Frontier Technology of Electromagnetics—Maglev Train
Sammendrag: Med utviklingen av vitenskap og teknologi har menneskers liv gjennomgått jordskjelvende endringer. Ved å ta atferd som et eksempel på grunnleggende livsnødvendigheter, fra eldgamle tider til i dag, har vi opplevd endringer som å gå-ride-hestevogn-tog-bil-fly og så videre. De siste årene har maglev-tog tiltrukket seg folks oppmerksomhet på grunn av deres fordeler med høy hastighet, miljøvern og energisparing.
Viktige punkter:
1. Hva er et maglev-tog?
2. Prinsippet for maglev-toget: a. Konstant ledningstype.b. Prinsippet for elektromagnetisk polavstøtning med samme kjønn c. Permanent magnet type
3. Teknisk fundament for maglev-tog
4. Kinas innenlandske maglev-tog
5. Fordeler med maglev-tog
Hva er et maglev-tog?
Høyhastighets maglev-tog er en teknologisk oppfinnelse fra det 20. århundre, og prinsippet er ikke dyptgående. Den bruker egenskapen til magneter at «det samme kjønn frastøter hverandre, og motsatte kjønn tiltrekker hverandre», slik at magneten har evnen til å motstå tyngdekraften, det vil si «magnetisk levitasjon». Forskere anvender prinsippet om "magnetisk levitasjon" på jernbanetransportsystemet, noe som gjør at toget er helt løsrevet fra sporet og flyter, og blir et "hjulløst" tog med en hastighet på hundrevis av kilometer i timen. Dette er det såkalte "maglev-toget".
Prinsippet for maglev-tog:
Maglev-toget er et produkt av moderne høyteknologisk utvikling. Prinsippet er å bruke den elektromagnetiske kraften til å oppveie jordens tyngdekraft, og trekkraften utføres av lineærmotoren, slik at toget henger på sporet (opphengsgapet er ca. 1 cm). Forskningen og produksjonen involverer mange disipliner som automatisk kontroll, kraftelektronikkteknologi, lineær fremdriftsteknologi, mekanisk design og produksjon, feilovervåking og diagnose, etc. Teknologien er svært komplisert, og den er et viktig symbol på et lands vitenskapelige og teknologiske styrke og industrielt nivå. Sammenlignet med vanlige hjul-skinne-tog har den lav støy og verdens første demonstrasjonslinje for maglev-tog - Shanghai Maglev Train. Etter ferdigstillelse, fra Pudong Longyang Road Station til Pudong internasjonale lufthavn, vil det bare ta 6-6 kilometer for mer enn 30 kilometer. 7 minutter. Med egenskapene til ingen forurensning, sikkerhet, komfort, høy hastighet og høy effektivitet, har den rykte på seg som "null høyde fly". Det er en ny type transport med brede utsikter, spesielt egnet for bybanetransport. Maglev-tog er generelt delt inn i frastøtende type og sugetype i henhold til forskjellige levitasjonsmetoder, og kan deles inn i høy hastighet og middels og lav hastighet i henhold til driftshastighet.
"Staying away" er den grunnleggende arbeidstilstanden til maglev-toget. Maglev-tog bruker elektromagnetisk kraft for å motvirke jordens gravitasjonskraft, slik at toget kan sveve på banen. Under operasjonen er karosseriet og banen i en tilstand av "nærhet", og det magnetiske levitasjonsgapet er omtrent 1 cm, så det har rykte på seg som "nullhøyde fly". Sammenlignet med vanlige hjulskinnetog har den egenskapene lav støy, lavt energiforbruk, ingen forurensning, sikkerhet og komfort, høy hastighet og høy effektivitet, og anses å være en ny type transport med brede utsikter. spesielt i dette
Lavhastighets maglev-tog er spesielt egnet for bybanetransport på grunn av deres lille svingradius og sterke klatreevne.
Maglev høyhastighetstogene som testes i verden har følgende modeller:
1. Normalt ledende (elektromagnetisk) type
Ved å bruke prinsippet om elektromagnetiske motsetninger som tiltrekker hverandre, er kjøretøyet hengt opp på banen med omtrent 1 cm. Allerede i 1976 har Tyskland utviklet et eksperimentelt kjøretøy med konstant magnetisk levitasjon, for tiden representert av den tyske TR08-modellen (denne modellen ble importert fra Tyskland i Shanghai), med en maksimal hastighet på 500 kilometer i timen. Da premier Zhu besøkte Tyskland i juni 2000, prøvde han å kjøre dette høyhastighetstoget på den 31.5-kilometer lange svingprøvelinjen av brilletype i Emslant ( ). Allerede i 1992 hadde Tyskland annonsert at teknologien var klar for kommersiell bruk.
