Grenztechnologie der Elektromagnetik – Magnetschwebebahn
Zusammenfassung: Mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie hat das Leben der Menschen weltbewegende Veränderungen erfahren. Nehmen wir das Verhalten als Beispiel für die Grundbedürfnisse des Lebens, von der Antike bis zur Gegenwart haben wir Veränderungen wie Gehen, Reiten, Pferdekutsche, Zug, Auto, Flugzeug usw. erlebt. In den letzten Jahren haben Magnetschwebebahnen aufgrund ihrer Vorteile wie hoher Geschwindigkeit, Umweltschutz und Energieeinsparung die Aufmerksamkeit der Menschen auf sich gezogen.
Kernpunkte:
1. Was ist eine Magnetschwebebahn?
2. Das Prinzip der Magnetschwebebahn: a. Konstantleitungstyp.b. Das Prinzip der elektromagnetischen Polabstoßung beim gleichen Geschlecht c. Permanentmagnettyp
3. Technische Grundlagen der Magnetschwebebahn
4. Chinas inländische Magnetschwebebahn
5. Vorteile von Magnetschwebebahnen
Was ist eine Magnetschwebebahn?
Die Hochgeschwindigkeits-Magnetschwebebahn ist eine technologische Erfindung des 20. Jahrhunderts und ihr Prinzip ist nicht tiefgreifend. Es nutzt die Eigenschaft von Magneten, dass „das gleiche Geschlecht sich gegenseitig abstößt und das andere Geschlecht sich gegenseitig anzieht“, sodass der Magnet der Schwerkraft widerstehen kann, also der „Magnetschwebebahn“. Wissenschaftler wenden das Prinzip der „Magnetschwebebahn“ auf das Eisenbahntransportsystem an, wodurch sich der Zug vollständig von der Schiene löst und schwebt, sodass er zu einem „radlosen“ Zug mit einer Geschwindigkeit von Hunderten von Kilometern pro Stunde wird. Dabei handelt es sich um die sogenannte „Magnetschwebebahn“.
Das Prinzip der Magnetschwebebahn:
Die Magnetschwebebahn ist das Produkt moderner High-Tech-Entwicklung. Das Prinzip besteht darin, die Schwerkraft der Erde durch elektromagnetische Kraft auszugleichen, und die Traktion erfolgt durch den Linearmotor, so dass der Zug am Gleis hängt (der Aufhängungsspalt beträgt ca. 1 cm). Seine Forschung und Herstellung umfasst viele Disziplinen wie automatische Steuerung, Leistungselektroniktechnologie, lineare Antriebstechnologie, mechanische Konstruktion und Herstellung, Fehlerüberwachung und -diagnose usw. Die Technologie ist sehr kompliziert und ein wichtiges Symbol für die Wissenschaft und Technologie eines Landes Stärke und industrielles Niveau. Im Vergleich zu gewöhnlichen Rad-Schienen-Zügen ist der Lärm gering und es gibt die weltweit erste Demonstrationsstrecke für Magnetschwebebahnen – den Shanghai Maglev Train. Nach der Fertigstellung werden vom Bahnhof Pudong Longyang Road bis zum internationalen Flughafen Pudong nur noch 6-6 Kilometer für mehr als 30 Kilometer benötigt. 7 Minuten. Mit den Eigenschaften Schadstofffreiheit, Sicherheit, Komfort, hohe Geschwindigkeit und hohe Effizienz genießt es den Ruf eines „Flugzeugs ohne Flughöhe“. Es handelt sich um einen neuen Transporttyp mit breiten Perspektiven, der sich besonders für den städtischen Schienenverkehr eignet. Magnetschwebebahnen werden im Allgemeinen nach verschiedenen Schwebemethoden in abstoßende und saugende Züge unterteilt und können je nach Betriebsgeschwindigkeit in hohe Geschwindigkeiten sowie mittlere und niedrige Geschwindigkeiten unterteilt werden.
„Wegbleiben“ ist der Grundzustand der Magnetschwebebahn. Magnetschwebebahnen nutzen elektromagnetische Kraft, um der Anziehungskraft der Erde entgegenzuwirken, sodass der Zug auf der Strecke schweben kann. Während des Betriebs befinden sich die Karosserie und das Gleis in einem Zustand der „Nähe“, und der Magnetschwebespalt beträgt etwa 1 cm, sodass es den Ruf eines „Flugzeugs mit Nullhöhe“ hat. Im Vergleich zu gewöhnlichen Rad-Schienen-Zügen zeichnen sie sich durch geringe Geräuschentwicklung, geringen Energieverbrauch, keine Umweltverschmutzung, Sicherheit und Komfort, hohe Geschwindigkeit und hohe Effizienz aus und gelten als neue Transportart mit breiten Perspektiven. besonders hierin
Niedriggeschwindigkeits-Magnetschwebebahnen eignen sich aufgrund ihres kleinen Wenderadius und ihrer starken Steigfähigkeit besonders für den städtischen Schienenverkehr.
