Grensverleggende technologie op het gebied van de elektromagnetische techniek: magneettrein
Samenvatting: Met de ontwikkeling van wetenschap en technologie hebben de levens van mensen wereldschokkende veranderingen ondergaan. Als we gedrag als voorbeeld nemen in de basisbehoeften van het leven, hebben we van de oudheid tot nu veranderingen meegemaakt zoals lopen-rijden-paardenkoets-trein-auto-vliegtuig enzovoort. De afgelopen jaren hebben magneettreinen de aandacht van mensen getrokken vanwege hun voordelen op het gebied van hoge snelheid, milieubescherming en energiebesparing.
Belangrijkste punten:
1. Wat is een magneettrein?
2. Het principe van de magneettrein: Type constante geleiding.b. Het principe van elektromagnetische poolafstoting bij hetzelfde geslacht c. Permanent magneettype
3. Technische basis van magneettrein
4. China's binnenlandse magneettrein
5. Voordelen van magneettreinen
Wat is een magneettrein?
De hogesnelheidsmagneettrein is een technologische uitvinding uit de 20e eeuw en het principe ervan is niet diepgaand. Het maakt gebruik van de eigenschap van magneten dat "hetzelfde geslacht elkaar afstoot, en tegenovergestelde geslachten elkaar aantrekken", zodat de magneet het vermogen heeft om de zwaartekracht te weerstaan, dat wil zeggen "magnetische levitatie". Wetenschappers passen het principe van "magnetische levitatie" toe op het spoorwegvervoersysteem, waardoor de trein volledig loskomt van het spoor en zweeft, waardoor het een "wielloze" trein wordt met een snelheid van honderden kilometers per uur. Dit is de zogenaamde "magneettrein".
Het principe van de magneettrein:
Maglev-trein is het product van moderne hightech-ontwikkeling. Het principe is om de elektromagnetische kracht te gebruiken om de zwaartekracht van de aarde te compenseren, en de tractie wordt uitgevoerd door de lineaire motor, zodat de trein op het spoor hangt (de ophangopening is ongeveer 1 cm). Bij het onderzoek en de productie zijn vele disciplines betrokken, zoals automatische besturing, vermogenselektronicatechnologie, lineaire voortstuwingstechnologie, mechanisch ontwerp en productie, foutmonitoring en -diagnose, enz. De technologie is zeer gecompliceerd en is een belangrijk symbool van de wetenschappelijke en technologische ontwikkeling van een land. kracht en industrieel niveau. Vergeleken met gewone wiel-railtreinen heeft het een laag geluidsniveau en 's werelds eerste demonstratielijn voor magneettreinen - Shanghai Maglev Train. Na voltooiing duurt het van Pudong Longyang Road Station naar Pudong International Airport slechts 6-6 kilometer voor meer dan 30 kilometer. 7 minuten. Met de kenmerken van geen vervuiling, veiligheid, comfort, hoge snelheid en hoge efficiëntie, heeft het de reputatie van "vliegtuigen op nulhoogte". Het is een nieuw type vervoer met brede perspectieven, vooral geschikt voor stadsvervoer per spoor. Maglev-treinen zijn over het algemeen verdeeld in afstotend type en zuigtype volgens verschillende levitatiemethoden, en kunnen worden onderverdeeld in hoge snelheid, gemiddelde en lage snelheid, afhankelijk van de werksnelheid.
"Wegblijven" is de fundamentele werkstatus van de magneettrein. Maglev-treinen gebruiken elektromagnetische kracht om de zwaartekracht van de aarde tegen te gaan, waardoor de trein op het spoor kan zweven. Tijdens de operatie bevinden de carrosserie en de baan zich in een staat van "nabijheid", en de magnetische levitatie-opening is ongeveer 1 cm, waardoor het de reputatie heeft van "vliegtuigen met nulhoogte". Vergeleken met gewone wiel-railtreinen heeft het de kenmerken van laag geluidsniveau, laag energieverbruik, geen vervuiling, veiligheid en comfort, hoge snelheid en hoog rendement, en wordt het beschouwd als een nieuw type transport met brede perspectieven. vooral hierin
Lagesnelheidsmagneettreinen zijn vooral geschikt voor stadsvervoer per spoor vanwege hun kleine draaicirkel en sterke klimvermogen.
