «статор» колії, потяг штовхається до прямолінійного руху так само, як «ротор» двигуна через електромагнітну індукцію. Технічна основа маглевського поїзда:
Поїзд на магнітній підйомі в основному складається з трьох частин: системи підвіски, силової установки та системи наведення, як показано на малюнку.
3. У переважній більшості сучасних конструкцій усі три функції виконуються магнітами, хоча може бути використана система руху, незалежна від магнетизму. Нижче наведено технології, які використовуються в цих трьох частинах.
Система підвіски: на даний момент дизайн системи підвіски можна розділити на два напрямки, а саме тип нормальної провідності, прийнятий Німеччиною, і тип надпровідності, прийнятий Японією. З точки зору технології левітації, це система електромагнітної левітації (EMS) і система електричної левітації (EDS). На малюнку 4 показано структурні відмінності двох систем. Електромагнітна система левітації (EMS) — це система левітації, в якій електромагніт на локомотиві та феромагнітна доріжка на напрямній рейці притягуються один до одного, створюючи левітацію. Коли звичайний магнітний левітаційний потяг працює, спочатку відрегулюйте підвіску нижньої частини транспортного засобу та електромагнітне тяжіння напрямного електромагніту та реагуйте на обмотки з обох боків наземної колії, щоб плавати поїзд. Під дією напрямного електромагніту в нижній частині транспортного засобу та колійного магніту колесо та колія утримуються на певній поперечній відстані, а безконтактна опора та безконтактне напрямок колесо-рейка в реалізуються горизонтальні та вертикальні напрямки. Зазор між автомобілем і колією підвіски становить 10 мм, що забезпечується високоточною електронною системою регулювання. Крім того, оскільки підвіска та напрямок фактично не мають відношення до швидкості поїзда, поїзд може перейти в стан підвіски навіть у стані стоянки.
Системи електричної підвіски (EDS) використовують магніти на рухомому локомотиві для створення електричного струму на рейках. Коли відстань між локомотивом і направляючою рейкою зменшується, електромагнітне відштовхування буде збільшуватися, і результуюче електромагнітне відштовхування забезпечує стабільну підтримку та напрямок для локомотива. Однак локомотив повинен бути оснащений чимось на кшталт коліс, щоб ефективно підтримувати локомотив під час «зльоту» та «посадки», оскільки EDS не може підтримувати підвіску локомотива на швидкостях нижче приблизно 25 миль/год. Системи EDS отримали подальший розвиток за технологією низькотемпературної надпровідності.
Головною особливістю надпровідного поїзда маглев є повна провідність і повний діамагнетизм його надпровідних компонентів при відносно низькій температурі. Надпровідні магніти складаються з надпровідних котушок, виготовлених із надпровідних матеріалів. Він не тільки має нульовий опір струму, але і може проводити потужний струм, який не зрівняється зі звичайними проводами. Ця особливість дає можливість виготовляти малогабаритні та потужні електромагніти. .
Транспортний засіб надпровідного маглевського поїзда оснащений бортовими надпровідними магнітами та являє собою пристрій інтеграції індукційної енергії.
Обмотка приводу поїзда та напрямна обмотка підвіски встановлені з обох боків наземної напрямної. Обладнання інтеграції індукційної потужності на транспортному засобі складається з обмотки інтеграції потужності, надпровідної індукційної інтеграції потужності
Направляючий магніт складається з трьох частин. Коли трифазний змінний струм, який відповідає частоті швидкості транспортного засобу, подається на обмотки приводу з обох боків колії, утворюється рухоме електромагнітне поле, що створює магнітні хвилі на направляючій рейці поїзда та на дошка надпровідного магніту на поїзді буде піддаватися Тяга, синхронізована з рухомим магнітним полем, є тим, що рухає поїзд вперед. Його принцип схожий на серфінг, серфінгіст стоїть на гребені хвилі і його штовхає вперед хвиля. Подібно до проблем, з якими стикаються серфінгісти, надпровідним маглевським поїздам також доводиться вирішувати проблему того, як точно контролювати пік руху рухомих електромагнітних хвиль. Для цього високоточний інструмент для визначення положення транспортного засобу встановлено на наземній направляючій рейці, і режим живлення трифазного змінного струму регулюється відповідно до інформації від детектора, а форма електромагнітного хвилі точно контролюється щоб поїзд добре їхав.
