Tehnologia de frontieră a electromagneticei — Trenul Maglev
Rezumat: Odată cu dezvoltarea științei și tehnologiei, viețile oamenilor au suferit schimbări zguduitoare. Luând ca exemplu comportamentul în necesitățile de bază ale vieții, din cele mai vechi timpuri și până în prezent, am experimentat schimbări precum mersul pe jos-călărie-trăsura trasă de cai-tren-mașină-avion și așa mai departe. În ultimii ani, trenurile maglev au atras atenția oamenilor datorită avantajelor lor de viteză mare, protecția mediului și economisirea energiei.
Puncte cheie:
1. Ce este un tren maglev?
2. Principiul trenului maglev: a. Tip conductie constanta.b. Principiul respingerii polului electromagnetic la persoane de același sex c. Tip cu magnet permanent
3. Fundația tehnică a trenului maglev
4. Trenul maglev intern al Chinei
5. Avantajele trenurilor maglev
Ce este un tren maglev?
Trenul maglev de mare viteză este o invenție tehnologică a secolului XX, iar principiul său nu este profund. Folosește proprietatea magneților că „același sex se respinge, iar sexele opuse se atrag”, astfel încât magnetul are capacitatea de a rezista gravitației, adică „levitației magnetice”. Oamenii de știință aplică principiul „levitației magnetice” sistemului de transport feroviar, ceea ce face ca trenul să se desprindă complet de șină și să plutească, devenind un tren „fără roți” cu o viteză de sute de kilometri pe oră. Acesta este așa-numitul „tren maglev”.
Principiul trenului maglev:
Trenul Maglev este produsul dezvoltării moderne de înaltă tehnologie. Principiul este de a folosi forța electromagnetică pentru a compensa gravitația pământului, iar tracțiunea este efectuată de motorul liniar, astfel încât trenul să fie suspendat pe șină (distanța de suspensie este de aproximativ 1 cm). Cercetarea și producția sa implică multe discipline precum controlul automat, tehnologia electronică de putere, tehnologia propulsiei liniare, proiectarea și fabricarea mecanică, monitorizarea și diagnosticarea defecțiunilor etc. Tehnologia este foarte complicată și este un simbol important al științificului și tehnologic al unei țări. rezistență și nivel industrial. În comparație cu trenurile roți-șină obișnuite, are zgomot redus și prima linie de operare demonstrativă a trenului maglev din lume - Shanghai Maglev Train. După finalizare, de la Pudong Longyang Road Station până la Aeroportul Internațional Pudong, va dura doar 6-6 kilometri pentru mai mult de 30 de kilometri. 7 minute. Cu caracteristicile de lipsă de poluare, siguranță, confort, viteză mare și eficiență ridicată, are reputația de „aeronave cu altitudine zero”. Este un nou tip de transport cu perspective largi, potrivit în special pentru tranzitul urban feroviar. Trenurile Maglev sunt, în general, împărțite în tip de respingere și tip de aspirație în funcție de diferite metode de levitație și pot fi împărțite în viteză mare și viteză medie și mică în funcție de viteza de operare.
„Stai departe” este starea de lucru de bază a trenului maglev. Trenurile Maglev folosesc forța electromagnetică pentru a contracara forța gravitațională a Pământului, permițând trenului să leviteze pe șină. În timpul operațiunii, caroseria și pista sunt în stare de „apropiere”, iar decalajul de levitație magnetică este de aproximativ 1 cm, deci are reputația de „aeronave cu înălțime zero”. În comparație cu trenurile roți-șină obișnuite, are caracteristicile de zgomot redus, consum redus de energie, lipsă de poluare, siguranță și confort, viteză mare și eficiență ridicată și este considerat a fi un nou tip de transport cu perspective largi. mai ales in aceasta
Trenurile maglev de viteză mică sunt potrivite în special pentru tranzitul feroviar urban datorită razei lor mici de viraj și capacității puternice de urcare.
Trenurile de mare viteză maglev testate în lume au următoarele modele:
1. Tip normal conductiv (electromagnetic).
Folosind principiul opuselor electromagnetice care se atrag unul pe altul, vehiculul este suspendat pe calea cu aproximativ 1 cm. Încă din 1976, Germania a dezvoltat un vehicul experimental cu levitație magnetică constantă, reprezentat în prezent de modelul german TR08 (acest model a fost importat din Germania la Shanghai), cu o viteză maximă de 500 de kilometri pe oră. Când premierul Zhu a vizitat Germania în iunie 2000, a încercat să călătorească cu acest tren de mare viteză pe linia de testare de rotire de tip ochelari de 31,5-kilometri din Emslant ( ). Încă din 1992, Germania anunțase că tehnologia este gata pentru aplicare comercială.