De maglev-hogesnelheidstreinen die wereldwijd worden getest, hebben de volgende modellen:
1. Normaal geleidend (elektromagnetisch) type
Door gebruik te maken van het principe van elektromagnetische tegenpolen die elkaar aantrekken, hangt het voertuig ongeveer 1 cm aan de baan. Al in 1976 heeft Duitsland een experimenteel voertuig met constante magnetische levitatie ontwikkeld, momenteel vertegenwoordigd door het Duitse TR08-model (dit model werd geïmporteerd uit Duitsland in Shanghai), met een maximale snelheid van 500 kilometer per uur. Toen premier Zhu in juni 2000 Duitsland bezocht, probeerde hij met deze hogesnelheidstrein te rijden op de 31,5- kilometer lange spektakel-achtige zwenktestlijn in Emslant ( ). Al in 1992 maakte Duitsland bekend dat de technologie klaar was voor commerciële toepassing.
2. Door gebruik te maken van het principe van elektromagnetische polaire afstoting bij ultralage temperaturen wordt het voertuig ongeveer 10 cm boven de baan gehangen. In 1962 begon Japan de supergeleidende maglev-hogesnelheidstreintechnologie te bestuderen, en in 1989 werd een testlijn van 18,4- kilometer gebouwd in de prefectuur Yamanashi. Met het MLX01-voertuig werd een bemand record van 552 kilometer per uur gevestigd. Premier Zhu probeerde met dit type trein te rijden toen hij in september 2000 Japan bezocht, en blijft het nog steeds testen en verbeteren.
3. Type permanente magneet
Ook wel magneetvliegtuig genoemd, het is eigenlijk een hogesnelheidstrein met permanente magneet. Het is een creatie die de Verenigde Staten onderzoeken en testen. De ophanghoogte bedraagt 8-15 cm en de snelheid kan oplopen tot 550 kilometer per uur. Omdat er aan beide zijden van de trein "tandvleugels" zijn (vergelijkbaar met de vleugels van een vliegtuig), en een "staart" aan de staart voor evenwicht, wordt het een magneetvliegtuig genoemd. Vier bedrijven in Chengdu, in de provincie Sichuan, hebben een joint venture opgericht met de American Commercial Bank, Feimei Magnetic Levitation High-speed Aircraft Co., Ltd., en hebben een opzettelijke samenwerkingsovereenkomst bereikt om Amerikaanse technologie te introduceren. De twee partijen financierden gezamenlijk de oprichting van een productiebasis en waren van plan een testlijn van ongeveer 2 kilometer lang te bouwen.
De Shanghai-magneettrein is een magneettrein met constante geleiding (ook wel "constante geleiding" genoemd). Het is ontworpen op basis van het principe "tegenpolen trekken elkaar aan". Het is een zuig-ophangsysteem. Het maakt gebruik van de ophangelektromagneten die op de draaistellen aan beide zijden van de trein zijn geïnstalleerd en de magneten die op het spoor zijn gelegd. De door het magnetische veld gegenereerde zuigkracht zorgt ervoor dat het voertuig zweeft. . Aan de onderkant van de trein en aan de bovenkant van de draaistellen aan beide zijden zijn elektromagneten geïnstalleerd. Reactieplaten en inductiestaalplaten worden respectievelijk boven de "I"-rail en onder het bovenarmgedeelte geïnstalleerd om de stroom van de elektromagneet zo te regelen dat er een opening van 1 cm wordt gehandhaafd tussen de elektromagneet en het spoor. Laat de aantrekkingskracht tussen het draaistel en de trein en de zwaartekracht van de trein elkaar in evenwicht brengen, en gebruik de magnetische aantrekkingskracht om de trein ongeveer 1 cm te laten zweven, zodat de trein aan het spoor hangt. Deze moet de stroom naar de elektromagneet nauwkeurig regelen.
