Предни технологии на електромагнетизма—Maglev Train
Резюме: С развитието на науката и технологиите животът на хората претърпя разтърсващи промени. Вземайки поведението като пример за основни жизнени нужди, от древни времена до настоящето сме преживели промени като ходене-езда-конска каруца-влак-кола-самолет и т.н. През последните години влаковете маглев привлякоха вниманието на хората поради своите предимства като висока скорост, опазване на околната среда и пестене на енергия.
Ключови точки:
1. Какво е маглев влак?
2. Принципът на маглев влака: a. Тип постоянна проводимост.b. Принципът на отблъскване на електромагнитните полюси със същия пол c. Тип постоянен магнит
3. Техническа основа на маглев влак
4. Вътрешен маглев влак на Китай
5. Предимства на маглев влаковете
Какво е маглев влак?
Високоскоростният маглев влак е технологично изобретение на 20-ти век и принципът му не е дълбок. Той използва свойството на магнитите, че "едни и същи пол се отблъскват, а противоположните полове се привличат", така че магнитът има способността да устои на гравитацията, тоест "магнитната левитация". Учените прилагат принципа на "магнитната левитация" в железопътната транспортна система, която кара влака да се отдели напълно от коловоза и да плава, превръщайки се в "безколесен" влак със скорост от стотици километри в час. Това е така нареченият "маглев влак".
Принципът на маглев влака:
Маглев влакът е продукт на съвременното високотехнологично развитие. Принципът е да се използва електромагнитната сила, за да се компенсира гравитацията на земята, а тягата се осъществява от линейния двигател, така че влакът да е окачен на коловоза (разстоянието на окачването е около 1 см). Нейните изследвания и производство включват много дисциплини като автоматично управление, технология за силова електроника, технология за линейно задвижване, механичен дизайн и производство, мониторинг и диагностика на неизправности и т.н. Технологията е много сложна и е важен символ на научните и технологични способности на една страна сила и индустриално ниво. В сравнение с обикновените колело-релсови влакове, той има нисък шум и първата в света демонстрационна оперативна линия на маглев влак - Шанхайски маглев влак. След завършването, от гара Pudong Longyang Road до международното летище Pudong ще са необходими само 6-6 километра за повече от 30 километра. 7 минути. С характеристиките на липса на замърсяване, безопасност, комфорт, висока скорост и висока ефективност, той има репутацията на „самолет с нулева надморска височина“. Това е нов вид транспорт с широки перспективи, особено подходящ за градски железопътен транзит. Влаковете Maglev обикновено се разделят на отблъскващ тип и тип засмукване според различните методи на левитация и могат да бъдат разделени на високоскоростни и средни и ниски скорости според работната скорост.
„Стоене настрана“ е основното работно състояние на маглев влака. Влаковете Maglev използват електромагнитна сила, за да противодействат на гравитационното привличане на Земята, позволявайки на влака да левитира върху релсите. По време на операцията каросерията на автомобила и пистата са в състояние на "близост", а разстоянието при магнитна левитация е около 1 см, така че има репутацията на "самолет с нулева височина". В сравнение с обикновените колело-релсови влакове, той има характеристиките на нисък шум, ниска консумация на енергия, без замърсяване, безопасност и комфорт, висока скорост и висока ефективност и се счита за нов вид транспорт с широки перспективи. особено в това
Нискоскоростните маглев влакове са особено подходящи за градски железопътен транспорт поради малкия си радиус на завой и силната способност за изкачване.
Тестваните в света високоскоростни влакове Maglev са със следните модели:
1. Нормално проводим (електромагнитен) тип
Използвайки принципа на електромагнитните противоположности, които се привличат взаимно, превозното средство е окачено на коловоза с около 1 cm. Още през 1976 г. Германия разработи експериментално превозно средство с постоянна магнитна левитация, в момента представено от немския модел TR08 (този модел е внесен от Германия в Шанхай), с максимална скорост от 500 километра в час. Когато премиер Джу посети Германия през юни 2000 г., той се опита да се вози на този високоскоростен влак по 315-километровата тестова линия за завъртане на очила в Емслант ( ). Още през 1992 г. Германия обяви, че технологията е готова за търговско приложение.
