Магнитная река

Магнитная река — это система электродинамической магнитной левитации (маглев), разработанная Фредриком Истэмом и Эриком Лэйтуэйтом в 1974 году. Она состоит из тонкой проводящей пластины на линейном асинхронном двигателе переменного тока . Благодаря поперечному потоку и геометрии это придает ему подъемную силу, устойчивость и тягу, а также относительно ^{[ нечеткий ]} эффективный. Название относится к действию, обеспечивающему устойчивость вдоль продольной оси, которое действует аналогично потоку воды в реке.

Линейные двигатели

Линейный асинхронный двигатель (ЛИМ) по сути представляет собой обычный асинхронный двигатель , первичная обмотка которого «размотана» и уложена плоско. Ротор, обычно состоящий из серии проводников, намотанных на какую-либо форму, заменяется листом магниточувствительного металла. Из-за хорошего соотношения проводимости и веса для изготовления этой «статорной пластины» почти всегда используется алюминий. Когда на первичные обмотки подается ток, они индуцируют магнитное поле в пластине статора, которое создает силы, направленные от пластины и вдоль нее. ^{[ 1 ]}

Самый простой способ использовать эти силы для создания линейного движения — разместить два таких двигателя по обе стороны от одной статорной пластины. Таким образом, подъемные силы одного двигателя противоположны другому, и соединение двух двигателей вместе приводит к отсутствию чистой боковой силы (она содержится в напряжении зажима). Обычно он представляет собой устройство С-образной формы, которое подвешивается над вертикальной пластиной статора. Подобные устройства часто можно увидеть во многих новаторских транспортных системах 1960-х годов, обычно они проходят через прорезь в середине пола транспортного средства. ^{[ 1 ]}

К концу 1960-х годов в конструкции «сэндвич-двигателя» был обнаружен фатальный недостаток. Статорная пластина не может быть изготовлена из цельной отливки, так как ее длина составляет несколько километров. Вместо этого он состоит из множества пластин меньшего размера, которые затем свариваются вместе. Прочность этих сварных швов намного меньше прочности самой пластины, и они склонны к разрушению в холодную погоду. Когда транспортное средство проезжает мимо, любое несоосность между двигателем и статором приводит к возникновению огромных сил, толкающих пластину обратно в центр двигателя. Эти силы могут быть достаточно велики, чтобы разорвать сварные швы между пластинами или просто деформировать их. В этом случае двигатель следующего за ним автомобиля может катастрофически ударить о пластину. ^{[ 2 ]}

Односторонний ЛИМ

Стремясь решить проблемы, обнаруженные в сэндвич-двигателе, начиная с 1967 года Эрик Лейтуэйт и его команда из Имперского колледжа Лондона начали экспериментировать с односторонними схемами LIM. В этой конструкции нет соответствующего набора магнитных полей на «дальней стороне» статора, что требует использования какой-либо другой системы для создания полного пути магнитного потока. ^{[ 3 ]}

Первоначально команда рассматривала небольшие пластины из мягкого железа, подобные пластинам в сердечнике трансформатора . Размер магнитного потока и, следовательно, размер требуемых железных пластин зависел от скорости транспортного средства, частоты сети и размера магнитов. Размер магнитов зависит от рассеиваемой внутри них мощности и, следовательно, имеет фиксированный размер для любого типа транспортного средства; Для более высоких уровней мощности необходимы магниты большего размера, которые используются на высокоскоростных транспортных средствах. Таким образом, единственной реальной переменной является частота источника питания. В то время эффективное преобразование частоты высокой мощности было дорогим и тяжелым, поэтому единственной практичной системой было использование стандартной сети с частотой 50 Гц. Учитывая эти затраты, для одностороннего LIM потребовался «сердечник» магнитного потока глубиной около 30 см, что значительно увеличило бы стоимость дорожек. ^{[ 4 ]}

Магнитная река

В феврале 1969 года команда Лэйтуэйта совершила прорыв, который улучшил практичность одностороннего LIM для высокоскоростного использования. Они заметили, что, повернув установленную на автомобиле сторону ротора двигателя на 90 градусов, чтобы он был выровнен «поперек» дорожек, а не вдоль них, поток смог распространиться по всей пластине статора, тем самым устранив проблемы с глубиной. . Опять же, простой тонкий алюминиевый лист может служить подходящей пластиной статора. Как позже заметил Лейтуэйт, не было причин не рассматривать эту конструкцию с самого начала, она просто не возникла при разработке ЛИМ на основе роторных электродвигателей, первичные обмотки которых располагались «вдоль» статора таким же образом, как и у более ранние LIM. ^{[ 5 ]} Эти новые устройства были известны как машины с поперечным потоком или TFM . ^{[ 4 ]}

Во время разработки TFM транспортные средства на магнитной подвеске были основной областью исследований, особенно в Германии . Лейтуэйт всегда интересовался этими конструкциями и вложил некоторые усилия в разработку своих собственных версий. В большинстве систем на магнитной подвеске использовалась серия магнитов для обеспечения подъемной силы и отдельные комплекты для обеспечения направления из стороны в сторону вдоль рельса. Все эти конструкции имели серьезные проблемы с устойчивостью и требовали электронных систем для поддержания плавности хода. Лэйтуэйт резко критиковал любую конструкцию, в которой для подъемной силы использовались силы притяжения, и считал, что отталкивающая система, которая по своей природе стабильна, была бы лучшей конструкцией.