Het aandrijfprincipe van de ophangtrein is exact hetzelfde als dat van de synchrone lineaire motor. In termen van de leek kan de wisselstroom die in de spoel aan beide zijden van het spoor vloeit, de spoel in een elektromagneet veranderen, en de trein zal starten vanwege de interactie met de elektromagneet in de trein.
De N-pool van de elektromagneet aan de kop van de trein wordt aangetrokken door de S-pool van de elektromagneet die iets verderop op het spoor is geïnstalleerd, en wordt afgestoten door de N-pool van de elektromagneet die iets later op het spoor is geïnstalleerd. Wanneer de trein vooruit beweegt, wordt de richting van de stroom die door de spoel vloeit omgekeerd, dat wil zeggen dat de oorspronkelijke S-pool de N-pool wordt en de N-pool de S-pool wordt. De cyclus wisselt af en de trein rijdt vooruit.
De stabiliteit wordt gecontroleerd door een geleidingssysteem. Het geleidingssysteem met "normale geleiding magnetische zuiging" is bedoeld om een groep elektromagneten te installeren die speciaal worden gebruikt voor geleiding aan de zijkant van de trein. Wanneer de trein naar links en rechts afwijkt, komt de geleidelektromagneet op de trein
Werkt samen met de zijkant van de geleiderail en creëert een afstotende kracht die het voertuig terugbrengt naar zijn normale positie. Wanneer de trein een bocht of een helling oprijdt, regelt het besturingssysteem de stroom in de geleidemagneet om het doel van het regelen van de werking te bereiken.
Het idee van de magneettrein met "normale geleiding" werd in 1922 voorgesteld door de Duitse ingenieur Hermann Kemper. Het werkingsprincipe van de magneettrein met "normale geleiding" en het spoor en de motor zijn precies hetzelfde. Plaats gewoon de "rotor" van de motor op de trein en leg de "stator" van de motor op het spoor. Door de interactie tussen de "rotor" en de "stator" wordt de elektrische energie omgezet in voorwaartse kinetische energie. We weten dat wanneer de "stator" van de motor wordt bekrachtigd, de "rotor" kan worden aangedreven om te roteren door middel van elektromagnetische inductie. Wanneer er stroom wordt overgebracht naar de "stator" van het spoor, wordt de trein door middel van elektromagnetische inductie in een rechte lijn geduwd, net als de "rotor" van de motor. De technische basis van de magneettrein:
De magneetzweeftrein bestaat hoofdzakelijk uit drie delen: het ophangsysteem, het voortstuwingssysteem en het geleidingssysteem, zoals weergegeven in de figuur
3. In de overgrote meerderheid van de huidige ontwerpen worden alle drie de functies uitgevoerd door magneten, hoewel een van magnetisme onafhankelijk voortstuwingssysteem zou kunnen worden gebruikt. De technologieën die in deze drie delen worden gebruikt, worden hieronder respectievelijk geïntroduceerd.
Ophangsysteem: Momenteel kan het ontwerp van het ophangsysteem in twee richtingen worden verdeeld, namelijk het normale geleidingstype dat door Duitsland is aangenomen en het supergeleidende type dat door Japan is aangenomen. In termen van levitatietechnologie zijn dit het elektromagnetische levitatiesysteem (EMS) en het elektrische levitatiesysteem (EDS). Figuur 4 toont de structurele verschillen tussen de twee systemen. Elektromagnetisch levitatiesysteem (EMS) is een zuiglevitatiesysteem, waarbij de elektromagneet op de locomotief en het ferromagnetische spoor op de geleiderail elkaar aantrekken om levitatie te produceren. Wanneer de conventionele magnetische levitatietrein werkt, pas dan eerst de ophanging van het onderste deel van het voertuig en de elektromagnetische aantrekkingskracht van de geleidelektromagneet aan, en reageer met de wikkelingen aan beide zijden van het grondspoor om de trein te laten zweven. Onder de reactie van de geleidelektromagneet aan de onderkant van het voertuig en de spoormagneet worden het wiel en het spoor op een bepaalde zijdelingse afstand gehouden, en de contactloze ondersteuning en contactloze geleiding van de wielrail in de horizontale en verticale richtingen worden gerealiseerd. De ophangafstand tussen het voertuig en het rijspoor bedraagt 10 mm, wat wordt gegarandeerd door een uiterst nauwkeurig elektronisch verstelsysteem. Omdat de ophanging en geleiding feitelijk niet relevant zijn voor de snelheid van de trein, kan de trein bovendien zelfs in de parkeertoestand nog steeds in de ophangingstoestand terechtkomen.