2. Ved å bruke prinsippet om elektromagnetisk polar frastøtning ved ultralav temperatur, henges kjøretøyet ca. 10 cm over banen. I 1962 begynte Japan å studere superledende maglev høyhastighetstogteknologi, og i 1989 ble det bygget en 18.4-kilometer testlinje i Yamanashi Prefecture. En bemannet rekord på 552 kilometer i timen ble opprettet med MLX01-kjøretøyet. Premier Zhu prøvde å kjøre denne typen tog da han besøkte Japan i september 2000, og fortsetter fortsatt å teste og forbedre det.
3. Permanent magnet type
Også kjent som maglev-fly, er det faktisk et permanent magnet maglev høyhastighetstog. Det er en skapelse som USA forsker på og tester. Opphengshøyden er 8-15 cm, og hastigheten kan nå 550 kilometer i timen. Fordi det er "tannvinger" på begge sider av toget (lik vingene på et fly), og en "hale" ved halen for balanse, kalles det et maglevfly. Fire selskaper i Chengdu, Sichuan-provinsen har etablert et joint venture med American Commercial Bank, Feimei Magnetic Levitation High-speed Aircraft Co., Ltd., og har oppnådd en intensjonell samarbeidsavtale for å introdusere amerikansk teknologi. De to partene finansierte i fellesskap etableringen av en produksjonsbase og planla å bygge en testlinje på ca. 2 kilometer lang.
Shanghai maglev-tog er et "konstant ledningsmagnetisk attraksjon" (referert til som "konstant ledning") maglev-tog. Den er designet basert på prinsippet om "motsetninger tiltrekker hverandre". Det er et sugeopphengssystem. Den bruker opphengselektromagnetene installert på boggiene på begge sider av toget og magnetene som er lagt på banen. Sugekraften generert av magnetfeltet gjør at kjøretøyet flyter. . Elektromagneter er installert på bunnen av toget og på toppen av boggiene på begge sider. Reaksjonsplater og induksjonsstålplater installeres henholdsvis over "I"-skinnen og under overarmsdelen for å kontrollere strømmen til elektromagneten slik at det opprettholdes et gap på 1 cm mellom elektromagneten og skinnen. , la tiltrekningen mellom boggien og toget og togets tyngdekraft balansere hverandre, og bruk den magnetiske tiltrekningen til å flyte toget med ca. 1 cm, slik at toget henger på sporet. Denne må kontrollere strømmen til elektromagneten nøyaktig.
Drivprinsippet til opphengstoget er nøyaktig det samme som for den synkrone lineære motoren. I lekmannstermer kan vekselstrømmen som flyter i spolen som ligger på begge sider av sporet gjøre spolen om til en elektromagnet, og toget vil starte på grunn av dets interaksjon med elektromagneten på toget.
N-polen til elektromagneten i toppen av toget tiltrekkes av S-polen til elektromagneten som er installert på sporet litt foran, og frastøtes av N-polen til elektromagneten installert på sporet litt senere. Når toget beveger seg fremover, reverseres retningen til strømmen som flyter i spolen, det vil si at den opprinnelige S-polen blir N-pol, og N-polen blir S-pol. Syklusen veksler, og toget kjører fremover.
Stabiliteten styres av et styresystem. Det "normale ledningsmagnetiske sugesystemet" er å installere en gruppe elektromagneter som er spesielt brukt for føring på siden av toget. Når toget avviker til venstre og høyre, styres elektromagneten på toget
Samvirker med siden av styreskinnen for å skape en frastøtende kraft som returnerer kjøretøyet til normal posisjon. Når toget kjører på en kurve eller en rampe, styrer styresystemet strømmen i ledemagneten for å oppnå formålet med å kontrollere driften.
Ideen om maglevtoget "normal ledning" ble foreslått av den tyske ingeniøren Hermann Kemper i 1922. Arbeidsprinsippet for maglevtoget "normal ledning" og sporet og motoren er nøyaktig det samme. Bare ordne "rotoren" til motoren på toget, og legg "statoren" til motoren på banen. Gjennom samspillet mellom "rotoren" og "statoren" omdannes den elektriske energien til kinetisk energi fremover. Vi vet at når "statoren" til motoren er energisert, kan "rotoren" drives til å rotere gjennom elektromagnetisk induksjon. Når kraft overføres til "statoren" på sporet, presses toget til å bevege seg i en rett linje akkurat som "rotoren" til motoren gjennom elektromagnetisk induksjon. Det tekniske grunnlaget for maglev-toget:
Maglev-toget består hovedsakelig av tre deler: fjæringssystemet, fremdriftssystemet og ledesystemet, som vist på figuren
3. I det store flertallet av dagens design utføres alle tre funksjonene av magneter, selv om et fremdriftssystem uavhengig av magnetisme kan brukes. Teknologiene som brukes i disse tre delene introduseres henholdsvis nedenfor.