Die weltweit getesteten Magnetschwebebahn-Hochgeschwindigkeitszüge verfügen über die folgenden Modelle:
1. Normalerweise leitender (elektromagnetischer) Typ
Durch das Prinzip der gegenseitigen Anziehung elektromagnetischer Gegensätze wird das Fahrzeug ca. 1 cm auf dem Gleis aufgehängt. Bereits 1976 hat Deutschland ein Versuchsfahrzeug mit konstanter Magnetschwebebahn entwickelt, das derzeit durch das deutsche Modell TR08 repräsentiert wird (dieses Modell wurde aus Deutschland in Shanghai importiert) mit einer Höchstgeschwindigkeit von 500 Stundenkilometern. Als Ministerpräsident Zhu im Juni 2000 Deutschland besuchte, versuchte er, mit diesem Hochgeschwindigkeitszug auf der 31,{7}Kilometer langen Teststrecke für Brillendrehwerke in Emslant ( ) zu fahren. Bereits 1992 hatte Deutschland erklärt, dass die Technologie für den kommerziellen Einsatz bereit sei.
2. Unter Anwendung des Prinzips der elektromagnetischen Polabstoßung bei extrem niedrigen Temperaturen wird das Fahrzeug etwa 10 cm über dem Gleis aufgehängt. Im Jahr 1962 begann Japan mit der Erforschung der supraleitenden Magnetschwebebahn-Technologie für Hochgeschwindigkeitszüge, und 1989 wurde in der Präfektur Yamanashi eine 18,{7} Kilometer lange Teststrecke gebaut. Mit dem Fahrzeug MLX01 wurde ein bemannter Rekord von 552 Stundenkilometern aufgestellt. Premierminister Zhu versuchte bei seinem Besuch in Japan im September 2000, diesen Zugtyp zu fahren, und testet und verbessert ihn immer noch.
3. Permanentmagnettyp
Es wird auch als Magnetschwebebahn bezeichnet und ist eigentlich ein Hochgeschwindigkeitszug mit Permanentmagnet-Magnetschwebebahn. Es ist eine Kreation, die die Vereinigten Staaten erforschen und testen. Die Aufhängungshöhe beträgt 8-15 cm und die Geschwindigkeit kann 550 Kilometer pro Stunde erreichen. Da sich auf beiden Seiten des Zuges „Zahnflügel“ befinden (ähnlich den Flügeln eines Flugzeugs) und am Heck ein „Heck“ für das Gleichgewicht, spricht man von einem Magnetschwebebahn-Flugzeug. Vier Unternehmen in Chengdu in der Provinz Sichuan haben ein Joint Venture mit der American Commercial Bank, Feimei Magnetic Levitation High-speed Aircraft Co., Ltd., gegründet und eine gezielte Kooperationsvereinbarung zur Einführung amerikanischer Technologie getroffen. Die beiden Parteien finanzierten gemeinsam den Aufbau einer Produktionsbasis und planten den Bau einer etwa zwei Kilometer langen Testlinie.
Die Shanghai-Magnetschwebebahn ist eine Magnetschwebebahn mit „konstanter magnetischer Anziehungskraft“ (auch als „konstante Leitfähigkeit“ bezeichnet). Es ist nach dem Prinzip „Gegensätze ziehen sich an“ konzipiert. Es handelt sich um ein Saugaufhängungssystem. Es nutzt die an den Drehgestellen auf beiden Seiten des Zuges angebrachten Aufhängungs-Elektromagnete und die auf dem Gleis verlegten Magnete. Die durch das Magnetfeld erzeugte Saugkraft bringt das Fahrzeug zum Schweben. . An der Unterseite des Zuges und an der Oberseite der Drehgestelle sind auf beiden Seiten Elektromagnete angebracht. Über der „I“-Schiene und unter dem oberen Armteil sind Reaktionsplatten und Induktionsstahlplatten installiert, um den Strom des Elektromagneten so zu steuern, dass zwischen dem Elektromagneten und der Schiene ein Abstand von 1 cm eingehalten wird. , lassen Sie die Anziehungskraft zwischen Drehgestell und Zug und die Schwerkraft des Zuges einander ausgleichen und nutzen Sie die magnetische Anziehung, um den Zug um etwa 1 cm schweben zu lassen, sodass der Zug auf dem Gleis hängt. Dieser muss den Strom zum Elektromagneten präzise steuern.
