Teknologi Sempadan Elektromagnet—Kereta api Maglev
Abstrak: Dengan perkembangan sains dan teknologi, kehidupan manusia telah mengalami perubahan yang menggegarkan bumi. Mengambil contoh tingkah laku dalam keperluan asas kehidupan, sejak zaman dahulu hingga kini, kita telah mengalami perubahan seperti berjalan-menunggang-gerabak-kereta-kereta-kapalterbang dan sebagainya. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, kereta api maglev telah menarik perhatian orang ramai kerana kelebihannya dalam kelajuan tinggi, perlindungan alam sekitar dan penjimatan tenaga.
Perkara utama:
1. Apakah kereta api maglev?
2. Prinsip kereta api maglev: a. Jenis pengaliran malar.b. Prinsip tolakan kutub elektromagnet dengan jantina yang sama c. Jenis magnet kekal
3. Asas teknikal kereta api maglev
4. Kereta api maglev domestik China
5. Kelebihan kereta api maglev
Apakah kereta api maglev?
Kereta api maglev berkelajuan tinggi adalah ciptaan teknologi abad ke-20, dan prinsipnya tidak mendalam. Ia menggunakan sifat magnet yang "jantina yang sama menolak antara satu sama lain, dan jantina yang bertentangan menarik antara satu sama lain", supaya magnet mempunyai keupayaan untuk menahan graviti, iaitu, "pengangkatan magnet". Para saintis menerapkan prinsip "pengangkatan magnet" pada sistem pengangkutan kereta api, yang menjadikan kereta api itu terlepas sepenuhnya dari landasan dan terapung, menjadi kereta api "tanpa roda" dengan kelajuan ratusan kilometer sejam. Ini adalah apa yang dipanggil "kereta api maglev".
Prinsip kereta api maglev:
Kereta api Maglev adalah produk pembangunan teknologi tinggi moden. Prinsipnya adalah menggunakan daya elektromagnet untuk mengimbangi graviti bumi, dan daya tarikan dilakukan oleh motor linear, supaya kereta api digantung di landasan (jurang penggantungan adalah kira-kira 1 cm). Penyelidikan dan pembuatannya melibatkan banyak disiplin seperti kawalan automatik, teknologi elektronik kuasa, teknologi pendorong linear, reka bentuk dan pembuatan mekanikal, pemantauan dan diagnosis kerosakan, dan lain-lain. Teknologi ini sangat rumit, dan ia merupakan simbol penting bagi saintifik dan teknologi sesebuah negara. kekuatan dan tahap perindustrian. Berbanding dengan kereta api roda biasa, ia mempunyai bunyi yang rendah dan barisan operasi demonstrasi kereta api maglev pertama di dunia - Kereta Api Maglev Shanghai. Selepas siap, dari Stesen Jalan Pudong Longyang ke Lapangan Terbang Antarabangsa Pudong, ia hanya akan mengambil masa 6-6 kilometer untuk lebih 30 kilometer. 7 minit. Dengan ciri-ciri tiada pencemaran, keselamatan, keselesaan, kelajuan tinggi dan kecekapan tinggi, ia mempunyai reputasi "pesawat ketinggian sifar". Ia adalah jenis pengangkutan baharu dengan prospek yang luas, terutamanya sesuai untuk transit rel bandar. Kereta api Maglev secara amnya dibahagikan kepada jenis menolak dan jenis sedutan mengikut kaedah levitasi yang berbeza, dan boleh dibahagikan kepada kelajuan tinggi dan kelajuan sederhana dan rendah mengikut kelajuan operasi.
"Menjauhkan diri" ialah keadaan kerja asas kereta api maglev. Kereta api Maglev menggunakan daya elektromagnet untuk mengatasi tarikan graviti Bumi, membolehkan kereta api itu melayang di landasan. Semasa operasi, badan kereta dan trek berada dalam keadaan "kedekatan", dan jurang levitasi magnetik adalah kira-kira 1 cm, jadi ia mempunyai reputasi "pesawat ketinggian sifar". Berbanding dengan kereta api roda biasa, ia mempunyai ciri-ciri bunyi yang rendah, penggunaan tenaga yang rendah, tiada pencemaran, keselamatan dan keselesaan, kelajuan tinggi dan kecekapan tinggi, dan dianggap sebagai jenis pengangkutan baharu dengan prospek yang luas. terutamanya dalam hal ini
Kereta api maglev berkelajuan rendah amat sesuai untuk transit kereta api bandar kerana jejari pusingannya yang kecil dan keupayaan mendaki yang kuat.