Пропульсивна система: привід поїзда на маглев використовує принцип синхронного лінійного двигуна. Котушка електромагніту, що підтримує нижню частину транспортного засобу, діє як котушка збудження синхронного лінійного двигуна, а обмотка приводу трифазного рухомого магнітного поля всередині доріжки діє як якір, який діє як довга обмотка статора синхронний лінійний двигун. З принципу роботи двигуна можна знати, що коли котушка якоря як статор живиться, ротор двигуна приводиться в обертання завдяки електромагнітній індукції. Подібним чином, коли підстанція, розташована вздовж лінії, забезпечує трифазне живлення FM і AM для обмотки приводу всередині колії, підшипникова система разом із поїздом штовхається, щоб рухатися по прямій лінії, як «ротор» двигуна через електромагнітна індукція. Тому в підвішеному стані поїзд може повністю здійснювати безконтактну тягу і гальмування.
Якщо говорити непрофесіоналом, то змінний струм, що протікає в котушці, розташованій по обидва боки доріжки, може перетворити котушку на електромагніт. Завдяки своїй взаємодії з надпровідним електромагнітом у поїзді він змушує поїзд рухатися. Поїзд рухається вперед, тому що електромагніт (N-полюс) у голові поїзда притягується електромагнітом (S-полюс), встановленим на колії трохи далі попереду, і в той же час притягується електромагнітом (N-полюс) ) відхилені. Коли потяг рухається вперед, напрямок струму, що протікає в котушках, змінюється на зворотний. У результаті вихідна S-полюсна котушка стала N-полюсною, і навпаки. Таким чином поїзд може продовжувати рух вперед завдяки перемиканню електромагнітної полярності. Відповідно до швидкості автомобіля частота і напруга змінного струму, що протікає в котушці, регулюються перетворювачем.
Китайський внутрішній маглевський потяг:
Перший у світі пілотований високотемпературний надпровідний маглевський потяг, розроблений Південно-Західним університетом Цзяотун у 2000 році
«Століття» та «Майбутнє» з нормальною температурою та нормальною магнітною левітацією, розроблені пізніше, отримали велику увагу та повне схвалення Ху Цзіньтао, Цзян Цземіня та інших партійних і державних лідерів.
Згідно з повідомленнями, ще в 1994 році Південно-Західний університет Цзяотун успішно розробив перший у Китаї низькошвидкісний поїзд на магнітній підйомі, здатний перевозити людей, але він успішно експлуатувався в абсолютно ідеальних лабораторних умовах. У 2003 році Південно-Західний університет Цзяотун завершив будівництво залізничної лінії на магнітній підйомі в Ціншані, Ченду, Сичуань. Довжина випробувальної траси на магнітній подушці становить 420 метрів. В основному він орієнтований на туристів, а ціна квитка нижча за вартість проїзду в таксі. Після завершення роботи першої в світі демонстраційної лінії потяга на магнітній підйомі – Shanghai Maglev Train – потрібно лише 6-7 хвилин, щоб подолати понад 30 кілометрів від станції Pudong Longyang Road до міжнародного аеропорту Pudong.
На принципі магнітної левітації
Шанхайський поїзд Maglev
Порівняно з сучасними високошвидкісними поїздами, поїзди на магнітній підйомі мають багато незрівнянних переваг:
Оскільки поїзд на магнітній підйомі рухається по колії, немає фактичного контакту між напрямною рейкою та локомотивом, і він стає «безколісним» станом, тому між колесом і рейкою майже немає тертя, а швидкість настільки висока як кілька сотень кілометрів на годину; надійність поїзда на магнітній підйомі Він великий, простий в обслуговуванні та низький. Його енергоспоживання становить лише половину від споживання автомобіля та чверть від літака. Рівень шуму низький. Коли швидкість маглевського поїзда досягає понад 300 кілометрів на годину, шум становить лише 656 децибел, що еквівалентно лише голосній розмові людини. , який менший за звук проїжджаючих машин; оскільки він працює від електрики, він не викидає вихлопний газ уздовж доріжки та не забруднює навколишнє середовище. Це справжній зелений транспортний засіб.
Посилання: Принципи роботи та структурні особливості високошвидкісних EMU/Dong Ximing/China Railway Press? 2007.12.1; Маленький науковий музей Ньютона--Електричні та магнітні левітаційні поїзди (четверта серія) Guizhou Education Press, 2011.12.9