Das Antriebsprinzip des Hängezuges ist genau das gleiche wie das des Synchronlinearmotors. Laienhaft ausgedrückt kann der Wechselstrom, der in der Spule auf beiden Seiten des Gleises fließt, die Spule in einen Elektromagneten verwandeln, und der Zug startet aufgrund seiner Wechselwirkung mit dem Elektromagneten im Zug.
Der Nordpol des Elektromagneten an der Spitze des Zuges wird vom Südpol des etwas weiter vorne auf dem Gleis installierten Elektromagneten angezogen und vom Nordpol des etwas später auf dem Gleis installierten Elektromagneten abgestoßen. Wenn der Zug vorwärts fährt, kehrt sich die Richtung des in der Spule fließenden Stroms um, d. h. der ursprüngliche Südpol wird zum Nordpol und der Nordpol wird zum Südpol. Der Zyklus wechselt sich ab und der Zug fährt vorwärts.
Die Stabilität wird durch ein Leitsystem gesteuert. Das Führungssystem „Normalleitungs-Magnetsaugung“ besteht aus der Installation einer Gruppe von Elektromagneten, die speziell für die Führung an der Seite des Zuges verwendet werden. Wenn der Zug nach links und rechts abweicht, wirkt der Führungselektromagnet auf den Zug
Interagiert mit der Seite der Führungsschiene und erzeugt eine Abstoßungskraft, die das Fahrzeug in seine normale Position zurückbringt. Wenn der Zug in einer Kurve oder auf einer Rampe fährt, steuert das Steuersystem den Strom im Führungsmagneten, um den Zweck der Steuerung des Betriebs zu erreichen.
Die Idee der „Normalleitungs“-Magnetschwebebahn wurde 1922 vom deutschen Ingenieur Hermann Kemper vorgeschlagen. Das Funktionsprinzip der „Normalleitungs“-Magnetschwebebahn sowie das Gleis und der Motor sind genau das gleiche. Ordnen Sie einfach den „Rotor“ des Motors am Zug an und legen Sie den „Stator“ des Motors auf das Gleis. Durch das Zusammenspiel zwischen „Rotor“ und „Stator“ wird die elektrische Energie in kinetische Vorwärtsenergie umgewandelt. Wir wissen, dass, wenn der „Stator“ des Motors mit Strom versorgt wird, der „Rotor“ durch elektromagnetische Induktion in Drehung versetzt werden kann. Wenn Strom auf den „Stator“ des Gleises übertragen wird, wird der Zug durch elektromagnetische Induktion dazu gebracht, sich in einer geraden Linie zu bewegen, genau wie der „Rotor“ des Motors. Die technische Basis der Magnetschwebebahn:
Die Magnetschwebebahn besteht hauptsächlich aus drei Teilen: dem Aufhängungssystem, dem Antriebssystem und dem Leitsystem, wie in der Abbildung dargestellt
3. In der überwiegenden Mehrheit der aktuellen Konstruktionen werden alle drei Funktionen von Magneten ausgeführt, obwohl auch ein vom Magnetismus unabhängiges Antriebssystem verwendet werden könnte. Die in diesen drei Teilen verwendeten Technologien werden im Folgenden jeweils vorgestellt.
Aufhängungssystem: Derzeit kann das Design des Aufhängungssystems in zwei Richtungen unterteilt werden, nämlich den von Deutschland übernommenen Normalleitungstyp und den von Japan übernommenen Supraleitungstyp. Bei der Levitationstechnik handelt es sich um das elektromagnetische Levitationssystem (EMS) und das elektrische Levitationssystem (EDS). Abbildung 4 zeigt die strukturellen Unterschiede der beiden Systeme. Das elektromagnetische Schwebesystem (EMS) ist ein Saugschwebesystem, bei dem sich der Elektromagnet an der Lokomotive und die ferromagnetische Schiene an der Führungsschiene gegenseitig anziehen, um eine Schwebewirkung zu erzeugen. Wenn die herkömmliche Magnetschwebebahn in Betrieb ist, stellen Sie zunächst die Aufhängung des unteren Teils des Fahrzeugs und die elektromagnetische Anziehungskraft des Führungselektromagneten ein und reagieren Sie mit den Wicklungen auf beiden Seiten der Bodenschiene, um den Zug schweben zu lassen. Durch die Reaktion des Führungselektromagneten am unteren Teil des Fahrzeugs und des Schienenmagneten werden das Rad und die Schiene in einem bestimmten seitlichen Abstand gehalten, und die berührungslose Unterstützung und berührungslose Führung der Rad-Schiene in der Es werden horizontale und vertikale Richtungen realisiert. Der Federungsabstand zwischen Fahrzeug und Fahrschiene beträgt 10 mm, was durch ein hochpräzises elektronisches Einstellsystem gewährleistet wird. Da außerdem die Federung und Führung für die Geschwindigkeit des Zuges eigentlich irrelevant sind, kann der Zug auch im Parkzustand noch in den Federungszustand gelangen.