2. Folosind principiul respingerii polare electromagnetice la temperatură ultra-scăzută, vehiculul este suspendat la aproximativ 10 cm deasupra pistei. În 1962, Japonia a început să studieze tehnologia trenurilor de mare viteză maglev supraconductoare, iar în 1989, o linie de testare de 18,4-kilometri a fost construită în prefectura Yamanashi. Un record de 552 de kilometri pe oră a fost creat cu vehiculul MLX01. Premierul Zhu a încercat să circule cu acest tip de tren când a vizitat Japonia în septembrie 2000 și continuă să îl testeze și să îl îmbunătățească.
3. Tip magnet permanent
Cunoscut și sub denumirea de aeronave maglev, este de fapt un tren de mare viteză maglev cu magnet permanent. Este o creație pe care Statele Unite o cercetează și o testează. Înălțimea suspensiei este de 8-15 cm, iar viteza poate atinge 550 de kilometri pe oră. Deoarece există „aripi cu dinți” pe ambele părți ale trenului (asemănătoare cu aripile unui avion) și o „coadă” la coadă pentru echilibru, se numește avion maglev. Patru companii din Chengdu, provincia Sichuan au înființat un joint-venture cu American Commercial Bank, Feimei Magnetic Levitation High-speed Aircraft Co., Ltd. și au ajuns la un acord de cooperare intenționat pentru a introduce tehnologia americană. Cele două părți au finanțat în comun înființarea unei baze de producție și au planificat să construiască o linie de testare de aproximativ 2 kilometri lungime.
Trenul maglev Shanghai este o „atractie magnetică cu conducție constantă” (denumită „conducție constantă”) tren maglev. Este conceput pe baza principiului „opușilor se atrag unul pe altul”. Este un sistem de suspensie cu aspirare. Utilizează electromagneții de suspensie instalați pe boghiurile de pe ambele părți ale trenului și magneții așezați pe șină. Forța de aspirație generată de câmpul magnetic face ca vehiculul să plutească. . Electromagneții sunt instalați pe partea de jos a trenului și pe partea superioară a boghiurilor pe ambele părți. Plăcile de reacție și, respectiv, plăcile de oțel cu inducție sunt instalate deasupra șinei „I” și sub partea superioară a brațului pentru a controla curentul electromagnetului, astfel încât să se mențină un spațiu de 1 cm între electromagnet și șină. , lăsați atracția dintre boghiu și tren și gravitația trenului să se echilibreze reciproc și utilizați atracția magnetică pentru a pluti trenul cu aproximativ 1 cm, astfel încât trenul să fie suspendat pe șină. Acesta trebuie să controleze cu precizie curentul către electromagnet.
Principiul de conducere al trenului de suspensie este exact același cu cel al motorului liniar sincron. În termeni profani, curentul alternativ care curge în bobina situată pe ambele părți ale căii poate transforma bobina într-un electromagnet, iar trenul va porni datorită interacțiunii sale cu electromagnetul din tren.
Polul N al electromagnetului de la capul trenului este atras de polul S al electromagnetului instalat pe linie putin mai inainte, si este respins de polul N al electromagnetului instalat pe linie putin mai tarziu. Când trenul se deplasează înainte, direcția curentului care curge în bobină este inversată, adică polul S original devine pol N, iar polul N devine pol S. Ciclul alternează, iar trenul merge înainte.
Stabilitatea este controlată de un sistem de ghidare. Sistemul de ghidare „aspirație magnetică de conducție normală” este de a instala un grup de electromagneți special utilizați pentru ghidare pe lateralul trenului. Când trenul deviază la stânga și la dreapta, electromagnetul de ghidare a trenului
Interacționează cu partea laterală a șinei de ghidare pentru a crea o forță de respingere care readuce vehiculul în poziția sa normală. Când trenul rulează pe o curbă sau pe o rampă, sistemul de control controlează curentul din magnetul de ghidare pentru a atinge scopul de a controla funcționarea.
Ideea trenului maglev „conducție normală” a fost propusă de inginerul german Hermann Kemper în 1922. Principiul de funcționare al trenului maglev „conducție normală” și șina și motorul sunt exact aceleași. Doar aranjați „rotorul” motorului pe tren și așezați „statorul” motorului pe șină. Prin interacțiunea dintre „rotor” și „stator”, energia electrică este convertită în energie cinetică directă. Știm că atunci când „statorul” motorului este alimentat, „rotorul” poate fi condus să se rotească prin inducție electromagnetică. Când puterea este transmisă la „statorul” șinei, trenul este împins să se miște în linie dreaptă la fel ca „rotorul” motorului prin inducție electromagnetică. Baza tehnică a trenului maglev:
Trenul maglev este compus în principal din trei părți: sistemul de suspensie, sistemul de propulsie și sistemul de ghidare, așa cum se arată în figură.
