Frontier Technology of Electromagnetics—Maglev Train
Povzetek: Z razvojem znanosti in tehnologije je življenje ljudi doživelo pretresljive spremembe. Če vzamemo primer obnašanja pri osnovnih življenjskih potrebah, smo od antičnih časov do danes doživeli spremembe, kot so hoja-jahanje-kočija-vlak-avto-letalo itd. V zadnjih letih so vlaki maglev pritegnili pozornost ljudi zaradi svojih prednosti visoke hitrosti, varstva okolja in varčevanja z energijo.
Ključne točke:
1. Kaj je vlak maglev?
2. Načelo vlaka maglev: a. Vrsta konstantne prevodnosti.b. Načelo odbijanja elektromagnetnega pola pri istospolnih c. Vrsta trajnega magneta
3. Tehnične osnove vlaka maglev
4. Kitajski domači vlak maglev
5. Prednosti vlakov maglev
Kaj je vlak maglev?
Hitri vlak maglev je tehnološki izum 20. stoletja in njegov princip ni globok. Uporablja lastnost magnetov, da se »istospolni odbijajo, nasprotni spoli pa privlačijo«, tako da ima magnet sposobnost upreti se gravitaciji, torej »magnetni levitaciji«. Znanstveniki uporabljajo princip "magnetne levitacije" v železniškem prometnem sistemu, zaradi česar se vlak popolnoma loči od tira in lebdi ter postane "brezkolesni" vlak s hitrostjo več sto kilometrov na uro. To je tako imenovani "vlak maglev".
Načelo vlaka maglev:
Vlak Maglev je produkt sodobnega visokotehnološkega razvoja. Načelo je uporaba elektromagnetne sile za izravnavo gravitacije zemlje, vleko pa izvaja linearni motor, tako da je vlak obešen na tir (razmak vzmetenja je približno 1 cm). Njegove raziskave in proizvodnja vključujejo številne discipline, kot so avtomatsko krmiljenje, tehnologija močnostne elektronike, tehnologija linearnega pogona, mehansko načrtovanje in proizvodnja, spremljanje in diagnosticiranje napak itd. Tehnologija je zelo zapletena in je pomemben simbol znanstvenega in tehnološkega razvoja države. trdnost in industrijska raven. V primerjavi z običajnimi kolesnimi tirničnimi vlaki ima malo hrupa in prvo linijo za demonstracijo delovanja vlaka maglev na svetu - Shanghai Maglev Train. Po dokončanju bo od postaje Pudong Longyang Road do mednarodnega letališča Pudong potrebnih le 6-6 kilometrov za več kot 30 kilometrov. 7 minut. Z značilnostmi brez onesnaževanja, varnosti, udobja, visoke hitrosti in visoke učinkovitosti ima sloves "letala z ničelno višino". Gre za novo vrsto prometa s širokimi perspektivami, ki je še posebej primerna za mestni železniški tranzit. Vlaki Maglev so na splošno razdeljeni na odbojni in sesalni tip glede na različne metode levitacije in jih je mogoče razdeliti na visoke hitrosti ter srednje in nizke hitrosti glede na delovno hitrost.
"Odstranjevanje" je osnovno delovno stanje vlaka maglev. Vlaki Maglev uporabljajo elektromagnetno silo za preprečevanje zemeljske gravitacijske sile, kar omogoča, da vlak lebdi na progi. Med delovanjem sta karoserija in steza v stanju "bližine", magnetna levitacijska reža pa je približno 1 cm, zato ima sloves "letala z ničelno višino". V primerjavi z običajnimi kolesnimi tirnicami ima značilnosti nizek hrup, nizko porabo energije, brez onesnaževanja, varnost in udobje, visoko hitrost in visoko učinkovitost ter velja za novo vrsto prevoza s širokimi obeti. predvsem v tem
Nizki hitrostni vlaki maglev so še posebej primerni za mestni železniški tranzit zaradi majhnega radija obračanja in močne plezalne sposobnosti.
Vlaki za visoke hitrosti maglev, ki se testirajo v svetu, imajo naslednje modele:
1. Običajno prevodni (elektromagnetni) tip
Po principu medsebojnega privlačenja elektromagnetnih nasprotij je vozilo obešeno na tirnici za približno 1 cm. Nemčija je že leta 1976 razvila eksperimentalno vozilo s konstantno magnetno levitacijo, ki ga trenutno predstavlja nemški model TR08 (ta model je bil uvožen iz Nemčije v Šanghaju), z največjo hitrostjo 500 kilometrov na uro. Ko je premier Zhu junija 2000 obiskal Nemčijo, se je poskusil peljati s tem hitrim vlakom na 315-kilometrski testni progi za očala v Emslantu ( ). Že leta 1992 je Nemčija objavila, da je tehnologija pripravljena za komercialno uporabo.