Suspensjonssystem: For tiden kan utformingen av suspensjonssystemet deles inn i to retninger, nemlig den normale ledningstypen adoptert av Tyskland og den superledende typen adoptert av Japan. Når det gjelder levitasjonsteknologi, er det det elektromagnetiske levitasjonssystemet (EMS) og det elektriske levitasjonssystemet (EDS). Figur 4 viser de strukturelle forskjellene til de to systemene. Elektromagnetisk levitasjonssystem (EMS) er et sugelevitasjonssystem, der elektromagneten på lokomotivet og det ferromagnetiske sporet på føringsskinnen tiltrekker hverandre for å produsere levitasjon. Når det konvensjonelle magnetiske levitasjonstoget fungerer, må du først justere opphenget til den nedre delen av kjøretøyet og den elektromagnetiske tiltrekningen til styreelektromagneten, og reagere med viklingene på begge sider av bakkesporet for å flyte toget. Under reaksjonen fra styreelektromagneten i den nedre delen av kjøretøyet og spormagneten, holdes hjulet og sporet i en viss sideavstand, og den berøringsfrie støtten og den berøringsfrie føringen av hjulskinnen i horisontale og vertikale retninger realiseres. Fjæringsavstanden mellom kjøretøyet og kjøresporet er 10 mm, noe som er garantert av et høypresisjons elektronisk justeringssystem. I tillegg, siden opphenget og veiledningen faktisk er irrelevant for toghastigheten, kan toget fortsatt gå inn i hengende tilstand selv i parkeringstilstand.
Electric Suspension Systems (EDS) bruker magneter på et bevegelig lokomotiv for å generere en elektrisk strøm på skinnene. Når gapet mellom lokomotivet og føringsskinnen minker, vil den elektromagnetiske frastøtningen øke, og den resulterende elektromagnetiske frastøtingen gir stabil støtte og føring for lokomotivet. Lokomotivet må imidlertid være utstyrt med noe sånt som hjul for å effektivt støtte lokomotivet under "takeoff" og "landing" fordi EDS ikke kan opprettholde lokomotivets fjæring ved hastigheter under omtrent 25 mph. EDS-systemer er videreutviklet under lavtemperatur-superledende teknologi.
Hovedtrekket til det superledende maglev-toget er den komplette ledningsevnen og fullstendige diamagnetismen til dets superledende komponenter ved en relativt lav temperatur. Superledende magneter er sammensatt av superledende spoler laget av superledende materialer. Ikke bare har den null strømmotstand, men den kan også lede en kraftig strøm som ikke kan sammenlignes med vanlige ledninger. Denne funksjonen gjør det mulig å lage små og kraftige elektromagneter. .
Kjøretøyet til det superledende maglev-toget er utstyrt med innebygde superledende magneter og utgjør en induksjonskraftintegrasjonsenhet.
Togets drivvikling og opphengsføringsvikling er installert på begge sider av bakkeføringsskinnen. Induksjonskraftintegrasjonsutstyret på kjøretøyet består av kraftintegrasjonsvikling, induksjonskraftintegrasjon superledende
Styremagneten består av tre deler. Når den trefasede vekselstrømmen som er konsistent med kjøretøyets hastighetsfrekvens tilføres drivviklingene på begge sider av sporet, vil et bevegelig elektromagnetisk felt genereres, og dermed generere magnetiske bølger på toglederskinnen, og på- bord superledende magnet på toget vil bli utsatt for en Skyvekraften, synkronisert med det bevegelige magnetfeltet, er det som driver toget fremover. Prinsippet er som surfing, surferen står på toppen av bølgen og blir presset fremover av bølgen. I likhet med problemene surfere står overfor, må superledende maglev-tog også håndtere problemet med hvordan man nøyaktig kontrollerer toppbevegelsen til bevegelige elektromagnetiske bølger. For dette formål er et høypresisjonsinstrument for å oppdage kjøretøyets posisjon installert på bakkestyreskinnen, og den trefasede vekselstrømforsyningsmodusen justeres i henhold til informasjonen fra detektoren, og den elektromagnetiske bølgeformen er nøyaktig kontrollert slik at toget kan kjøre godt.