3. În marea majoritate a modelelor actuale, toate cele trei funcții sunt îndeplinite de magneți, deși ar putea fi folosit un sistem de propulsie independent de magnetism. Tehnologiile utilizate în aceste trei părți sunt introduse, respectiv, mai jos.
Sistem de suspensie: În prezent, designul sistemului de suspensie poate fi împărțit în două direcții, și anume tipul de conducție normal adoptat de Germania și tipul supraconductor adoptat de Japonia. În ceea ce privește tehnologia de levitație, este sistemul de levitație electromagnetică (EMS) și sistemul de levitație electrică (EDS). Figura 4 prezintă diferențele structurale ale celor două sisteme. Sistemul de levitație electromagnetică (EMS) este un sistem de levitație cu aspirație, în care electromagnetul de pe locomotivă și șina feromagnetică de pe șina de ghidare se atrag reciproc pentru a produce levitație. Când trenul cu levitație magnetică convențională funcționează, mai întâi reglați suspensia părții inferioare a vehiculului și atracția electromagnetică a electromagnetului de ghidare și reacționați cu înfășurările de pe ambele părți ale șinei de sol pentru a pluti trenul. Sub reacția electromagnetului de ghidare din partea inferioară a vehiculului și a magnetului de șenilă, roata și șenilele sunt menținute la o anumită distanță laterală, iar sprijinul fără contact și ghidarea fără contact a șinei roții în se realizeaza directii orizontale si verticale. Distanța suspensiei dintre vehicul și calea de rulare este de 10 mm, ceea ce este garantat de un sistem electronic de reglare de înaltă precizie. În plus, deoarece suspendarea și ghidarea sunt de fapt irelevante pentru viteza trenului, trenul poate intra în starea de suspendare chiar și în starea de parcare.
Sistemele electrice de suspensie (EDS) folosesc magneți pe o locomotivă în mișcare pentru a genera un curent electric pe șine. Pe măsură ce distanța dintre locomotivă și șina de ghidare scade, repulsia electromagnetică va crește, iar repulsia electromagnetică rezultată oferă suport și ghidare stabil pentru locomotivă. Cu toate acestea, locomotiva trebuie să fie echipată cu ceva asemănător cu roți pentru a susține eficient locomotiva în timpul „decolării” și „aterizării”, deoarece EDS nu poate menține suspensia locomotivei la viteze sub aproximativ 25 mph. Sistemele EDS au fost dezvoltate în continuare sub tehnologia supraconductoare la temperatură joasă.
Caracteristica principală a trenului maglev supraconductor este conductivitatea completă și diamagnetismul complet al componentelor sale supraconductoare la o temperatură relativ scăzută. Magneții supraconductori sunt alcătuiți din bobine supraconductoare din materiale supraconductoare. Nu numai că are rezistență de curent zero, dar poate conduce și un curent puternic care nu poate fi comparat cu firele obișnuite. Această caracteristică face posibilă realizarea de electromagneți de dimensiuni mici și puternice. .
Vehiculul trenului maglev supraconductor este echipat cu magneți supraconductori la bord și constituie un dispozitiv de integrare a puterii de inducție.
Înfășurarea de antrenare a trenului și înfășurarea de ghidare a suspensiei sunt instalate pe ambele părți ale șinei de ghidare la sol. Echipamentul de integrare a puterii de inducție de pe vehicul constă din înfășurare de integrare a puterii, supraconductor de integrare a puterii de inducție
Magnetul de ghidare este format din trei părți. Atunci când curentul alternativ trifazat care este în concordanță cu frecvența vitezei vehiculului este furnizat înfășurărilor de antrenare de pe ambele părți ale șinei, va fi generat un câmp electromagnetic în mișcare, generând astfel unde magnetice pe șina de ghidare a trenului, iar magnetul supraconductor de bord de pe tren va fi supus unei Impingerea, sincronizată cu câmpul magnetic în mișcare, este cea care propulsează trenul înainte. Principiul său este ca surful, surferul stă pe creasta valului și este împins înainte de val. Similar cu problemele cu care se confruntă surferii, trenurile maglev supraconductoare trebuie, de asemenea, să se ocupe de problema modului de a controla cu precizie mișcarea de vârf a undelor electromagnetice în mișcare. În acest scop, pe șina de ghidare la sol este instalat un instrument de înaltă precizie pentru detectarea poziției vehiculului, iar modul de alimentare cu curent alternativ trifazat este ajustat în funcție de informațiile de la detector, iar forma de undă electromagnetică este controlată cu precizie. pentru ca trenul să circule bine.