Elektrische veersystemen (EDS) gebruiken magneten op een bewegende locomotief om elektrische stroom op de rails te genereren. Naarmate de opening tussen de locomotief en de geleiderail kleiner wordt, zal de elektromagnetische afstoting toenemen en de resulterende elektromagnetische afstoting zorgt voor een stabiele ondersteuning en geleiding van de locomotief. De locomotief moet echter worden uitgerust met zoiets als wielen om de locomotief effectief te ondersteunen tijdens het "opstijgen" en "landen", omdat de EDS de vering van de locomotief niet kan handhaven bij snelheden onder ongeveer 40 km / u. EDS-systemen zijn verder ontwikkeld onder supergeleidende technologie bij lage temperaturen.
Het belangrijkste kenmerk van de supergeleidende magneettrein is de volledige geleidbaarheid en het volledige diamagnetisme van zijn supergeleidende componenten bij een relatief lage temperatuur. Supergeleidende magneten zijn samengesteld uit supergeleidende spoelen gemaakt van supergeleidende materialen. Het heeft niet alleen een stroomweerstand van nul, maar kan ook een krachtige stroom geleiden die niet te vergelijken is met gewone draden. Deze functie maakt het mogelijk om kleine en krachtige elektromagneten te maken. .
Het voertuig van de supergeleidende magneettrein is uitgerust met supergeleidende magneten aan boord en vormt een apparaat voor inductie-energie-integratie.
De aandrijfwikkeling en de ophanggeleidingswikkeling van de trein zijn aan beide zijden van de grondgeleiderail geïnstalleerd. De inductie-energie-integratieapparatuur op het voertuig bestaat uit stroomintegratiewikkeling en supergeleidende inductie-energie-integratie
De geleidemagneet bestaat uit drie delen. Wanneer de driefasige wisselstroom die consistent is met de snelheidsfrequentie van het voertuig wordt geleverd aan de aandrijfwikkelingen aan beide zijden van het spoor, wordt een bewegend elektromagnetisch veld gegenereerd, waardoor magnetische golven op de treingeleiderail worden gegenereerd en de aan- De supergeleidende magneet op de trein zal worden onderworpen aan een stuwkracht, gesynchroniseerd met het bewegende magnetische veld, die de trein voortstuwt. Het principe is als bij surfen: de surfer staat op de top van de golf en wordt door de golf naar voren geduwd. Net als de problemen waarmee surfers worden geconfronteerd, hebben supergeleidende magneettreinen ook te maken met het probleem van het nauwkeurig controleren van de piekbeweging van bewegende elektromagnetische golven. Daartoe wordt een uiterst nauwkeurig instrument voor het detecteren van de positie van het voertuig op de grondgeleiderail geïnstalleerd en wordt de driefasige wisselstroomtoevoermodus aangepast aan de hand van de informatie van de detector, en wordt de elektromagnetische golfvorm nauwkeurig gecontroleerd. zodat de trein goed kan rijden.
Aandrijvingssysteem: De aandrijving van de magneettrein maakt gebruik van het principe van een synchrone lineaire motor. De spoel van de elektromagneet die het onderste deel van het voertuig ondersteunt, werkt als de veldspoel van een synchrone lineaire motor, en de driefasige bewegende magnetische veldaandrijfwikkeling binnen het grondspoor fungeert als een anker, dat werkt als de lange statorwikkeling van een synchrone lineaire motor. Uit het werkingsprincipe van de motor kan worden afgeleid dat wanneer de ankerspoel als stator wordt bekrachtigd, de rotor van de motor wordt aangedreven om te roteren als gevolg van elektromagnetische inductie. Op dezelfde manier, wanneer het langs de lijn geplaatste onderstation driefasige FM- en AM-stroom levert aan de aandrijfwikkeling in het spoor, wordt het lagersysteem samen met de trein geduwd om in een rechte lijn te bewegen zoals de "rotor" van de motor vanwege elektromagnetische inductie. Daarom kan de trein in hangende toestand volledig contactloze tractie en remmen realiseren.