Fremdriftssystem: Drivverket til maglev-toget bruker prinsippet om synkron lineær motor. Spolen til elektromagneten som støtter den nedre delen av kjøretøyet fungerer som feltspolen til en synkron lineær motor, og den trefasede bevegelige magnetiske feltdrivviklingen inne i bakkesporet fungerer som en armatur, som fungerer som den lange statorviklingen til en synkron lineær motor. Fra arbeidsprinsippet til motoren kan det være kjent at når anker-spolen som statoren er drevet, blir rotoren til motoren drevet til å rotere på grunn av elektromagnetisk induksjon. Tilsvarende når understasjonen som er anordnet langs linjen gir trefaset FM- og AM-strøm til drivviklingen inne i sporet, skyves bæresystemet sammen med toget til å bevege seg i en rett linje som "rotoren" til motoren pga. elektromagnetisk induksjon. Derfor, i suspendert tilstand, kan toget fullstendig realisere berøringsfri trekkraft og bremsing.
I lekmannstermer kan vekselstrømmen som flyter i spolen plassert på begge sider av sporet gjøre spolen om til en elektromagnet. På grunn av sin interaksjon med den superledende elektromagneten på toget, får den toget til å bevege seg. Toget beveger seg fremover fordi elektromagneten (N-polen) i toppen av toget tiltrekkes av elektromagneten (S-polen) som er montert på sporet litt lenger fremme, og samtidig tiltrekkes av elektromagneten (N-polen) ) blir avvist. Når toget beveger seg fremover, blir retningen på strømmen som flyter i spolene reversert. Resultatet er at den originale S-polspolen nå er en N-polsspole, og omvendt. På denne måten kan toget fortsette å kjøre fremover på grunn av vekslingen av den elektromagnetiske polariteten. I henhold til kjøretøyets hastighet justeres frekvensen og spenningen til vekselstrømmen som flyter i spolen av kraftomformeren.
Kinas innenlandske maglev-tog:
Verdens første bemannede høytemperatur superledende maglev-tog utviklet av Southwest Jiaotong University i 2000
"Century" og "Future" bemannet normal temperatur og normal magnetisk levitasjonstog utviklet senere har fått høy oppmerksomhet og full bekreftelse fra Hu Jintao, Jiang Zemin og andre parti- og statsledere.
Ifølge rapporter, så tidlig som i 1994, utviklet Southwest Jiaotong University med suksess Kinas første lavhastighets maglev-tog som var i stand til å frakte mennesker, men det ble vellykket drevet under fullstendig ideelle laboratorieforhold. I 2003 fullførte Southwest Jiaotong University maglev-toglinjen i Qingshan, Chengdu, Sichuan. Maglev testbanen er 420 meter lang. Den er hovedsakelig rettet mot turister, og billettprisen er lavere enn taxiprisen. Verdens første demonstrasjonslinje for maglev-tog - Shanghai Maglev-toget, etter ferdigstillelse vil det ta bare 6-7 minutter å reise mer enn 30 kilometer fra Pudong Longyang Road Station til Pudong internasjonale lufthavn.
På prinsippet om magnetisk levitasjon
Shanghai Maglev-tog
Sammenlignet med dagens høyhastighetstog har maglev-tog mange uforlignelige fordeler:
Fordi maglev-toget kjører på sporet, er det ingen faktisk kontakt mellom styreskinnen og lokomotivet, og det blir en "hjulløs" tilstand, så det er nesten ingen friksjon mellom hjulet og skinnen, og hastigheten er like høy som flere hundre kilometer i timen; påliteligheten til maglev-toget Det er stort, enkelt å vedlikeholde og lavt i pris. Energiforbruket er bare halvparten av en bils og en fjerdedel av et flys. Støyen er lav. Når hastigheten på maglev-toget når over 300 kilometer i timen, er støyen bare 656 desibel, som bare tilsvarer en person som snakker høyt. , som er mindre enn lyden av biler som passerer; fordi den drives av elektrisitet, vil den ikke avgi eksos langs banen, og har ingen forurensning. Det er et veritabelt grønt transportverktøy.
Referanser: Arbeidsprinsipper og strukturelle egenskaper til høyhastighets EMUer/Dong Ximing/China Railway Press? 2007.12.1; Little Newton Science Museum--Elektriske og magnetiske levitasjonstog (fjerde serie) Guizhou Education Press, 2011.12.9