Sistem de propulsie: Acționarea trenului maglev utilizează principiul motorului liniar sincron. Bobina electromagnetului care susține partea inferioară a vehiculului acționează ca bobina de câmp a unui motor liniar sincron, iar înfășurarea de antrenare a câmpului magnetic în mișcare trifazat în interiorul căii de sol acționează ca o armătură, care acționează ca înfășurarea lungă a statorului. un motor liniar sincron. Din principiul de funcționare al motorului, se poate ști că atunci când bobina armăturii ca stator este alimentată, rotorul motorului este condus să se rotească din cauza inducției electromagnetice. În mod similar, atunci când substația dispusă de-a lungul liniei furnizează putere trifazată FM și AM bobinării de antrenare din interiorul căii, sistemul de rulmenți împreună cu trenul este împins să se miște în linie dreaptă ca „rotorul” motorului datorită inductie electromagnetica. Prin urmare, în starea suspendată, trenul poate realiza complet tracțiune și frânare fără contact.
În termeni simpli, curentul alternativ care curge în bobina situată pe ambele părți ale căii poate transforma bobina într-un electromagnet. Datorită interacțiunii sale cu electromagnetul supraconductor din tren, face trenul să se miște. Trenul se deplasează înainte deoarece electromagnetul (polul N) din capul trenului este atras de electromagnetul (polul S) montat pe șină puțin mai în față, și în același timp este atras de electromagnetul (polul N) ) sunt respinse. Pe măsură ce trenul se deplasează înainte, direcția curentului care curge în bobine este inversată. Rezultatul este că bobina originală cu poli S este acum o bobină cu poli N și invers. În acest fel, trenul poate continua să alerge înainte datorită comutării polarității electromagnetice. În funcție de viteza vehiculului, frecvența și tensiunea curentului alternativ care curge în bobină sunt reglate de convertizorul de putere.
Trenul maglev intern al Chinei:
Primul tren maglev supraconductor de înaltă temperatură cu echipaj din lume dezvoltat de Universitatea Southwest Jiaotong în 2000
„Secolul” și „Viitorul” cu o temperatură normală și trenul normal de levitație magnetică dezvoltate ulterior au primit o atenție deosebită și o afirmare deplină din partea Hu Jintao, Jiang Zemin și alți lideri de partid și de stat.
Potrivit rapoartelor, încă din 1994, Universitatea Southwest Jiaotong a dezvoltat cu succes primul tren maglev de viteză mică din China, capabil să transporte oameni, dar a fost operat cu succes în condiții de laborator complet ideale. În 2003, Universitatea Southwest Jiaotong a finalizat linia de tren maglev în Qingshan, Chengdu, Sichuan. Pista de testare maglev are 420 de metri lungime. Este destinat în principal turiștilor, iar prețul biletului este mai mic decât tariful taxiului. Prima linie demonstrativă de operare a trenului maglev din lume - Trenul Maglev Shanghai, după finalizare, va dura doar 6-7 minute pentru a călători mai mult de 30 de kilometri de la Gara Pudong Longyang Road până la Aeroportul Internațional Pudong.
Pe principiul levitației magnetice
Trenul Shanghai Maglev
În comparație cu trenurile de mare viteză de astăzi, trenurile maglev au multe avantaje incomparabile:
Deoarece trenul maglev circulă pe șină, nu există un contact real între șina de ghidare și locomotivă și devine o stare „fără roți”, deci nu există aproape nicio frecare între roată și șină, iar viteza este la fel de mare la câteva sute de kilometri pe oră; fiabilitatea trenului maglev Este mare, ușor de întreținut și cu costuri reduse. Consumul său de energie este doar jumătate din cel al unei mașini și un sfert din cel al unui avion. Zgomotul este redus. Când viteza trenului maglev atinge mai mult de 300 de kilometri pe oră, zgomotul este de doar 656 de decibeli, ceea ce echivalează doar cu o persoană care vorbește tare. , care este mai mic decât zgomotul mașinilor care trec pe acolo; deoarece este alimentat de electricitate, nu va emite gaze de eșapament de-a lungul pistei și nu are poluare. Este un adevărat instrument de transport ecologic.
Referințe: Principii de lucru și caracteristici structurale ale UEM-urilor de mare viteză/Dong Ximing/China Railway Press? 2007.12.1; Muzeul de Știință Little Newton--Trenuri cu levitare electrică și magnetică (seria a patra) Guizhou Education Press, 9.12.2011