Kereta api berkelajuan tinggi maglev yang sedang diuji di dunia mempunyai model berikut:
1. Biasanya jenis konduktif (elektromagnet).
Menggunakan prinsip bertentangan elektromagnet yang menarik antara satu sama lain, kenderaan itu digantung di landasan kira-kira 1 cm. Seawal tahun 1976, Jerman telah membangunkan kenderaan eksperimen levitasi magnet malar, yang kini diwakili oleh model TR08 Jerman (model ini diimport dari Jerman di Shanghai), dengan kelajuan maksimum 500 kilometer sejam. Apabila Perdana Menteri Zhu melawat Jerman pada Jun 2000, beliau cuba menaiki kereta api berkelajuan tinggi ini pada 31.5-barisan ujian slewing jenis cermin mata di Emslant ( ). Seawal tahun 1992, Jerman telah mengumumkan bahawa teknologi itu sedia untuk aplikasi komersial.
2. Menggunakan prinsip tolakan kutub elektromagnet pada suhu ultra-rendah, kenderaan digantung kira-kira 10 cm di atas landasan. Pada tahun 1962, Jepun mula mempelajari teknologi kereta api berkelajuan tinggi maglev superkonduktor, dan pada tahun 1989, garis ujian sepanjang 18.4-kilometer telah dibina di Wilayah Yamanashi. Rekod pemanduan 552 kilometer sejam dicipta dengan kenderaan MLX01. Perdana Menteri Zhu cuba menaiki kereta api jenis ini ketika dia melawat Jepun pada September 2000, dan masih terus menguji dan memperbaikinya.
3. Jenis magnet kekal
Juga dikenali sebagai pesawat maglev, ia sebenarnya adalah kereta api berkelajuan tinggi maglev magnet kekal. Ia adalah ciptaan yang sedang diteliti dan diuji oleh Amerika Syarikat. Ketinggian penggantungan ialah 8-15 cm, dan kelajuan boleh mencapai 550 kilometer sejam. Kerana terdapat "sayap gigi" di kedua-dua belah kereta api (sama seperti sayap kapal terbang), dan "ekor" di ekor untuk keseimbangan, ia dipanggil pesawat maglev. Empat syarikat di Chengdu, Wilayah Sichuan telah menjalin usaha sama dengan American Commercial Bank, Feimei Magnetic Levitation High-speed Aircraft Co., Ltd., dan telah mencapai perjanjian kerjasama yang disengajakan untuk memperkenalkan teknologi Amerika. Kedua-dua pihak bersama-sama membiayai penubuhan pangkalan pengeluaran dan merancang untuk membina barisan ujian sepanjang kira-kira 2 kilometer.
Kereta api maglev Shanghai ialah "tarikan magnet konduksi malar" (dirujuk sebagai "konduksi malar") kereta api maglev. Ia direka berdasarkan prinsip "bertentangan menarik antara satu sama lain". Ia adalah sistem suspensi sedutan. Ia menggunakan elektromagnet penggantungan yang dipasang pada bogie di kedua-dua belah kereta api dan magnet yang diletakkan di landasan. Daya sedutan yang dihasilkan oleh medan magnet menjadikan kenderaan terapung. . Elektromagnet dipasang di bahagian bawah kereta api dan di bahagian atas bogie di kedua-dua belah. Plat tindak balas dan plat keluli aruhan masing-masing dipasang di atas rel "I" dan di bawah bahagian lengan atas untuk mengawal arus elektromagnet supaya jurang 1 cm dikekalkan antara elektromagnet dan trek. , biarkan tarikan antara bogie dan kereta api dan graviti kereta api mengimbangi satu sama lain, dan gunakan tarikan magnet untuk mengapungkan kereta api kira-kira 1 cm, supaya kereta api itu digantung di landasan. Ini mesti mengawal arus ke elektromagnet dengan tepat.
