Búsqueda característica de la fuerza electromagnética para mezclar suspensión electromagnética usada en trenes de levitación magnética de baja velocidad

Búsqueda característica de la fuerza electromagnética para mezclar suspensión electromagnética usada en trenes de levitación magnética de baja velocidad

Resumen: suspensión electromagnética son un componente esencial del tren de levitación magnética de baja velocidad. Su actuación tiene una relación directa con el rendimiento técnico y económico, así como la seguridad, la de todo el tren. Este reporte describe una nueva forma de electroimán, cuya estructura combina imanes permanentes y bobinas electromagnéticas. Esta informe a continuación, utiliza una de dos dimensiones (2D)/3D método de elementos finitos con el fin de analizar las características electromagnéticas de esta nueva forma de electroimán híbrido. Una simulación se llevó a cabo de acuerdo con cuatro condiciones típicas de operación: una plena carga con una brecha de suspensión fijo de 8 mm; una carga completa con un espacio de la suspensión inicial de 18 mm; una carga completa con un brecha suspensión de 10 mm; y una carga vacía con una brecha de 3 mm, así como un guardia que impedía el imán de quedar atrapado en las vías. El informe analiza igualmente la medida en que la brecha de la suspensión y la corriente de la bobina electromagnética afectan la fuerza del electroimán. Los cálculos y experimentos revelan que esta nueva forma, híbrido de electroimán es factible y contribuye significativamente al ahorro de energía.

1. Introducción

Trenes de levitación magnética de baja velocidad son un nuevo tipo de transporte de la tecnología [1]. La levitación del tren se basa en bobinas de excitación en forma de U que, cuando se estimula con electricidad, producen un campo electromagnético para las pistas en forma de F. Tradicionalmente, los electroimanes se componen exclusivamente de bobinas de excitación. A través de este método, estas bobinas, una vez estimulados con la electricidad, inevitablemente crear una cierta cantidad de pérdida de resistencia. Esta pérdida de resistencia está presente siempre y cuando el tren está levitando, independientemente de si el tren está en movimiento. En los últimos años, con el fin de ahorrar energía, ciertos estudiosos han tratado de utilizar una nueva forma de electroimán, cuya estructura híbrida consta de dos bobinas y los imanes permanentes. El campo electromagnético producido se crea por este electroimán a través de estas bobinas e imanes permanentes. Cuando el tren está levitando bajo condiciones normales, la energía del electroimán híbrido el consumo está cerca de ninguno. Dicha por lo tanto, un imán indiscutiblemente contribuye a reducción del consumo de energía de los trenes de levitación magnética, y como tal constituye una opción viable en el futuro desarrollando el tren de levitación magnética.

Algunos estudiosos han analizado el campo electromagnético generado por los electroimanes que se utilizan actualmente en trenes de levitación magnética de baja velocidad. La comunidad científica tiene ya realizado análisis razonablemente detallado en electroimanes basada en bobinas tradicionales utilizadas en la actualidad de trenes de levitación magnética de baja velocidad - de dos dimensiones (2D) y análisis en 3D, a cálculos teóricos, a consideraciones prácticas con respecto a ciertos elementos de ingeniería de electroimán (como desviación lateral y rodadura). Además, los resultados de estos análisis han sido validados por su aplicación en la vida real [2-5]. Sin embargo, electroimanes híbridos que se basan tanto en imanes permanentes y bobinas son relativamente un nuevo fenómeno que apareció después de la evolución de la composición de NdFeB (tipo de imán) imanes permanentes, así como en las capacidades de ahorro de energía de los trenes de levitación magnética. Algunos estudiosos han discutido la posibilidad de incorporar permanente imanes en los sistemas electromagnéticos de trenes de levitación magnética como un medio de reducir el consumo de energía. Por ejemplo, Kehrer y Mc Kenna [6] han intentado aplicar imanes permanentes a la suspensión electro dinámica (es decir, EDS) sistema de levitación magnética. Fuentes [7, 8], se refieren al uso de un sistema de tracción sincrónica que combina tanto la suspensión y la tracción para uso en trenes de levitación magnética de alta velocidad; estas fuentes incluyen planos estructurales y diseños paramétricos para un híbrido electromagnético que se basa en un circuito magnético. Geoffrey A. Long et al. [9] extendió el concepto de vehículo de levitación magnética que se basa en imanes permanentes, y por lo tanto, difiere de EDS convencionales y suspensión electro magnética en vehículos de levitación magnética. Sin embargo, como para el tren de levitación magnética de baja velocidad, que adopta la asíncrona tracción motor lineal, así como la estructura de suspensión electroimán, compuesto por la forma de U imán permanente y electromagnético, su rendimiento electromagnético y campo electromagnético están aún por estar más lejos analizado y estudiado.

En contraste con trenes de levitación magnética de alta velocidad, la suspensión y la tracción de los trenes de levitación magnética de baja velocidad se llevan a cabo por separado: suspensión del tren se consigue a través de la fuerza de atracción generado por los imanes y la suspensión magnética en forma de U y las pistas en forma de F. Dentro del contexto de baja velocidad en trenes de levitación magnética que utiliza un electroimán híbrido, lo permanente del campo magnético del imán genera la mayor parte de la fuerza requerida con el fin de suspender el tren cuando está en un punto muerto, mientras que el campo magnético generado por las bobinas proporciona estabilidad para el tren, ya que está en movimiento, por lo tanto reducir el consumo de energía inherente en el tren de suspensión y que constituye una importante mejora en métodos de suspensión tradicionales.