Elektrische Federungssysteme (EDS) nutzen Magnete an einer fahrenden Lokomotive, um elektrischen Strom auf den Schienen zu erzeugen. Wenn der Abstand zwischen Lokomotive und Führungsschiene kleiner wird, nimmt die elektromagnetische Abstoßung zu, und die daraus resultierende elektromagnetische Abstoßung sorgt für eine stabile Unterstützung und Führung der Lokomotive. Allerdings muss die Lokomotive mit so etwas wie Rädern ausgestattet sein, um die Lokomotive beim „Start“ und „Landen“ effektiv zu unterstützen, da das EDS die Federung der Lokomotive bei Geschwindigkeiten unter etwa 25 Meilen pro Stunde nicht aufrechterhalten kann. EDS-Systeme wurden im Rahmen der Niedertemperatur-Supraleitungstechnologie weiterentwickelt.
Das Hauptmerkmal der supraleitenden Magnetschwebebahn ist die vollständige Leitfähigkeit und der vollständige Diamagnetismus ihrer supraleitenden Komponenten bei relativ niedriger Temperatur. Supraleitende Magnete bestehen aus supraleitenden Spulen aus supraleitenden Materialien. Es hat nicht nur einen Stromwiderstand von Null, sondern kann auch einen starken Strom leiten, der mit gewöhnlichen Drähten nicht zu vergleichen ist. Diese Funktion ermöglicht die Herstellung kleiner und leistungsstarker Elektromagnete. .
Das Fahrzeug der supraleitenden Magnetschwebebahn ist mit supraleitenden Magneten an Bord ausgestattet und stellt ein Induktionsleistungsintegrationsgerät dar.
Die Antriebswicklung und die Aufhängungsführungswicklung des Zuges sind auf beiden Seiten der Bodenführungsschiene angebracht. Die Induktions-Leistungsintegrationsausrüstung am Fahrzeug besteht aus einer Leistungsintegrationswicklung und einer Induktions-Leistungsintegrations-Supraleitung
Der Führungsmagnet besteht aus drei Teilen. Wenn der dreiphasige Wechselstrom, der mit der Fahrzeuggeschwindigkeitsfrequenz übereinstimmt, den Antriebswicklungen auf beiden Seiten des Gleises zugeführt wird, wird ein bewegliches elektromagnetisches Feld erzeugt, wodurch magnetische Wellen auf der Zugführungsschiene und auf der Schiene erzeugt werden. Der supraleitende Magnet auf der Platine des Zuges wird einem Schub ausgesetzt, der mit dem sich bewegenden Magnetfeld synchronisiert ist und den Zug vorwärts treibt. Das Prinzip ähnelt dem Surfen: Der Surfer steht auf dem Wellenkamm und wird von der Welle vorwärts getrieben. Ähnlich wie die Probleme, mit denen Surfer konfrontiert sind, müssen sich supraleitende Magnetschwebebahnen auch mit dem Problem auseinandersetzen, wie die Spitzenbewegung bewegter elektromagnetischer Wellen genau gesteuert werden kann. Zu diesem Zweck wird auf der Bodenführungsschiene ein hochpräzises Instrument zur Positionserkennung des Fahrzeugs installiert, der dreiphasige Wechselstromversorgungsmodus entsprechend den Informationen des Detektors angepasst und die elektromagnetische Wellenform präzise gesteuert damit der Zug gut fahren kann.
Antriebssystem: Der Antrieb der Magnetschwebebahn erfolgt nach dem Prinzip des Synchronlinearmotors. Die Spule des Elektromagneten, der den unteren Teil des Fahrzeugs trägt, wirkt wie die Feldspule eines synchronen Linearmotors, und die dreiphasige Antriebswicklung mit beweglichem Magnetfeld innerhalb der Bodenschiene fungiert als Anker, der wie die lange Statorwicklung von funktioniert ein synchroner Linearmotor. Aus dem Funktionsprinzip des Motors lässt sich erkennen, dass der Rotor des Motors durch elektromagnetische Induktion in Drehung versetzt wird, wenn die Ankerspule als Stator mit Strom versorgt wird. Wenn das entlang der Strecke angeordnete Umspannwerk die Antriebswicklung im Gleis mit dreiphasigem FM- und AM-Strom versorgt, wird das Lagersystem zusammen mit dem Zug dazu gezwungen, sich in einer geraden Linie zu bewegen, wie der „Rotor“ des Motors Elektromagnetische Induktion. Daher kann der Zug im schwebenden Zustand vollständig berührungslose Traktion und Bremsung realisieren.