2. Използвайки принципа на електромагнитното полярно отблъскване при свръхниска температура, превозното средство е окачено на около 10 см над коловоза. През 1962 г. Япония започва да изучава свръхпроводяща технология за високоскоростни влакове с магнитен лев, а през 1989 г. в префектура Яманаши е построена 18{7}}километрова тестова линия. Пилотиран рекорд от 552 километра в час беше създаден с автомобила MLX01. Premier Zhu се опита да се вози на този тип влак, когато посети Япония през септември 2000 г., и все още продължава да го тества и подобрява.
3. Тип постоянен магнит
Известен също като самолет с магнет, той всъщност е високоскоростен влак с постоянен магнит. Това е творение, което Съединените щати изследват и тестват. Височината на окачването е 8-15 см, а скоростта може да достигне 550 километра в час. Тъй като има „зъби крила“ от двете страни на влака (подобно на крилата на самолет) и „опашка“ на опашката за баланс, той се нарича самолет с магнет. Четири компании в Ченгду, провинция Съчуан, създадоха съвместно предприятие с American Commercial Bank, Feimei Magnetic Levitation High-speed Aircraft Co., Ltd., и постигнаха споразумение за преднамерено сътрудничество за въвеждане на американска технология. Двете страни финансираха съвместно създаването на производствена база и планираха изграждането на тестова линия с дължина около 2 километра.
Маглев влакът в Шанхай е „магнитно привличане с постоянна проводимост“ (наричан „постоянна проводимост“) маглев влак. Проектиран е на принципа "противоположностите се привличат". Това е система за смукателно окачване. Той използва електромагнитите за окачване, монтирани на талигите от двете страни на влака, и магнитите, положени върху коловоза. Смукателната сила, генерирана от магнитното поле, кара превозното средство да плава. . Електромагнитите са монтирани в долната част на влака и в горната част на талигите от двете страни. Реактивните плочи и индукционните стоманени плочи са монтирани съответно над "I" релсата и под горната част на рамото, за да контролират тока на електромагнита, така че да се поддържа разстояние от 1 cm между електромагнита и пистата. , оставете привличането между талигата и влака и гравитацията на влака да се балансират взаимно и използвайте магнитното привличане, за да изплувате влака с около 1 см, така че влакът да виси на коловоза. Това трябва точно да контролира тока към електромагнита.
Принципът на задвижване на окачването е точно същият като този на синхронния линеен двигател. Казано на неспециалисти, променливият ток, протичащ в бобината, разположена от двете страни на коловоза, може да превърне бобината в електромагнит и влакът ще тръгне поради взаимодействието си с електромагнита на влака.
N полюсът на електромагнита в началото на влака се привлича от S полюса на електромагнита, монтиран на коловоза малко по-напред, и се отблъсква от N полюса на електромагнита, монтиран на коловоза малко по-късно. Когато влакът се движи напред, посоката на тока, протичащ в намотката, се обръща, т.е. първоначалният S полюс става N полюс, а N полюсът става S полюс. Цикълът се редува и влакът се движи напред.
Стабилността се контролира от система за насочване. Насочващата система "магнитно засмукване с нормална проводимост" е да инсталира група електромагнити, специално използвани за насочване отстрани на влака. Когато влакът се отклонява наляво и надясно, водещият електромагнит на влака
Взаимодейства със страната на водещата релса, за да създаде отблъскваща сила, която връща превозното средство в нормалното му положение. Когато влакът се движи по крива или рампа, системата за управление контролира тока във водещия магнит, за да постигне целта за контролиране на операцията.
Идеята за маглев влака с „нормална проводимост“ е предложена от немския инженер Херман Кемпер през 1922 г. Принципът на работа на маглев влака с „нормална проводимост“, пистата и двигателя са абсолютно еднакви. Просто подредете "ротора" на двигателя върху влака и поставете "статора" на двигателя върху коловоза. Чрез взаимодействието между "ротора" и "статора" електрическата енергия се преобразува в кинетична енергия напред. Знаем, че когато "статорът" на двигателя е захранен, "роторът" може да бъде задвижван да се върти чрез електромагнитна индукция. Когато мощността се предава към "статора" на пистата, влакът се тласка да се движи по права линия точно като "ротора" на двигателя чрез електромагнитна индукция. Техническата основа на маглев влака:
Маглев влакът се състои основно от три части: система за окачване, система за задвижване и система за насочване, както е показано на фигурата
3. В по-голямата част от настоящите дизайни и трите функции се изпълняват от магнити, въпреки че може да се използва система за задвижване, независима от магнетизма. Технологиите, използвани в тези три части, са представени съответно по-долу.
