Эффективность ферромагнитного экранирования сверхпроводящих катушек высокоскоростных магнитолевитационных экипажей

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Обоснование: Магнитолевитационный транспорт с комбинированными системами тяги, подвеса и направления на основе сверхпроводящих катушек (СПК) позволяет достигать скорости движения до 500-600 км/ч при весьма существенном (до 150–200 мм) воздушном зазоре, что является важным фактором обеспечения безопасности высокоскоростных перевозок. Однако СПК являются источником сильных внешних магнитных полей, которые в условиях ограниченных габаритов экипажа могут оказывать вредное влияние как на пассажиров, так и на бортовое вспомогательное оборудование.

Цель: анализ внешних магнитных полей СПК систем тяги, подвеса и направления магнитолевитационных экипажей и эффективности ферромагнитных экранов как средства обеспечения электромагнитной безопасности пассажиров и электромагнитной совместимости СПК с прочим бортовым оборудованием.

Материалы и методы: для достижения поставленной цели использованы методы аналитического и численного моделирования магнитных полей СПК с применением современных программных пакетов. В качестве прототипа комбинированной магнитной системы тяги, подвеса и направления принята система магнитолевитационного экипажа MLX-L0, проходящего опытно-коммерческую эксплуатацию на полигоне Яманаши (Япония).

Результаты: показано, что величина внешних магнитных полей СПК систем тяги подвеса и направления в пассажирском салоне экипажа-прототипа превышает предельно допустимые уровни, установленные отечественными и зарубежными нормативными документами, как без экранирования, так и при пассивном экранировании плоскими стальными листами.

Заключение: пассивное экранирование СПК стальными листами, в том числе многослойными, при заданных габаритах экипажа не обеспечивает требуемого снижения уровня внешних магнитных полей.

Об авторах

Андрей Сергеевич Ватаев

Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I

Автор, ответственный за переписку.
Email: avataev@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-9285-709X
SPIN-код: 2832-4481

кандидат технических наук, доцент

Россия, Санкт-Петербург

Ольга Андреевна Дедова

Рязанский филиал Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I

Email: dedova@pgups.ru
ORCID iD: 0009-0001-7403-8154
SPIN-код: 9447-2830
Россия, Рязань

Виктор Валерьевич Никитин

Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I

Email: pgups.emks@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5699-0424
SPIN-код: 6864-5678