Prinsip pemanduan kereta api penggantungan adalah sama seperti motor linear segerak. Dalam istilah orang awam, arus ulang alik yang mengalir dalam gegelung yang terletak di kedua-dua belah landasan boleh mengubah gegelung menjadi elektromagnet, dan kereta api akan bermula kerana interaksinya dengan elektromagnet pada kereta api.
Kutub N elektromagnet di kepala kereta api tertarik oleh kutub S elektromagnet yang dipasang di landasan sedikit di hadapan, dan ditolak oleh kutub N elektromagnet yang dipasang di landasan sedikit kemudian. Apabila kereta api bergerak ke hadapan, arah arus yang mengalir dalam gegelung adalah terbalik, iaitu kutub S asal menjadi kutub N, dan kutub N menjadi kutub S. Kitaran bersilih ganti, dan kereta api berjalan ke hadapan.
Kestabilan dikawal oleh sistem bimbingan. Sistem panduan "sedutan magnet pengaliran biasa" adalah untuk memasang sekumpulan elektromagnet yang digunakan khas untuk membimbing di sisi kereta api. Apabila kereta api melencong ke kiri dan ke kanan, elektromagnet pemandu di atas kereta api
Berinteraksi dengan sisi rel panduan untuk mencipta daya tolakan yang mengembalikan kenderaan ke kedudukan normalnya. Apabila kereta api berjalan di atas lengkung atau tanjakan, sistem kawalan mengawal arus dalam magnet panduan untuk mencapai tujuan mengawal operasi.
Idea kereta api maglev "konduksi normal" telah dicadangkan oleh jurutera Jerman Hermann Kemper pada tahun 1922. Prinsip kerja kereta api maglev "konduksi normal" dan landasan serta motornya adalah sama. Hanya susun "rotor" motor di atas kereta api, dan letakkan "stator" motor di trek. Melalui interaksi antara "pemutar" dan "pemegun", tenaga elektrik ditukar kepada tenaga kinetik ke hadapan. Kita tahu bahawa apabila "pemegun" motor dihidupkan, "pemutar" boleh digerakkan untuk berputar melalui aruhan elektromagnet. Apabila kuasa dihantar ke "stator" trek, kereta api ditolak untuk bergerak dalam garis lurus sama seperti "rotor" motor melalui aruhan elektromagnet. Asas teknikal kereta api maglev:
Kereta api maglev terutamanya terdiri daripada tiga bahagian: sistem penggantungan, sistem pendorong dan sistem bimbingan, seperti yang ditunjukkan dalam rajah.
3. Dalam kebanyakan reka bentuk semasa, ketiga-tiga fungsi dilakukan oleh magnet, walaupun sistem pendorong yang bebas daripada kemagnetan boleh digunakan. Teknologi yang digunakan dalam ketiga-tiga bahagian ini diperkenalkan masing-masing di bawah.
Sistem ampaian: Pada masa ini, reka bentuk sistem ampaian boleh dibahagikan kepada dua arah, iaitu jenis pengaliran biasa yang diterima pakai oleh Jerman dan jenis pengaliran super yang diterima pakai oleh Jepun. Dari segi teknologi levitasi, ia adalah sistem levitasi elektromagnet (EMS) dan sistem levitasi elektrik (EDS). Rajah 4 menunjukkan perbezaan struktur kedua-dua sistem. Sistem levitasi elektromagnet (EMS) ialah sistem levitasi sedutan, di mana elektromagnet pada lokomotif dan landasan feromagnetik pada rel panduan menarik antara satu sama lain untuk menghasilkan levitasi. Apabila kereta api levitasi magnetik konvensional berfungsi, mula-mula laraskan penggantungan bahagian bawah kenderaan dan tarikan elektromagnet elektromagnet panduan, dan bertindak balas dengan belitan pada kedua-dua belah landasan tanah untuk mengapungkan kereta api. Di bawah tindak balas elektromagnet panduan di bahagian bawah kenderaan dan magnet trek, roda dan trek disimpan pada jarak sisi tertentu, dan sokongan bukan sentuhan dan panduan bukan sentuhan rel roda dalam arah mendatar dan menegak direalisasikan. Jurang suspensi antara kenderaan dan trek pemanduan ialah 10 mm, yang dijamin oleh sistem pelarasan elektronik berketepatan tinggi. Di samping itu, oleh kerana penggantungan dan panduan sebenarnya tidak relevan dengan kelajuan kereta api, kereta api masih boleh memasuki keadaan penggantungan walaupun dalam keadaan parkir.