Dado que la distribución de campo de una suspensión electromagnética es complicada comparativamente, es difícil lograr un alto nivel de precisión en el análisis de este campo electromagnético utilizando los métodos de cálculo tradicionales utilizados para circuitos magnéticos. Por lo tanto, en interés de la obtención precisa de resultados, este estudio adoptó un método numérico finito cuando el análisis de la nueva forma de electroimán del híbrido propuesto en campo electromagnético.

1. Creación de modelos utilizando análisis numérico

En contraste con electroimanes de suspensión tradicionales, la propuesta nueva forma de electroimán híbrido genera un campo electromagnético a través de una combinación de imanes permanente y bobinas de excitación. NdFeB De alto rendimiento es incrustado en el yugo en forma de U del imán permanente. Fig 1 representa las estructuras de dos diferentes tipos de electroimanes, así como las pistas en forma de F.

Al llevar a cabo cálculos 2D utilizando Ansoft, es asumido que los núcleos de hierro de tanto el electroimán y la pista de tipo F son ilimitadas de longitud. Aunque los cálculos 2D no pueden dar cuenta de la longitud del núcleo de hierro, la sección transversal del núcleo de hierro de magnetización se lleva en cuenta toda a otros factores.

La construcción de un modelo 2D es sencillo; son conveniente cálculos, además de ser relativamente precisa. Sin embargo, un modelo 3D es necesario los cálculos de alta precisión de la fuerza de un electroimán, así como una aguda comprensión de los componentes internos del imán y distribución del campo, son obligatorios. Al llevar a cabo cálculos 3D utilizando Ansoft, se supone que las dos placas polares de núcleo de hierro en forma de U del electroimán híbrido, y el núcleo de hierro en forma de F, son más largos que los dos extremos del yugo por 30 mm. Dado que el núcleo de hierro tiene un alto nivel de permeabilidad, el efecto de un metal longitudinal adicional del núcleo para la distribución de campo electromagnético puede ser ignorado. Fig. 2 muestra el modelo obtenido utilizando  cálculos 3D.

1. Análisis del campo electromagnético bajo cuatro condiciones típicas de trabajo

1. Condiciones típicas de trabajo

Hemos llevado a cabo un análisis numérico del prototipo de suspensión del electroimán híbrido; los parámetros para la estructura del prototipo son las siguientes: el área de superficie lateral

del imán permanente es 0,055 m2; su profundidad es 28 mm; la anchura de las dos placas polares para el núcleo de hierro del electroimán en forma de U es 28 mm; la bobina de excitación tiene 240 bucles.

Los cálculos se llevaron a cabo de acuerdo con las cuatro siguientes condiciones típicas de trabajo: (i) una carga completa con una brecha de suspensión fijo de 8 mm, mediante el cual el imán permanente es responsable de proporcionar la mayoría de la fuerza de suspensión, y donde la bobina de excitación proporciona la muy pequeña cantidad suplementaria de fuerza requerida; (ii) una carga completa con una separación inicial de suspensión de 18 mm, por lo que tanto el imán permanente y la bobina trabajan juntos con el fin de proporcionar la fuerza de suspensión requerida por el vehículo a intervalos donde la brecha de suspensión es en su mayor; (iii) una carga completa con una brecha de suspensión de 10 mm (debido a las fluctuaciones en la brecha de la suspensión, esta condición de trabajo será razonablemente común cuando el vehículo está en movimiento); y (iv) una carga vacía con una brecha de suspensión de 3 mm, donde los guardias adicionales se ha instalado con el fin de evitar que el imán de recortes en las vías. En contraste con los vehículos convencionales de levitación magnética (que se basan exclusivamente en bobinas de excitación), el principal problema que debe tenerse en cuenta cuando se utiliza método de suspensión híbrida es la posibilidad de que el electroimán se 'pinza' en contra de las pistas, lo que plantea una amenaza para la operación segura del vehículo. Por lo tanto, con el fin de asegurar que el vehículo pueda operar con seguridad a una distancia mínima de suspensión de placas de cobre de 3 mm, que hemos instalado en las dos placas superficie del núcleo de hierro que evitará contra el recorte en forma de U. Estas placas están a ser incorporados en la final diseño de fabricación para el electroimán híbrido. El vehículo es más susceptible de cortar contra las pistas cuando se tiene sin carga y se encuentra en su más ligero. En este punto, cuando la brecha de suspensión ha alcanzado su límite mínimo (tal como se define por las placas de cobre), el campo electromagnético producido por la corriente inversa de la bobina, en parte, contrarresta el campo del imán permanente; correspondientemente, la fuerza de suspensión cae, con lo que la brecha de suspensión trasera al estado normal de 8 mm. Los análisis y cálculos llevados a cabo con respecto a las mencionadas cuatro condiciones de trabajo pueden ser utilizado con el fin de discutir las diferencias en el rendimiento de un electroimán en contra de un electroimán híbrido bobina de excitación convencional, así como para juzgar si los parámetros de diseño para el imán de estructura son razonables y satisfactoria.

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