Система за окачване: Понастоящем дизайнът на системата за окачване може да бъде разделен на две посоки, а именно нормален тип проводимост, възприет от Германия, и свръхпроводящ тип, приет от Япония. От гледна точка на левитационната технология, това е електромагнитната левитационна система (EMS) и електрическата левитационна система (EDS). Фигура 4 показва структурните разлики на двете системи. Електромагнитната левитационна система (EMS) е смукателна левитационна система, при която електромагнитът на локомотива и феромагнитната релса на водещата релса се привличат взаимно, за да предизвикат левитация. Когато конвенционалният магнитен левитационен влак работи, първо регулирайте окачването на долната част на превозното средство и електромагнитното привличане на водещия електромагнит и реагирайте с намотките от двете страни на земната коловоза, за да плавате влака. Под реакцията на водещия електромагнит в долната част на превозното средство и магнита на коловоза, колелото и коловоза се поддържат на определено странично разстояние, а безконтактната опора и безконтактното насочване на колелото-релса в реализират се хоризонтални и вертикални направления. Разстоянието на окачването между автомобила и пътя е 10 mm, което се гарантира от високопрецизна електронна система за регулиране. В допълнение, тъй като окачването и насочването всъщност не са от значение за скоростта на влака, влакът все още може да влезе в състояние на окачване дори в състояние на паркиране.
Електрическите системи за окачване (EDS) използват магнити върху движещ се локомотив, за да генерират електрически ток върху релсите. Тъй като разстоянието между локомотива и направляващата релса намалява, електромагнитното отблъскване ще се увеличи и полученото електромагнитно отблъскване осигурява стабилна опора и насочване за локомотива. Въпреки това, локомотивът трябва да бъде снабден с нещо като колела, за да поддържа ефективно локомотива по време на "излитане" и "кацане", тъй като EDS не може да поддържа окачването на локомотива при скорости под около 25 mph. Системите EDS са допълнително разработени при нискотемпературна свръхпроводяща технология.
Основната характеристика на свръхпроводящия маглев влак е пълната проводимост и пълният диамагнетизъм на неговите свръхпроводящи компоненти при относително ниска температура. Свръхпроводящите магнити са съставени от свръхпроводящи намотки, направени от свръхпроводящи материали. Той не само има нулево съпротивление на тока, но и може да провежда мощен ток, който не може да се сравни с обикновените проводници. Тази функция позволява да се правят малки по размер и мощни електромагнити. .
Превозното средство на свръхпроводящия маглев влак е оборудвано с бордови свръхпроводящи магнити и представлява устройство за интегриране на индукционна мощност.
Задвижващата намотка на влака и направляващата намотка на окачването са монтирани от двете страни на направляващата релса на земята. Оборудването за интегриране на индукционна мощност на превозното средство се състои от намотка за интегриране на мощност, свръхпроводяща интеграция на индукционна мощност
Водещият магнит се състои от три части. Когато трифазен променлив ток, който е в съответствие с честотата на скоростта на превозното средство, се подава към задвижващите намотки от двете страни на коловоза, ще се генерира движещо се електромагнитно поле, което генерира магнитни вълни върху направляващата релса на влака и върху бордовият свръхпроводящ магнит на влака ще бъде подложен на тягата, синхронизирана с движещото се магнитно поле, е това, което задвижва влака напред. Принципът му е като при сърфиране, сърфистът стои на гребена на вълната и е изтласкан напред от вълната. Подобно на проблемите, пред които са изправени сърфистите, свръхпроводимите маглев влакове също трябва да се справят с проблема как точно да контролират пиковото движение на движещите се електромагнитни вълни. За тази цел високопрецизен инструмент за откриване на позицията на превозното средство е монтиран на направляващата релса на земята и режимът на захранване с трифазен променлив ток се регулира според информацията от детектора и формата на електромагнитната вълна се контролира прецизно за да може влакът да се движи добре.