Sistem Suspensi Elektrik (EDS) menggunakan magnet pada lokomotif bergerak untuk menjana arus elektrik pada rel. Apabila jurang antara lokomotif dan rel panduan berkurangan, tolakan elektromagnet akan meningkat, dan tolakan elektromagnet yang terhasil memberikan sokongan dan panduan yang stabil untuk lokomotif. Walau bagaimanapun, lokomotif mesti dipasang dengan sesuatu seperti roda untuk menyokong lokomotif dengan berkesan semasa "berlepas" dan "mendarat" kerana EDS tidak dapat mengekalkan penggantungan lokomotif pada kelajuan di bawah kira-kira 25 mph. Sistem EDS telah dibangunkan lagi di bawah teknologi superkonduktor suhu rendah.
Ciri utama kereta api maglev superkonduktor ialah kekonduksian lengkap dan diamagnetisme lengkap komponen superkonduktornya pada suhu yang agak rendah. Magnet superkonduktor terdiri daripada gegelung superkonduktor yang diperbuat daripada bahan superkonduktor. Ia bukan sahaja mempunyai rintangan arus sifar, tetapi ia juga boleh mengalirkan arus kuat yang tidak dapat dibandingkan dengan wayar biasa. Ciri ini memungkinkan untuk membuat elektromagnet bersaiz kecil dan berkuasa. .
Kenderaan kereta api maglev superkonduktor dilengkapi dengan magnet superkonduktor atas kapal dan membentuk peranti penyepaduan kuasa aruhan.
Belitan pemacu kereta api dan belitan pemandu gantungan dipasang pada kedua-dua belah landasan pemandu tanah. Peralatan penyepaduan kuasa aruhan pada kenderaan terdiri daripada lilitan penyepaduan kuasa, superkonduktor penyepaduan kuasa aruhan
Magnet panduan terdiri daripada tiga bahagian. Apabila arus ulang-alik tiga fasa yang konsisten dengan kekerapan kelajuan kenderaan dibekalkan kepada belitan pemacu pada kedua-dua belah trek, medan elektromagnet yang bergerak akan dihasilkan, dengan itu menghasilkan gelombang magnet pada rel panduan kereta api, dan pada- magnet superkonduktor papan pada kereta api akan tertakluk kepada Tujahan, disegerakkan dengan medan magnet yang bergerak, adalah apa yang mendorong kereta api ke hadapan. Prinsipnya seperti meluncur, peluncur berdiri di atas puncak ombak dan ditolak ke hadapan oleh ombak. Sama seperti masalah yang dihadapi oleh pelayar, kereta api maglev superkonduktor juga perlu menangani masalah bagaimana mengawal pergerakan puncak gelombang elektromagnet yang bergerak dengan tepat. Untuk tujuan ini, instrumen berketepatan tinggi untuk mengesan kedudukan kenderaan dipasang pada rel panduan tanah, dan mod bekalan arus ulang-alik tiga fasa diselaraskan mengikut maklumat daripada pengesan, dan bentuk gelombang elektromagnet dikawal dengan tepat. supaya kereta api dapat berjalan dengan baik.
Sistem pendorong: Pemacuan kereta api maglev menggunakan prinsip motor linear segerak. Gegelung elektromagnet yang menyokong bahagian bawah kenderaan bertindak seperti gegelung medan motor linear segerak, dan belitan pemacu medan magnet tiga fasa di dalam landasan tanah bertindak sebagai angker, yang bertindak seperti belitan stator panjang. motor linear segerak. Daripada prinsip kerja motor, dapat diketahui bahawa apabila gegelung angker sebagai pemegun dikuasakan, pemutar motor didorong untuk berputar disebabkan oleh aruhan elektromagnet. Begitu juga, apabila pencawang yang disusun di sepanjang garisan memberikan kuasa FM dan AM tiga fasa kepada penggulungan pemacu di dalam trek, sistem galas bersama-sama kereta api ditolak untuk bergerak dalam garis lurus seperti "rotor" motor kerana aruhan elektromagnet. Oleh itu, dalam keadaan digantung, kereta api dapat merealisasikan sepenuhnya daya tarikan dan brek tanpa sentuhan.