2. Z uporabo principa elektromagnetnega polarnega odbijanja pri ultra nizki temperaturi je vozilo obešeno približno 10 cm nad tirom. Leta 1962 je Japonska začela proučevati tehnologijo superprevodnih vlakov za visoke hitrosti maglev in leta 1989 je bila v prefekturi Yamanashi zgrajena 184-kilometrska testna proga. Z vozilom MLX01 je bil dosežen rekord s posadko 552 kilometrov na uro. Premier Zhu je poskusil voziti to vrsto vlaka, ko je obiskal Japonsko septembra 2000, in ga še vedno preizkuša in izboljšuje.
3. Vrsta trajnega magneta
Znano tudi kot letalo maglev, je pravzaprav hitri vlak maglev s trajnim magnetom. Gre za stvaritev, ki jo ZDA raziskujejo in preizkušajo. Višina vzmetenja je 8-15 cm, hitrost pa lahko doseže 550 kilometrov na uro. Ker so na obeh straneh vlaka "zobata krila" (podobna krilom letala), na repu pa "rep" za ravnotežje, se imenuje letalo maglev. Štiri podjetja v mestu Chengdu v provinci Sečuan so ustanovila skupno podjetje z ameriško komercialno banko, Feimei Magnetic Levitation High-speed Aircraft Co., Ltd., in dosegla namenski sporazum o sodelovanju za uvedbo ameriške tehnologije. Obe strani sta skupaj financirali vzpostavitev proizvodne baze in načrtovali izgradnjo približno 2 kilometra dolge testne linije.
Vlak maglev v Šanghaju je "magnetna privlačnost s konstantno prevodnostjo" (imenovana tudi "konstantna prevodnost") maglev. Zasnovan je po načelu "nasprotja se privlačijo". Gre za sesalni vzmetni sistem. Uporablja vzmetne elektromagnete, nameščene na podstavnih vozičkih na obeh straneh vlaka, in magnete, položene na tir. Zaradi sesalne sile, ki jo ustvari magnetno polje, vozilo lebdi. . Elektromagneti so nameščeni na dnu vlaka in na vrhu podstavnih vozičkov na obeh straneh. Reakcijske plošče oziroma indukcijske jeklene plošče so nameščene nad "I" tirnico in pod zgornjim delom roke za nadzor toka elektromagneta, tako da se med elektromagnetom in tirnico ohranja 1 cm razmika. pustite, da se privlačnost med podstavnim vozičkom in vlakom ter gravitacija vlaka uravnotežita, in uporabite magnetno privlačnost, da lebdite vlak za približno 1 cm, tako da vlak visi na tiru. To mora natančno nadzorovati tok do elektromagneta.
Načelo vožnje vzmetenja je popolnoma enako kot pri sinhronem linearnem motorju. Laično povedano lahko izmenični tok, ki teče v tuljavi, ki se nahaja na obeh straneh tira, spremeni tuljavo v elektromagnet, vlak pa se bo zaradi interakcije z elektromagnetom na vlaku speljal.
N pol elektromagneta na čelu vlaka privlači S pol elektromagneta, nameščenega na tiru malo spredaj, odbija pa ga N pol elektromagneta, ki je nameščen na tiru malo kasneje. Ko se vlak premika naprej, se smer toka, ki teče v tuljavi, obrne, kar pomeni, da prvotni S pol postane N pol, N pol pa S pol. Cikel se izmenjuje in vlak teče naprej.
Stabilnost nadzira sistem vodenja. Vodilni sistem "normalnega prevodnega magnetnega sesanja" je namenjen namestitvi skupine elektromagnetov, ki se posebej uporabljajo za vodenje ob strani vlaka. Ko vlak odstopa levo in desno, vodilni elektromagnet na vlaku
Vzajemno deluje s stranjo vodila, da ustvari odbojno silo, ki vrne vozilo v normalen položaj. Ko vlak vozi v ovinku ali klančini, nadzorni sistem nadzoruje tok v vodilnem magnetu, da doseže namen nadzora delovanja.
Zamisel o vlaku maglev z "normalno prevodnostjo" je predlagal nemški inženir Hermann Kemper leta 1922. Načelo delovanja vlaka z "normalno prevodnostjo" maglev ter tir in motor so popolnoma enaki. Samo "rotor" motorja postavite na vlak, "stator" motorja pa položite na tir. Z interakcijo med "rotorjem" in "statorjem" se električna energija pretvori v kinetično energijo naprej. Vemo, da ko je "stator" motorja pod napetostjo, se lahko "rotor" vrti z elektromagnetno indukcijo. Ko se moč prenaša na "stator" tira, se vlak prek elektromagnetne indukcije potisne, da se premika v ravni liniji tako kot "rotor" motorja. Tehnična osnova vlaka maglev:
Vlak maglev je v glavnem sestavljen iz treh delov: sistema vzmetenja, pogonskega sistema in sistema vodenja, kot je prikazano na sliki
3. V veliki večini trenutnih modelov vse tri funkcije opravljajo magneti, čeprav bi lahko uporabili pogonski sistem, neodvisen od magnetizma. Tehnologije, uporabljene v teh treh delih, so predstavljene spodaj.