Задвижваща система: Задвижването на маглев влака използва принципа на синхронен линеен двигател. Намотката на електромагнита, поддържаща долната част на превозното средство, действа като възбуждащата намотка на синхронен линеен двигател, а намотката на задвижването на трифазното движещо се магнитно поле вътре в земната коловоза действа като арматура, която действа като дългата статорна намотка на синхронен линеен двигател. От принципа на работа на двигателя може да се разбере, че когато намотката на котвата като статор се захранва, роторът на двигателя се задвижва да се върти поради електромагнитна индукция. По същия начин, когато подстанцията, разположена по протежение на линията, осигурява трифазно FM и AM захранване към задвижващата намотка вътре в коловоза, лагерната система заедно с влака се тласка да се движи по права линия като "ротора" на двигателя поради електромагнитна индукция. Следователно в окачено състояние влакът може напълно да реализира безконтактно сцепление и спиране.
Казано на неспециалист, променливият ток, протичащ в бобината, разположена от двете страни на пистата, може да превърне бобината в електромагнит. Благодарение на взаимодействието си със свръхпроводящия електромагнит на влака, той кара влака да се движи. Влакът се движи напред, защото електромагнитът (N полюс) в началото на влака е привлечен от електромагнита (S полюс), монтиран на коловоза малко по-напред, и в същото време е привлечен от електромагнита (N полюс) ) се отхвърлят. Докато влакът се движи напред, посоката на тока, протичащ в намотките, се обръща. Резултатът е, че оригиналната S-полюсна намотка сега е N-полюсна намотка и обратно. По този начин влакът може да продължи да се движи напред поради смяната на електромагнитната полярност. В зависимост от скоростта на превозното средство честотата и напрежението на променливия ток, протичащ в бобината, се регулират от преобразувателя на мощността.
Вътрешен маглев влак на Китай:
Първият в света пилотиран високотемпературен свръхпроводящ маглев влак, разработен от Southwest Jiaotong University през 2000 г.
Разработените по-късно влакове с нормална температура и нормална магнитна левитация „Century“ и „Future“ получиха голямо внимание и пълно одобрение от Hu Jintao, Jiang Zemin и други партийни и държавни лидери.
Според докладите още през 1994 г. Югозападният университет Jiaotong успешно е разработил първия в Китай нискоскоростен маглев влак, способен да превозва хора, но той е управляван успешно при напълно идеални лабораторни условия. През 2003 г. Югозападният университет Jiaotong завърши железопътната линия на маглев в Циншан, Чънду, Съчуан. Маглев тестовата писта е дълга 420 метра. Той е насочен предимно към туристите, а цената на билета е по-ниска от цената на таксито. Първата в света демонстрационна оперативна линия на маглев влак – Shanghai Maglev Train, след завършване ще отнеме само 6-7 минути, за да измине повече от 30 километра от гара Pudong Longyang Road до международното летище Pudong.
На принципа на магнитната левитация
Маглев влак Шанхай
В сравнение с днешните високоскоростни влакове, маглев влаковете имат много несравними предимства:
Тъй като влакът maglev се движи по коловоза, няма действителен контакт между направляващата релса и локомотива и той става „без колело“, така че почти няма триене между колелото и релсата и скоростта е толкова висока като няколкостотин километра в час; надеждността на маглев влака Той е голям, лесен за поддръжка и ниска цена. Неговата консумация на енергия е само половината от тази на автомобил и една четвърт от тази на самолет. Шумът е нисък. Когато скоростта на маглев влака достигне повече от 300 километра в час, шумът е само 656 децибела, което е еквивалентно само на човек, който говори силно. , който е по-малък от звука на преминаващи автомобили; тъй като се захранва с електричество, той няма да отделя изгорели газове по пистата и няма замърсяване. Това е истински зелен транспортен инструмент.
Препратки: Принципи на работа и структурни характеристики на високоскоростни EMU/Dong Ximing/China Railway Press? 2007.12.1; Малкият научен музей на Нютон--Електрически и магнитни левитационни влакове (четвърта серия) Guizhou Education Press, 2011.12.9
