Магнитное поле и силы в гибридной системе левитации высокоскоростного транспорта

  • Константин Иванович Ким
  • Константин Константинович Ким
  • Вадим Витальевич Вешкин
DOI: https://doi.org/10.24160/0013-5380-2021-6-44-50
Ключевые слова: левитация, электродинамическая сила, электромагнитная сила, сверхпроводящий соленоид возбуждения, экипаж, магнитное поле

Аннотация

Рассматривается гибридная система, предназначенная для обеспечения левитации экипажа высокоскоростного наземного транспорта при низких скоростях движения. Левитация обеспечивается за счет одновременного использования электродинамических сил отталкивания и электромагнитных сил притяжения. Конструктивно это реализуется с помощью двух продольных путевых полотен, одно из которых – электропроводящее и немагнитное – расположено снизу от экипажного соленоида возбуждения, а второе – ферромагнитное – расположено сверху от него только на участках разгона, торможения и посадки. Чтобы обеспечить равенство совокупной силы левитации и веса экипажа на всех перечисленных участках движения, ферромагнитное полотно выполнено так, что его площадь, участвующая в образовании силы притяжения, изменяется в зависимости от скорости движения экипажа. Во избежание негативного воздействия вихревых токов, индуцированных в ферромагнитном полотне, оно изготавливается из пластин, электроизолированных друг от друга. При расчетах путевые полотна представлялись плитами бесконечного размера. Получено аналитическое решение для магнитного поля и левитационных сил. Показано, что в частных случаях из указанных решений следуют результаты, совпадающие с результатами, полученными ранее другими авторами для традиционной левитационной системы отталкивания. Подтверждена возможность левитации при низких скоростях и остановках, при этом некоторое увеличение тормозной силы не оказывает существенного влияния на мощность тягового линейного двигателя.

Биографии авторов

Константин Иванович Ким

доктор техн. наук, профессор кафедры «Теоретические основы электротехники» Санкт-Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I.

Константин Константинович Ким

доктор техн. наук, заведующий кафедрой «Электротехника и тепло-
энергетика» Санкт-Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I.

Вадим Витальевич Вешкин

аспирант кафедры «Электротехника и теплоэнергетика» Санкт-Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I.