Sistem vzmetenja: Trenutno lahko zasnovo sistema vzmetenja razdelimo v dve smeri, in sicer tip normalnega prevoda, ki ga je sprejela Nemčija, in tip superprevodnika, ki ga je sprejela Japonska. Kar zadeva tehnologijo levitacije, sta to elektromagnetni levitacijski sistem (EMS) in električni levitacijski sistem (EDS). Slika 4 prikazuje strukturne razlike obeh sistemov. Elektromagnetni levitacijski sistem (EMS) je sesalni levitacijski sistem, pri katerem se elektromagnet na lokomotivi in feromagnetna tirnica na vodilu privlačita, da ustvarita levitacijo. Ko konvencionalni magnetni levitacijski vlak deluje, najprej prilagodite vzmetenje spodnjega dela vozila in elektromagnetno privlačnost vodilnega elektromagneta ter reagirajte z navitji na obeh straneh talne proge, da vlak lebdi. Pod reakcijo vodilnega elektromagneta na spodnjem delu vozila in magneta tirnice se kolo in tirnica zadržita na določeni bočni razdalji, brezkontaktna podpora in brezkontaktno vodenje kolo-tirnice v realizirane so vodoravne in navpične smeri. Razmik vzmetenja med vozilom in voznim kolotekom je 10 mm, kar je zagotovljeno z visokonatančnim elektronskim sistemom prilagajanja. Poleg tega, ker vzmetenje in vodenje dejansko nista pomembna za hitrost vlaka, lahko vlak še vedno preide v stanje vzmetenja tudi v stanju parkiranja.
Sistemi električnega vzmetenja (EDS) uporabljajo magnete na premikajoči se lokomotivi za ustvarjanje električnega toka na tirnicah. Ko se razdalja med lokomotivo in vodilom zmanjšuje, se bo elektromagnetni odboj povečal, posledično elektromagnetni odboj pa zagotavlja stabilno podporo in vodenje lokomotive. Vendar pa mora biti lokomotiva opremljena z nečim podobnim kolesom, ki učinkovito podpirajo lokomotivo med "vzletom" in "pristankom", ker EDS ne more vzdrževati vzmetenja lokomotive pri hitrostih pod približno 25 mph. Sistemi EDS so bili nadalje razviti v tehnologiji nizkotemperaturne superprevodnosti.
Glavna značilnost superprevodnega vlaka maglev je popolna prevodnost in popoln diamagnetizem njegovih superprevodnih komponent pri relativno nizki temperaturi. Superprevodni magneti so sestavljeni iz superprevodnih tuljav iz superprevodnih materialov. Ne samo, da ima ničelni tokovni upor, ampak lahko tudi prevaja močan tok, ki se ne more primerjati z navadnimi žicami. Ta funkcija omogoča izdelavo majhnih in močnih elektromagnetov. .
Vozilo superprevodnega vlaka maglev je opremljeno s superprevodnimi magneti na vozilu in predstavlja napravo za integracijo indukcijske moči.
Pogonsko navitje vlaka in vodilno navitje vzmetenja sta nameščena na obeh straneh talne vodilne tirnice. Oprema za integracijo indukcijske moči v vozilu je sestavljena iz navitja za integracijo moči, superprevodnika za integracijo indukcijske moči
Vodilni magnet je sestavljen iz treh delov. Ko se trifazni izmenični tok, ki je skladen s frekvenco hitrosti vozila, dovaja pogonskim navitjem na obeh straneh tira, se ustvari gibljivo elektromagnetno polje, ki ustvarja magnetne valove na vodilni tirnici vlaka in na superprevodni magnet na plošči na vlaku bo izpostavljen potisku, ki je sinhroniziran z gibljivim magnetnim poljem, kar poganja vlak naprej. Njegov princip je podoben surfanju, deskar stoji na grebenu vala in ga val potiska naprej. Podobno kot težave, s katerimi se srečujejo deskarji, se morajo tudi superprevodni vlaki maglev ukvarjati s težavo, kako natančno nadzorovati gibanje vrhov premikajočih se elektromagnetnih valov. V ta namen je na talni vodilni tirnici nameščen visoko natančen instrument za zaznavanje položaja vozila, način napajanja s trifaznim izmeničnim tokom pa se prilagodi glede na informacije iz detektorja, elektromagnetna valovna oblika pa je natančno nadzorovana da bo vlak dobro vozil.
