Improving the transverse dynamics of high speed transport on the magnetic suspension

Abstract

Improving the transverse dynamics of high speed transport on the magnetic suspension

Full Text

Вопросы безопасности движения всегда были и остаются актуальными для всех видов транспорта. Поперечная динамика высокоскоростного транспорта на магнитном подвесе оказывает большое влияние на безопасность его движения. В КНР разработан и в конце 2015 года построен и прошел испытания поезд на магнитном подвесе со скоростью движения 100 км/ч, предназначенный для сообщения между городами. За последние годы возрос интерес к транспортным и технологическим системам с магнитным подвесом, о чем свидетельствуют проводимые в Санкт-Петербурге международные научные конференции по магнитолевитационным транспортным системам и технологиям, организованные в Санкт-Петербурге в Петербургском государственном университете путей сообщения под руководством профессоров А.А. Зайцева и Ю.Ф. Антонова [1].

Повысить безопасность высокоскоростного транспорта на магнитном подвесе можно при использовании линейных асинхронных двигателей (ЛАД) с продольно-поперечным магнитным потоком, способных улучшить поперечную динамику движущегося и левитирующего поезда. Линейные асинхронные двигатели с продольно-поперечным магнитным потоком, разработанные в Ростовском государственном университете путей сообщения (РГУПС-РИИЖТ), развивают помимо тяговых (продольных) поперечные усилия, обеспечивающие симметричное расположение транспортного экипажа на магнитном подвесе относительно путевой структуры. Поперечное симметрирование экипажа на магнитном подвесе (самостабилизация) происходит автоматически без применения каких-либо дополнительных устройств и датчиков положения. Результат достигается при использовании бегущих навстречу друг другу в поперечном движению высокоскоростного экипажа магнитных полей. Один из вариантов конструкции ЛАД с продольнопоперечным магнитным потоком для ВСНТ на магнитном подвесе описан в [1].

Линейные асинхронные двигатели с продольно-поперечным магнитным потоком могут быть размещены как на экипаже ВСНТ, так и встраиваться в непосредственно путевую структуру. Увеличению усилий, обеспечивающих автоматическую поперечную самостабилизации высокоскоростного экипажа и повышающих безопасность движения ВСНТ на магнитном подвесе, будет способствовать внедрение технического решения, созданного в РГУПС [2]. На рис. 1 схематично изображено поперечное сечение нового линейного асинхронного двигателя с продольно-поперечным магнитным потоком.

Линейный асинхронный двигатель с продольно-поперечным магнитным потоком, обладающий повышенными усилиями для самостабилизации системы ВСНТ (рис. 1) содержит основной индуктор 1 и вторичный элемент 2, выполненный из электропроводящего материала. Индуктор 1 содержит сердечник и трехфазную обмотку, катушки 3 которой создают ряды в продольном и поперечном движению транспортного экипажа направлениях.

Рис. 1. ЛАД с продольно-поперечным магнитным потоком. 1 – основной индуктор; 2 – вторичный элемент; 3 – катушки обмотки основного индуктора; 4 – дополнительный индуктор; 5 – катушки обмотки дополнительного индуктора; 6 – ферромагнитное основание

Данный линейный асинхронный двигатель имеет дополнительный индуктор 4, аналогичный основному индуктору 1 и размещенный параллельно ему. Катушки 5 трехфазной обмотки дополнительного индуктора 4 также создают взаимно перпендикулярные ряды в продольном и поперечном движению направлениях. Для улучшения электромагнитной связи между обоими индукторами ЛАД основания их ярм размещены на ферромагнитном основании 6. Вторичный элемент 2 линейного двигателя выполнен из пяти электропроводящих полос, примыкающих друг к другу, электрически связанных и имеющих форму параллелепипеда каждая. Средняя и крайние полосы имеют меньшее активное сопротивление, чем полосы, размещенные между ними, поскольку они имеют большие площади поперечных сечений. На рис. 2 видно, что полосы, образующие вторичный элемент 2 имеют разные площади поперечных сечений. Возможны и другие варианты конструкции вторичного элемента линейного асинхронного двигателя с продольно-поперечным магнитным потоком, при котором составляющие его электропроводящие полосы могут быть изготовлены из материалов с различными активными сопротивлениями.

Порядок следования фаз катушек обмоток основного и дополнительного индукторов линейного асинхронного двигателя изображен на рис. 2.

Продольные ряды катушек обмоток индукторов ЛАД образуют прямые порядки следования фаз А, В и С, а все поперечные ряды катушек обмоток основного и дополнительного индукторов имеют до середины ряда один, а после середины – противоположный порядок следования фаз (рис. 2). Механические усилия, возникающие при взаимодействии соответствующих бегущих магнитных полей ЛАД с вихревыми токами, ими индуктированными во вторичном элементе (путевой структуре ВСНТ), обозначены стрелками и символами FT, F1, F2, F3 и F4.

Рис. 2. Порядок следования фаз катушек обмоток обоих индукторов ЛАД. FT тяговые усилия; F1 и F2 поперечные усилия основного индуктора; F3 и F4 поперечные усилия дополнительного индуктора.

Сопоставление данных выполненных расчётов показывает, что ЛАД с продольно-поперечным магнитным потоком [2] развивает при максимальном смещении боковое усилие самостабилизации на 24% большее, чем двигатель [1].