Dalam istilah orang awam, arus ulang alik yang mengalir dalam gegelung yang terletak di kedua-dua belah landasan boleh mengubah gegelung menjadi elektromagnet. Oleh kerana interaksinya dengan elektromagnet superkonduktor pada kereta api, ia membuat kereta api bergerak. Kereta api bergerak ke hadapan kerana elektromagnet (kutub N) di kepala kereta api tertarik oleh elektromagnet (kutub S) yang dipasang di landasan sedikit lebih jauh ke hadapan, dan pada masa yang sama ditarik oleh elektromagnet (kutub N) ) ditolak. Apabila kereta api bergerak ke hadapan, arah arus yang mengalir dalam gegelung diterbalikkan. Hasilnya ialah gegelung kutub S asal kini menjadi gegelung kutub N, dan sebaliknya. Dengan cara ini, kereta api boleh terus berjalan ke hadapan disebabkan oleh penukaran kekutuban elektromagnet. Mengikut kelajuan kenderaan, frekuensi dan voltan arus ulang alik yang mengalir dalam gegelung diselaraskan oleh penukar kuasa.
Kereta api maglev domestik China:
Kereta api maglev superkonduktor suhu tinggi berawak pertama di dunia dibangunkan oleh Universiti Jiaotong Barat Daya pada tahun 2000
Kereta api "Abad" dan "Masa Depan" bersuhu normal dan kereta api pengangkatan magnet biasa yang dibangunkan kemudian telah mendapat perhatian tinggi dan pengesahan penuh daripada Hu Jintao, Jiang Zemin dan pemimpin parti dan negeri yang lain.
Menurut laporan, seawal tahun 1994, Universiti Jiaotong Barat Daya berjaya membangunkan kereta api maglev berkelajuan rendah pertama China yang mampu membawa orang ramai, tetapi ia berjaya dikendalikan dalam keadaan makmal yang ideal sepenuhnya. Pada tahun 2003, Universiti Jiaotong Barat Daya menyiapkan laluan kereta api maglev di Qingshan, Chengdu, Sichuan. Trek ujian maglev adalah sepanjang 420 meter. Ia ditujukan terutamanya kepada pelancong, dan harga tiket lebih rendah daripada tambang teksi. Barisan operasi demonstrasi kereta api maglev pertama di dunia - Kereta Api Maglev Shanghai, selepas siap, ia akan mengambil masa hanya 6-7 minit untuk perjalanan lebih daripada 30 kilometer dari Stesen Jalan Pudong Longyang ke Lapangan Terbang Antarabangsa Pudong.
Pada prinsip pengangkatan magnetik
Kereta Api Shanghai Maglev
Berbanding dengan kereta api berkelajuan tinggi hari ini, kereta api maglev mempunyai banyak kelebihan yang tiada tandingan:
Kerana kereta api maglev berjalan di landasan, tidak ada sentuhan sebenar antara rel panduan dan lokomotif, dan ia menjadi keadaan "tanpa roda", jadi hampir tiada geseran antara roda dan rel, dan kelajuannya setinggi. sebagai beberapa ratus kilometer sejam; kebolehpercayaan kereta api maglev Ia besar, mudah diselenggara, dan kos rendah. Penggunaan tenaganya hanya separuh daripada kereta dan suku daripada kapal terbang. Riuh rendah. Apabila kelajuan kereta api maglev mencecah lebih 300 kilometer sejam, bunyi hanya 656 desibel, yang hanya bersamaan dengan seseorang yang bercakap dengan kuat. , yang lebih kecil daripada bunyi kereta yang lalu lalang; kerana ia dikuasakan oleh elektrik, ia tidak akan mengeluarkan gas ekzos di sepanjang trek, dan tidak mempunyai pencemaran. Ia adalah alat pengangkutan hijau yang sebenarnya.
Rujukan: Prinsip Kerja dan Ciri-ciri Struktur EMU berkelajuan tinggi/Dong Ximing/China Railway Press? 2007.12.1; Muzium Sains Little Newton--Kereta Api Levitasi Elektrik dan Magnet (Siri Keempat) Guizhou Education Press, 2011.12.9