Pogonski sistem: Pogon vlaka maglev uporablja princip sinhronega linearnega motorja. Tuljava elektromagneta, ki podpira spodnji del vozila, deluje kot poljska tuljava sinhronega linearnega motorja, trifazno gibljivo magnetno polje, ki se navija znotraj talne steze, pa deluje kot armatura, ki deluje kot dolgo statorsko navitje sinhroni linearni motor. Iz principa delovanja motorja je razvidno, da ko je armaturna tuljava kot stator napajana, se rotor motorja vrti zaradi elektromagnetne indukcije. Podobno, ko transformatorska postaja, razporejena vzdolž proge, zagotavlja trifazno FM in AM napajanje pogonskega navitja znotraj tira, je ležajni sistem skupaj z vlakom potisnjen, da se premika v ravni črti kot "rotor" motorja zaradi elektromagnetna indukcija. Zato lahko vlak v visečem stanju popolnoma realizira brezkontaktno vleko in zaviranje.
Laično povedano, lahko izmenični tok, ki teče v tuljavi, ki se nahaja na obeh straneh tira, spremeni tuljavo v elektromagnet. Zaradi svoje interakcije s superprevodnim elektromagnetom na vlaku povzroči premikanje vlaka. Vlak se premika naprej, ker elektromagnet (N pol) na čelu vlaka privlači elektromagnet (S pol), ki je nameščen na tiru malo bolj spredaj, hkrati pa ga privlači elektromagnet (N pol) ) so zavrnjeni. Ko se vlak premika naprej, se smer toka, ki teče v tuljavah, obrne. Rezultat tega je, da je prvotna tuljava s S-polom zdaj tuljava z N-polom in obratno. Na ta način lahko vlak zaradi zamenjave elektromagnetne polarnosti še naprej vozi naprej. Glede na hitrost vozila se frekvenca in napetost izmeničnega toka, ki teče v tuljavi, prilagodi pretvornik moči.
Kitajski domači vlak maglev:
Prvi visokotemperaturni superprevodni maglev vlak s posadko na svetu, ki ga je leta 2000 razvila univerza Southwest Jiaotong
"Century" in "Future" vlak s posadko za normalno temperaturo in normalno magnetno levitacijo, ki sta bila razvita pozneje, sta bila deležna velike pozornosti in polne potrditve Hu Jintaa, Jianga Zemina ter drugih partijskih in državnih voditeljev.
Po poročilih je že leta 1994 univerza Southwest Jiaotong uspešno razvila prvi kitajski nizkohitrostni vlak maglev, ki je lahko prevažal ljudi, vendar je bil uspešno upravljan v popolnoma idealnih laboratorijskih pogojih. Leta 2003 je univerza Southwest Jiaotong dokončala progo maglev vlaka v Qingshan, Chengdu, Sichuan. Testna proga maglev je dolga 420 metrov. Namenjen je predvsem turistom, cena vozovnice pa je nižja od cene taksija. Prva demonstracijska operativna linija vlaka maglev na svetu – Shanghai Maglev Train bo po dokončanju potrebovala le 6-7 minut za potovanje več kot 30 kilometrov od postaje Pudong Longyang Road do mednarodnega letališča Pudong.
Na principu magnetne levitacije
Šanghajski vlak Maglev
V primerjavi z današnjimi hitrimi vlaki imajo vlaki maglev številne neprimerljive prednosti:
Ker vlak maglev vozi po progi, med vodilno tirnico in lokomotivo ni dejanskega stika in postane "brez kolesa", tako da med kolesom in tirnico skoraj ni trenja, hitrost pa je tako visoka več sto kilometrov na uro; zanesljivost vlaka maglev Je velik, enostaven za vzdrževanje in nizek strošek. Njegova poraba energije je le polovica avtomobilske in četrtina letala. Hrup je nizek. Ko hitrost vlaka maglev doseže več kot 300 kilometrov na uro, je hrup le 656 decibelov, kar je enako glasnemu govorjenju osebe. , ki je manjši od zvoka mimo vozečih avtomobilov; ker ga poganja elektrika, ne bo oddajal izpušnih plinov po progi in ne onesnažuje. Je pravo zeleno transportno orodje.
Reference: Delovna načela in strukturne značilnosti EMU za visoke hitrosti/Dong Ximing/China Railway Press? 2007.12.1; Little Newton Science Museum--Električni in magnetni levitacijski vlaki (četrta serija) Guizhou Education Press, 9.12.2011