Литература

1. Ким К.К. Системы электродвижения с использованием магнитного подвеса и сверхпроводимости. М.: ФГБОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2007, 360 с.
2. Никитин В.В., Стрепетов В.М. Оценка энергетической эффективности пусковых режимов работы комбинированной системы левитации и тяги на однофазном переменном токе. – Известия Петербургского университета путей сообщения, 2006, № 2(7), с. 145–159.
3. Чун-ву Ли, Менендец Р.C. Сила, действующая на катушки с током, движущиеся над проводящим листом, и ее применение для магнитной левитации. – Труды института инженеров по электронике и радиоэлектронике, 1974, т. 62, № 5, с. 28–29.
4. Borcherts R.H, Davis L.C., Reitz J.R., Wilkie D.F. Baseline specifications for a magnetically suspended high speed vehicle. – Proceedings of the IEEE, 1973, vol. 61, No.5., pp. 569–578.
5. Kim K.K., Kim K.I. Suspension system of hyperloop. – Транспортные системы и технологии, 2017, т. 3, № 2, pp. 9–10.
6. Ким К.К., Колесова А.В., Колесов С.Л. Улучшение токосъёма в транспортной системе типа "Hyperloop". – Транспортные системы и технологии, 2019, т. 5, №.2, с. 5–15.
7. TITOVA T.S., EVSTAF’EV A.M., NIKITIN V.V. The Use of Energy Storages to Increase the Energy Effectiveness of Traction Rolling Stock. – Russian Electrical Engineering, 2018, vol. 89, No. 10, pp. 576–580.
8. Nikitin V.V., Marikin A.N., Tret’yakov A.V. Generator cars with hybrid power plants.– Russian Electrical Engineering, 2016, vol. 87, No. 5, pp. 260–265.
9. Baiko A.V., Nikitin V.V., Sereda E.G. Autonomous power systems with synchronous generators and hydrogen energy sources. – Russian Electrical Engineering, 2015, vol. 86, No. 8, pp. 479–484.
10. Хожаинов A.И., Никитин В.В. Электромагнитная совместимость сверхпроводниковых и традиционных электрических машин. – Электричество, 2003, № 5, с. 36–42.
11. Khozhainov A.I., Nikitin V.V. A superconducting homopolar traction motor with an internal exciting winding. – Electrical Technology Russia, 2000, No. 3, pp. 76–81.
12. Хожаинов A.И., Никитин В.В. Автономная тяговая электрическая передача со сверхпроводниковыми электрическими машинами и индуктивным накопителем. – Электричество, 1996, № 10, c. 24–27.
13. Кузнецов А.А., Мешкова О.Б. Модернизация спектрального оборудования для диагностирования и ремонта подвижного состава. – Транспорт Урала, 2009, № 2, с. 86–90.
14. Ким К.К. Вариант вакуумной транспортной системы. – Железнодорожный транспорт, 2016, № 12, с. 67–68.
15. Almujibah H., Kaduk S.I., Preston J. Hyperloop – prediction of social and physiological costs. – Транспортные системы и технологии, 2020, т. 6, № 3, c. 43–59.
16. Janic M. Multicriteria evaluation of the high speed rail, transrapid maglev and hyperloop systems. – Транспортные системы и технологии, 2018, т.4, № 4, c. 5–31.
#
1. Kim K.K. Sistemy elektrodvizheniya s ispol'zovaniem magnit-nogo podvesa i sverkhprovodimosti (Electric propulsion systems using magnetic suspension and superconductivity). M.: GOU “Uchebno-metodicheskiy tsentr po obrazovaniyu na zheleznodorozhnom transporte”, 2007, 360 p.
2. Nikitin V.V., Strepetov V.M. Izvestiya Peterburgskogo universiteta putey soobshcheniya – in Russ. (Proceedings of Petersburg Transport University), 2006, No. 2(7), pp. 145–159.
3. Shung-Wu Lee, Menendez R.C. Trudy instituta inzhenerov po elektronike i radioelektronike – in Russ. (Proceedings of the Institute of Electronics and Radio Electronics Engineers), 1974, vol.62, No. 5, pp. 28–29.
4. Borcherts R.H, Davis L.C., Reitz J.R., Wilkie D.F. Baseline specifications for a magnetically suspended high speed vehicle. – Proceedings of the IEEE, 1973, vol. 61, No.5., pp. 569–578.
5. Kim K.K., Kim K.I. Transportnye sistemy i tekhnologii – in Russ. (Transportation Systems and Technology), 2017, vol. 3, No. 2, pp. 9–10.
6. Kim K.K., Kolesova A.V., Kolesov S.L. Transportnye sistemy i tekhnologii – in Russ. (Transportation Systems and Technology), 2019, vol. 5, No. 2, pp. 5–15.
7. Titova T.S., Evstaf’ev A.M., Nikitin V.V. The Use of Energy Storages to Increase the Energy Effectiveness of Traction Rolling Stock. – Russian Electrical Engineering, 2018, vol. 89, No. 10, pp. 576–580.
8. Nikitin V.V., Marikin A.N., Tret’yakov A.V. Generator cars with hybrid power plants.– Russian Electrical Engineering, 2016, vol. 87, No. 5, pp. 260–265.
9. Baiko A.V., Nikitin V.V., Sereda E.G. Autonomous power systems with synchronous generators and hydrogen energy sources. – Russian Electrical Engineering, 2015, vol. 86, No. 8, pp. 479–484.
10. Khozhainov A.I., Nikitin V.V. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2003, No. 5, pp. 36–42.
11. Khozhainov A.I., Nikitin V.V. A superconducting homopolar traction motor with an internal exciting winding. – Electrical Technology Russia, 2000, No. 3, pp. 76–81.
12. Khozhainov A.I., Nikitin V.V. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 1996, № 10, c. 24–27.
13. Kuznetsov A.A., Meshkova O.B. Transport Urala – in Russ. (Transport of the Urals), 2009, No. 2, pp. 86–90.
14. Kim K.K. Zheleznodorozhnyy transport – in Russ. (Railway Transport), 2016, No. 12, pp. 67–68.
15. Almujibah H., Kaduk S.I., Preston J. Transportnye sistemy i tekhnologii – in Russ. (Transportation Systems and Technology), 2020, vol. 6, No. 3, pp. 43–59.
16. Janic M. Transportnye sistemy i tekhnologii – in Russ. (Trans-portation Systems and Technology), 2018, vol. 4, No. 4, pp. 5–31.
Опубликован
2020-07-17
Выпуск
№ 6 (2021): Выпуск № 6
Раздел
Статьи