Электромагнитная подвеска

Система левитации

Поезда, построенные на базе технологии электромагнитного подвеса (EMS – рисунок 5) для левитации используют электромагнитное поле, сила которого изменяется по времени.

Рисунок 5 – Поезда, построенные на базе технологии электромагнитного подвеса

Здесь применяется Т-образное рельсовое полотно (рисунок 6), выполненное из проводника (в основном металла), но поезд вместо колесных пар использует систему электромагнитов – опорных и направляющих. Опорные и направляющие магниты при этом расположены параллельно к ферромагнитным статорам, размещенным на краях Т-образного пути.

Рисунок 6 – Конструкция Т-образного полотна

Под днищем вагона такого поезда смонтированы мощные магниты, расположенные в считанных сантиметрах от стального полотна (рисунок 6). При движении поезда магнитный поток, проходящий через контур полотна, постоянно меняется, и в нем возникают сильные индукционные токи, создающие мощное магнитное поле, отталкивающее магнитную подвеску поезда.

Создатели поезда «Трансрапид» использовали не отталкивание одноимённых полюсов, а притягивание разноимённых. Система контроля сохраняет величину зазора между магнитами постоянной в несколько миллиметров (рисунок 7). При увеличении зазора система повышает силу тока в несущих магнитах и таким образом «подтягивает» вагон; при уменьшении — понижает силу тока, и зазор увеличивается. Схема обладает двумя серьёзными преимуществами. Путевые магнитные элементы защищены от погодных воздействий, а их поле существенно слабее за счёт малого зазора между путём и составом; оно требует токов гораздо меньшей силы. Следовательно, поезд такой конструкции оказывается экономичным.

Рисунок 7 – Принцип левитации поезда на магнитном подвесе (технология EMS)

Устойчивость системы обеспечивается автоматическим регулированием тока в обмотках намагничивания: датчики постоянно замеряют расстояние от поезда до пути и соответственно ему меняется напряжение на электромагнитах (рисунок 7). Сверхбыстродействующие системы управления способны контролировать зазор между дорогой и поездом.

Система движения

Поезда на базе технологии EMS приводятся в движение и осуществляют торможение с помощью синхронного линейного двигателя низкого ускорения. Такой двигатель имеет ротор и статор, растянутые в полосы (в обычном электромоторе они свёрнуты в кольца).

Статор – неподвижная часть линейного электродвигателя, развернутый вдоль нижней части полотна, а опорные электромагниты, в свою очередь, работают в качестве якоря электродвигателя. Обмотки статора включаются поочерёдно, создавая бегущее магнитное поле (рисунок 8,9). Таким образом, вместо получения крутящего момента, переменный ток в катушках генерирует магнитное поле возбуждающихся волн, которое перемещает состав бесконтактно. Изменение силы и частоты переменного тока позволяет регулировать тягу и скорость состава. При этом чтобы замедлить ход, нужно всего лишь изменить направление магнитного поля.

Скорость можно непрерывно регулировать путем изменения частоты переменного тока. Тормозная энергия может быть использована повторно и подаваться обратно в электрическую сеть

Ключевым элементом технологии является смена полюсов на электромагнитах путем попеременной подачи и снятия тока с частотой 4000 раз в секунду. Зазор между статором и ротором для получения надежной работы не должен превышать пяти миллиметров.

.

Рисунок 8 – Принцип движения поезда на магнитном подвесе (технология EMS)

Единственной тормозящей силой является сила аэродинамического сопротивления.

Рисунок 9 – Схема движения поезда на магнитной подвеске (технология EMS)

Несущие магниты питаются от бортовых аккумуляторов, которые подзаряжаются на каждой станции, что также позволяет достаточно долго левитировать в случае остановки.

Туда, где поезд увеличивает скорость или идет в гору, энергия подается с большей мощностью. Если нужно затормозить или ехать в обратном направлении, магнитное поле меняет вектор.

Система регулирования

Система управления Трансрапид организует работы системы и гарантирует ее безопасность. Она обеспечивает безопасное движение транспортных средств и регулирует положение переключателей. Контроль движения и расположения транспорта на трассе осуществляется с помощью бортовой системы, которая с помощью цифрового кодирования определяет местоположение и направление поезда. Для связи между центром управления и поездом используется система радиопередачи.

Рисунок 10 – Схема регулирования системы

Система разделена на секции, в этом случае ток на линейный электродвигатель, разгоняющий поезд до самолётных скоростей, подаётся только на том участке, к которому приближается поезд (рисунок 11).

Рисунок 10 – Схема питания системы