Laienhaft ausgedrückt kann der Wechselstrom, der in der Spule auf beiden Seiten des Gleises fließt, die Spule in einen Elektromagneten verwandeln. Durch seine Wechselwirkung mit dem supraleitenden Elektromagneten im Zug bringt es den Zug in Bewegung. Der Zug fährt vorwärts, weil der Elektromagnet (N-Pol) an der Spitze des Zuges von dem Elektromagneten (S-Pol) angezogen wird, der etwas weiter vorne am Gleis montiert ist, und gleichzeitig vom Elektromagneten (N-Pol) angezogen wird. werden abgelehnt. Während sich der Zug vorwärts bewegt, kehrt sich die Richtung des Stromflusses in den Spulen um. Das Ergebnis ist, dass die ursprüngliche S-Pol-Spule jetzt eine N-Pol-Spule ist und umgekehrt. Auf diese Weise kann der Zug aufgrund der Umschaltung der elektromagnetischen Polarität weiter vorwärts fahren. Abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit werden Frequenz und Spannung des in der Spule fließenden Wechselstroms vom Stromrichter angepasst.
Chinas inländische Magnetschwebebahn:
Die weltweit erste bemannte Hochtemperatur-Supraleiter-Magnetschwebebahn wurde im Jahr 2000 von der Southwest Jiaotong University entwickelt
Die später entwickelte bemannte Normaltemperatur- und Magnetschwebebahn „Century“ und „Future“ haben große Aufmerksamkeit und volle Zustimmung von Hu Jintao, Jiang Zemin und anderen Partei- und Staatsführern erhalten.
Berichten zufolge entwickelte die Southwest Jiaotong University bereits 1994 erfolgreich Chinas erste langsame Magnetschwebebahn, die Menschen befördern konnte, sie wurde jedoch erfolgreich unter völlig idealen Laborbedingungen betrieben. Im Jahr 2003 stellte die Southwest Jiaotong University die Magnetschwebebahnlinie in Qingshan, Chengdu, Sichuan, fertig. Die Magnetschwebebahn-Teststrecke ist 420 Meter lang. Es richtet sich hauptsächlich an Touristen und der Ticketpreis ist niedriger als der Taxipreis. Die weltweit erste Demonstrationsstrecke für Magnetschwebebahnen – Shanghai Maglev Train – wird nach ihrer Fertigstellung nur noch 6-7 Minuten benötigen, um mehr als 30 Kilometer vom Bahnhof Pudong Longyang Road zum internationalen Flughafen Pudong zu fahren.
Nach dem Prinzip der Magnetschwebebahn
Shanghai Magnetschwebebahn
Im Vergleich zu heutigen Hochgeschwindigkeitszügen haben Magnetschwebebahnen viele unvergleichliche Vorteile:
Da die Magnetschwebebahn auf dem Gleis fährt, gibt es keinen tatsächlichen Kontakt zwischen der Führungsschiene und der Lokomotive und es kommt zu einem „radlosen“ Zustand, sodass zwischen dem Rad und der Schiene fast keine Reibung mehr auftritt und die Geschwindigkeit genauso hoch ist als mehrere hundert Kilometer pro Stunde; die Zuverlässigkeit der Magnetschwebebahn: Sie ist groß, leicht zu warten und kostengünstig. Sein Energieverbrauch ist nur halb so hoch wie der eines Autos und ein Viertel so hoch wie der eines Flugzeugs. Der Lärm ist gering. Wenn die Geschwindigkeit der Magnetschwebebahn mehr als 300 Kilometer pro Stunde erreicht, beträgt der Lärm nur noch 656 Dezibel, was nur dem Geräusch einer laut sprechenden Person entspricht. , das leiser ist als das Geräusch vorbeifahrender Autos; Da es mit Strom betrieben wird, stößt es entlang der Strecke keine Abgase aus und verursacht keine Umweltverschmutzung. Es ist ein wahrhaft umweltfreundliches Transportmittel.
Referenzen: Funktionsprinzipien und Strukturmerkmale von Hochgeschwindigkeits-EMUs/Dong Ximing/China Railway Press? 2007.12.1; Little Newton Science Museum--Elektrische und magnetische Schwebebahnen (vierte Serie) Guizhou Education Press, 9.12.2011