Лэйтуэйт разработал магнитную подвеску на основе отталкивания, в которой использовались два длинных проводника, установленных по обе стороны пластины с магнитным потоком. Проводники проходили по верхней части пластины с конца, были согнуты на 180 градусов, а затем возвращались вдоль верхней части пластины, образуя длинную U-образную форму. Протекание тока по петлям провода вызывало магнитные поля, которые были отталкивающими в петлях и притягивающими в области между ними. Это означало, что если двигатель станет нецентрированным по сравнению с пластиной статора, он, естественно, почувствует силу, тянущую его обратно к центру. Единственным недостатком этого подхода является то, что транспортное средство при правильном выравнивании ощущает как силы притяжения, так и отталкивания, а это означает, что для обеспечения необходимой подъемной силы требуется больше энергии. Система не обеспечивала тягу, а только подъемную силу, поэтому команда предложила разместить тонкий LIM между двумя подъемными катушками. ^{[ 6 ]}

Том Феллоуз из команды гусеничных судов на воздушной подушке обратился к Лэйтуэйту с просьбой построить модель системы на магнитной подвеске для предстоящей Transpo '72 выставки . Используя отталкивающую конструкцию, он обнаружил, что для этой модели требуется очень широкий двигатель, около 25 см для гусеницы длиной всего 9 м, поэтому Лэйтуэйт начал изучать способы уменьшения размера системы. Одним из первых изменений было перемещение проводников из верхней части двигателя в положение, когда половина петли находилась под пластиной магнитного потока. Было обнаружено, что это приводило к нестабильности системы, пока кто-то случайно не подключил лифтовые проводники «неправильным путем», так что ток в двух петлях тек в одном направлении. Это немедленно привело к стабилизации системы. ^{[ 6 ]}

Когда Лэйтуэйт нанял инженерную фирму для создания модели, они отметили, что стопка железных пластин длиной 9 м вряд ли выдержит поездку в США в целости и сохранности. Обдумывая проблему, Фредрик Истхэм решил разбить трассу на несколько участков, каждый со своими подъемными петлями. Это привело к созданию конструкции с использованием серии железных сердечников U-образной формы с петлевой проволокой, создающей в них поток, аналогичный половине сердечника трансформатора. Когда эта конструкция была опробована, было обнаружено, что она обеспечивает подъемную силу с обоих плеч U, устраняя необходимость в двух рядах подъемных катушек. Наконец, подключив U к трехфазному источнику питания, удалось создать тягу. Это была магнитная река. ^{[ 6 ]}

Описание

В магнитной реке проводящая пластина имеет критическую ширину относительно магнитов под ней.

Каждый ряд магнитов линейного двигателя имеет по два полюса, причем полюса расположены поперечно «реке» с U-образными сердечниками и возбуждаются переменным током.

Под напряжением магниты создают колеблющееся поперечное поле, которое разрезает пластину. Затем пластина генерирует два вихревых тока, по одному над каждым полюсом.

Однако край уменьшает размер вихревого тока с каждой стороны, поскольку он мешает круговому току. Перемещение пластины вбок увеличивает ток на одной стороне, поскольку край меньше мешает, и это подталкивает эту сторону выше. Пластина также оттягивается потоками вбок назад к центру, стабилизируя боковое движение.

Эта стабилизация работает только при условии, что пластина не слишком широкая и не слишком узкая, а также в некоторой степени зависит от высоты левитации: при больших подъемах пластина должна быть шире.

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Лейтуэйт 1973 , с. 802.
^ Лэйтуэйт 1973 , стр. 802–803.
^ Лэйтуэйт 1973 , с. 803.
^ Jump up to: ^а ^б Лейтуэйт 1973 , с. 804.
^ Лэйтуэйт 1973 , с. 805.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Кертис 1973 , с. 805.

Лэйтуэйт, Эрик (28 июня 1973 г.), «Линейные двигатели для высокоскоростных транспортных средств» , New Scientist , стр. 802–805.
Кертис, Энтони (28 июня 1973 г.), «Магнитная река сочетает в себе подъемную силу и тягу» , New Scientist , стр. 805

Внешние ссылки

[FOOTNOTELaithwaite1973802-1] Jump up to: ^а ^б Лейтуэйт 1973 , с. 802.

[FOOTNOTELaithwaite1973802–803-2] Лэйтуэйт 1973 , стр. 802–803.

[FOOTNOTELaithwaite1973803-3] Лэйтуэйт 1973 , с. 803.

[FOOTNOTELaithwaite1973804-4] Jump up to: ^а ^б Лейтуэйт 1973 , с. 804.

[FOOTNOTELaithwaite1973805-5] Лэйтуэйт 1973 , с. 805.

[FOOTNOTECurtis1973805-6] Jump up to: ^а ^б ^с Кертис 1973 , с. 805.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]