доктор технических наук, профессор

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Japan's maglev train breaks world speed record with 600 km/h test run. The Guardian. United Kingdom: Guardian News and Media Limited. 21 April 2015. Retrieved 21 April 2015. [cited 2023 Jun 9]. Available from: https://www.theguardian.com/world/2015/apr/21/japans-maglev-train-notches-up-new-world-speed-record-in-test-run
  2. Hyung WL, Kim KC. Review of Maglev train technologies. IEEE Transactions on Magnetics 2006;42(7):1917-1925. doi: 10.1109/TMAG.2006.875842
  3. Ким К.К., Карпова И.М. К вопросу разработки систем подвеса на постоянных магнитах для транспортных систем // Инновационные транспортные системы и технологии. – 2022, – Т. 8. – № 4 – С. 91–106. [Kim KK, Karpova IM. Оn the issue of the development of permanent magnet suspension systems for transport systems. Modern Transportation Systems and Technologies. 2022;8(4):91-106. (In Russ.)]. doi: 10.17816/transsyst20228491-106
  4. Ким К.И., Ким К.К., Вешкин В.В. Магнитное поле и силы в гибридной системе левитации высокоскоростного транспорта // Электричество. – 2021. – № 6. – С. 44-50. [Kim KI, Kim KK, Vechkin VV. Magnetic Field and Forces in a Hybrid Levitation System for a HighSpeed Vehicle. Jelektrichestvo. 2021;6:44-50. (In Russ.)]. Доступно по: https://doi.org/10.24160/0013-5380-2021-6-44-50 Ссылка активна на: 05.03.2023.
  5. Антонов Ю.Ф., Ли В. Сверхзвуковой наземный транспорт в разреженной среде ограниченного пространства: прорывное или тупиковое направление // Транспортные системы и технологии. – 2017. – Т. 3. – № 1. – С. 35–46. [Antonov YF, Li W. Supersonic land transport in the disturbed environment of the limited space: breakthrough or direct direction. Transportation Systems and Technology. 2017;3(1):35-46. (In Russ.)]. doi: 10.17816/transsyst20173135-46
  6. Антонов Ю.Ф. Устройство левитации и боковой стабилизации на базе ленточного высокотемпературного сверхпроводника второго поколения // Транспортные системы и технологии. – 2019. – Т. 5. – №4. – С. 115-123. [Antonov YF. Levitation and Lateral Stabilization Device Based on a Second-Generation High-Temperature Superconductor. Transportation Systems and Technology. 2019;5(4):115-123. (In Russ.)]. doi: 10.17816/transsyst201954115-123
  7. Зайцев А.А., Антонов Ю.Ф. Магнитолевитационная транспортная технология / под ред. В.А. Гапановича. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2014. – 476 с. [ZaitsevAA, Antonov YuF. Magnitolevitatsionnaya transportnaya tekhnologiya. Gapanovich VA, editor. Moscow: FIZMATLIT; 2014. 476 p. (In Russ.)]. Доступно по: https://avidreaders.ru/read-book/magnitolevitacionnaya-transportnaya-tehnologiya.html Ссылка активна на: 05.03.2023.
  8. Boldea I. Linear Electric Machines, Drives and MAGLEV’s Handbook. CRC Press; 2013. 635 p. [cited 2023 Jun 9]. Available from: https://www.researchgate.net/publication/260711644_Linear_Electric_Machines_Drives_and_MAGLEVs_Handbook_Boldea_I_2013_Book_News
  9. Han H-S, Kim DS. Magnetic Levitation. Maglev Technology and Applications. Springer; 2016. 246 p. [cited 2023 Jun 9]. Available from: https://link.springer.com/book/10.1007/978-94-017-7524-3
  10. Kim K.K., Khismatulin M.I., Anisimov G.N. Problem of increasing the efficiency of high-speed transport system with magnetic suspension of vehicle and propulsion linear superconductive synchronous motor // Транспортда ресурс тежамкор технологиялар мавзусидаги хорижий олимлар иштирокидаги республика илмий – техника анжумани илмий: Научные труды республиканской научно – технической конференции с участием зарубежных ученых, Ташкент, 18–19 декабря 2021 года / Министерство транспорта Республики Узбекистан Ташкентский государственный транспортный университет. – Ташкент: Ташкентский государственный транспортный университет, 2021. – C. 130–135. [Kim KK, Khismatulin MI, Anisimov GN. Problem of Increasing the Efficiency of High-Speed Transport System with Magnetic Suspension of Vehicle and Propulsion Linear Superconductive Synchronous Motor. In: Resursosberegajushhie tehnologii na transporte. Nauchnye trudy respublikanskoj nauchno – tehnicheskoj konferencii s uchastiem zarubezhnyh uchenyh. Ministerstvo transporta Respubliki Uzbekistan Tashkentskij gosudarstvennyj transportnyj universitet. Transportda resurs tezhamkor tehnologijalar mavzusidagi horizhij olimlar ishtirokidagi respublika ilmij – tehnika anzhumani ilmij : Nauchnye trudy respublikanskoj nauchno – tehnicheskoj konferencii s uchastiem zarubezhnyh uchenyh, Tashkent, 18–19 dekabrja 2021 goda / Ministerstvo transporta Respubliki Uzbekistan Tashkentskij gosudarstvennyj transportnyj universitet. Tashkent: Tashkentskij gosudarstvennyj transportnyj universite; 2021:130-135. (In Russ.)].
  11. Аполонский С.М., Горский А.Н. Расчеты электромагнитных полей: монография / под ред. А. Н. Горского. – Москва: Маршрут, 2006. – 986 с. [Apolonskij SM, Gorskij AN. Raschety jelektromagnitnyh polej: monograf. Gorskij A.N. editor. Moskva: Marshrut; 2006. 986 p. (In Russ.)]. Ссылка активна на: 07.05.2023. Доступно по: https://search.rsl.ru/ru/record/01003178933
  12. Бинс К., Лауренсон П. Анализ и расчет электрических и магнитных полей. – М.: Энергия, 1970. – 376 с. [Binns K, Lawrenson P. Analysis and computation of electric and magnetic field problems. Moscow: Jenergija; 1970. (In Russ.)]. Ссылка активна на: 07.05.2023. Доступно по: https://djvu.online/file/UdvfzQUCysVpi
  13. Штафль М. Электродинамические задачи в электрических машинах и трансформаторах / Пер. с чеш. В.И. Васина. – М.;Л.: Энергия, 1966. – 200 с. [Shtafl' M. Jelektrodinamicheskie zadachi v jelektricheskih mashinah i transformatorah / Per. s chesh. V.I. Vasina. Moscow; Leningrad: Jenergija, 1966. (In Russ.)]. Ссылка активна на: 07.05.2023. Доступно по: https://search.rsl.ru/ru/record/01006495988
  14. Туровский Я. Электромагнитные расчеты элементов электрических машин. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 198 с. [Turovskij Ja. Jelektromagnitnye raschety jelementov jelektricheskih mashin. Moscow: Jenergoatomizdat; 1986. (In Russ)]. Ссылка активна на: 07.05.2023. Доступно по: http://zodchii.ws/books/info-472.html
  15. Аполлонский С.М., Горский А.Н., Никитин В.В. Проблемы электромагнитной без опасности в современных электроэнергетических системах железнодорожного транспорта // Электроника и электрооборудование транспорта. – 2017. – № 2. – C. 43–47. [Apollonskij SM, Gorskij AN, Nikitin VV. Рroblems of electromagnetic safety in modern electric power rail system. Jelektronika i jelektrooborudovanie transporta. 2017;2:43-47. (In Russ.)]. Доступно по: https://elibrary.ru/yktzsx Ссылка активна на: 07.05.2023.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схематичный разрез магнитной системы: 1 – путевое полотно; 2 – путевая катушка линейного синхронного двигателя; 3 – путевые катушки системы левитации и боковой стабилизации; 4 – бортовые катушки линейного генератора; 5 – экипаж; 6 – бортовые сверхпроводящие катушки

Скачать (59KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Расчетная схема магнитной системы СПК

Скачать (30KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Распределение модуля магнитной индукции внешнего поля СПК по координате ZQ при различных значениях YQ: 1 – YQ=0,5 м; 2 – YQ=0,6 м; 3 – YQ=0,7 м

Скачать (35KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Формы ферромагнитных экранов: 1 – плоский; 2 – плоский двухслойный; 3 – полуцилиндрический; 4 – сегмент цилиндра.

Скачать (27KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Картина распределения магнитного поля в пространстве с учетом нелинейных свойств ферромагнитных экранов: плоского двухслойного (а), полуцилиндрического (б) и в форме сегмента цилиндра (в)

Скачать (200KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Распределение индукции магнитного поля по координате YQ=600 мм: 1 – без экранов и с учетом полуцилиндрического экрана; 2 – с экраном в форме сегмента цилиндра; 3 – с плоским однослойным экраном; 4 – с плоским двухслойным экраном

Скачать (76KB)
Метаданные

© Ватаев А.С., Дедова О.А., Никитин В.В., 2023

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».