In termen van de leek kan de wisselstroom die in de spoel aan beide zijden van het spoor vloeit, de spoel in een elektromagneet veranderen. Door de interactie met de supergeleidende elektromagneet in de trein zorgt het ervoor dat de trein in beweging komt. De trein beweegt zich voort omdat de elektromagneet (N-pool) aan de kop van de trein wordt aangetrokken door de elektromagneet (S-pool) die iets verderop op het spoor is gemonteerd, en tegelijkertijd wordt aangetrokken door de elektromagneet (N-pool). worden afgewezen. Terwijl de trein vooruitrijdt, wordt de stroomrichting door de spoelen omgekeerd. Het resultaat is dat de oorspronkelijke S-polige spoel nu een N-polige spoel is, en omgekeerd. Op deze manier kan de trein door het omschakelen van de elektromagnetische polariteit blijven rijden. Afhankelijk van de voertuigsnelheid worden de frequentie en spanning van de wisselstroom die in de spoel vloeit, aangepast door de stroomomvormer.
China's binnenlandse magneettrein:
'S Werelds eerste bemande supergeleidende magneettrein op hoge temperatuur, ontwikkeld door de Southwest Jiaotong University in 2000
De later ontwikkelde bemande normale temperatuur- en normale magnetische levitatietrein van de "Eeuw" en de "Toekomst" hebben veel aandacht en volledige bevestiging gekregen van Hu Jintao, Jiang Zemin en andere partij- en staatsleiders.
Volgens rapporten ontwikkelde de Southwest Jiaotong Universiteit al in 1994 met succes China's eerste lagesnelheidsmagneettrein die mensen kon vervoeren, maar deze werd met succes geëxploiteerd onder volkomen ideale laboratoriumomstandigheden. In 2003 voltooide de Southwest Jiaotong Universiteit de magneettreinlijn in Qingshan, Chengdu, Sichuan. De maglev-testbaan is 420 meter lang. Het is vooral gericht op toeristen en de ticketprijs is lager dan het taxitarief. 's Werelds eerste demonstratielijn voor magneettreinen - Shanghai Maglev Train. Na voltooiing duurt het slechts 6-7 minuten om meer dan 30 kilometer van Pudong Longyang Road Station naar Pudong International Airport te reizen.
Over het principe van magnetische levitatie
Shanghai Maglev-trein
Vergeleken met de huidige hogesnelheidstreinen hebben magneettreinen veel onvergelijkbare voordelen:
Omdat de magneettrein op het spoor rijdt, is er geen daadwerkelijk contact tussen de geleiderail en de locomotief, en wordt het een "wielloze" toestand, dus er is bijna geen wrijving tussen het wiel en de rail, en de snelheid is even hoog als als enkele honderden kilometers per uur; de betrouwbaarheid van de magneettrein. Hij is groot, gemakkelijk te onderhouden en goedkoop. Het energieverbruik bedraagt slechts de helft van dat van een auto en een kwart van dat van een vliegtuig. Het geluid is laag. Wanneer de snelheid van de magneettrein meer dan 300 kilometer per uur bereikt, bedraagt het geluid slechts 656 decibel, wat slechts overeenkomt met het geluid van iemand die luid praat. , dat kleiner is dan het geluid van voorbijrijdende auto's; omdat het wordt aangedreven door elektriciteit, stoot het geen uitlaatgassen uit langs het spoor en is er geen vervuiling. Het is een echt groen transportmiddel.
Referenties: Werkingsprincipes en structurele kenmerken van snelle EMU's/Dong Ximing/China Railway Press? 2007.12.1; Little Newton Science Museum--Elektrische en magnetische levitatietreinen (vierde serie) Guizhou Education Press, 2011.12.9
