Магнитная левитация, маглев или магнитная подвеска — это методы, при котором объект подвешен без поддержки, кроме магнитных полей. Магнитное  давление используется для противодействия действию гравитационных и любых других ускорений.

Теорема Эрншоу доказывает, что, используя только статический ферромагнетизм, невозможно стабильно левитироваться против силы тяжести, но сервомеханизмы, использование диамагнитных материалов, сверхпроводящая способность или системы, связанные с вихревыми токами, позволяют этому иметь место.

В некоторых случаях подъемная сила обеспечивается левитацией магнитной опоры, но малая механическая несущая нагрузка обеспечивает стабильность.  Это называется псевдо-левитация.

Магнитная левитация используется для поездов маглева, магнитных подшипников и для отображения продукта.

Механическое ограничение (псевдолевитация):

При небольшом механическом ограничении на стабильность, псевдолевитация относительно прямо достигнута.

Если два магнита механически ограничены вдоль одной вертикальной оси, и расположены так, чтобы сильно отталкивать друг друга, это будет  действовать, чтобы левитировать один из магнитов над другим.

Другая геометрия — это то, где магниты притягиваются, но ограничены касанием элементом растяжения, таким как струна или кабель.

Другим примером является центрифуга типа Zippe, где цилиндр подвешен под магнитом и стабилизирован игольчатым подшипником снизу.

 

Диамагнетизм:

Диамагнетизм является свойством объекта, который заставляет его создавать магнитное поле в противоположность внешнему приложенному магнитному  полю, что вызывает отталкивающий эффект. В частности, внешнее магнитное поле изменяет орбитальную скорость электронов вокруг их ядер,  тем самым изменяя магнитный дипольный момент. Согласно закону Ленца, это противоречит внешнему полю. Димагнетиками являются материалы с  магнитной проницаемостью менее ?0 (относительная проницаемость менее 1). Следовательно, диамагнетизм представляет собой форму магнетизма,  которая проявляется только веществом в присутствии внешнего магнитного поля. Это, как правило, довольно слабый эффект в большинстве материалов,  хотя сверхпроводники проявляют сильный эффект. Диамагнитные материалы заставляют линии магнитного потока отгибаться от материала,

 

Прямая диамагнитная левитация:

Диамагнитное вещество отталкивает магнитное поле. Все материалы обладают диамагнитными свойствами, но эффект очень слабый и обычно преодолевается  парамагнитными или ферромагнитными свойствами объекта, которые действуют противоположным образом. Любой материал, в котором диамагнитный компонент  сильнее всего, будет отталкиваться магнитом.

Теорема Эрншоу не применима к диамагнетикам. Они ведут себя обратным образом к нормальным магнитам из-за их относительной проницаемости ? r <1  (т. е. Отрицательной магнитной восприимчивости).

 

Диамагнитную левитацию можно использовать для левитации очень легких кусков пиролитического графита или висмута над умеренно сильным постоянным  магнитом. Поскольку вода преимущественно диамагнитна, этот метод используется для левитации капель воды и даже живых животных, таких как кузнечик,  лягушка и мышь. Однако требуемые для этого магнитные поля очень высокие, обычно в диапазоне 16 тесла, и поэтому создают значительные проблемы,  если поблизости находятся ферромагнитные материалы. 

Современная тенденция связана с использованием двигателей постоянного тока (как отдельно возбужденных, так и двигателей постоянного тока),  оснащенных тиристорным управлением. Рабочее напряжение составляет 600 В или 1000 В. Используемое торможение — механическое, реостатическое и  регенеративное, тиристорные преобразователи обеспечивают точное управление и быстрый отклик. Основными преимуществами тиристорного управления  являются отсутствие громоздких переключателей РПН и электромагнитных устройств, экономия энергии, уменьшение контроля, увеличение тягового усилия  движущей силы и минимальный износ из-за отсутствия обычных движущихся частей в двигателе цепи управления.

При электрической тяге желательно, чтобы поезд ускорялся и замедлялся с постоянной скоростью для удобства пассажиров. Используя тиристоры, эту  задачу можно выполнить следующим образом:

Когда скорость падает, напряжение генератора уменьшается. Для конкретного торможения требуется конкретный ток якоря.  Это достигается за счет увеличения возбуждения поля до относительно высокого значения. Если, однако, напряжение генератора превышает  напряжение питания при динамическом торможении, это увеличение допустимо, поскольку якорь не подключен к источнику питания, а энергия  генератора может рассеиваться в тормозных резисторах, внешние сопротивления последовательно с арматурой подключаются в случае рекуперативного  торможения для поглощения разности напряжений между напряжением якоря и напряжением питания. При этом, конечно, часть генерируемой мощности  теряется во внешних резисторах, а эффективность всей системы уменьшается. 

Различные методы контроля скорости и электрического торможения с использованием тиристоров уже изучены в энергетических электронных предметах.  В дополнение к обычным способам управления фазой также используются методы выбора цикла управления SCR для изменения напряжения, приложенного  к тяговым двигателям. В этом методе требуемое среднее напряжение получается путем принятия или отклонения определенного количества полных  полупериодов. На практике в начале принимается только одна половина из восьми, и по мере того, как скорость нарастает, она постепенно поднимается  до 2/8, 3/8 и, наконец, 8/18 для полной мощности. Этот метод выгоден из-за низкочастотных гармоник, низкой скорости нарастания тока, лучшего  коэффициента мощности и т. д.

В режиме управления прерывателем тяговых двигателей при запуске период включения импульса остается очень коротким, что удлиняется в течение  периода управляемого ускорения. Таким образом, среднее напряжение, подаваемое на тяговые двигатели, постепенно увеличивается, сохраняя среднее  значение входного тока близко к желаемому значению. показывает типичную титроидную тяговую систему постоянного тока, обеспечивающую группу из  четырех отдельно возбужденных двигателей. Однако желательно подавать обмотки возбуждения через полностью управляемые мостовые преобразователи,  чтобы уменьшить пульсацию тока поля. Низкая пульсация тока поля обеспечивает низкие потери железа в машинах. Однако, если требуется рекуперативное
торможение, арматура должна быть поставлена из полностью контролируемых мостов. Диоды свободного хода соединены, как показано на рисунке, чтобы  обеспечить хорошую форму тока якоря. Арматуры соединены последовательно — параллельно, чтобы обеспечить хорошие начальные и ходовые характеристики.

Видно, что арматуры снабжены тремя мостами, соединенными последовательно. Для начала сначала запускается только мост A, а когда мост A полностью  выполняется (т.е. когда ? = 0), запускается мост B, а затем запускается мост C. Во время пуска полевые токи устанавливаются  на максимум, чтобы обеспечить высокий пусковой момент. Использование трех мостов обеспечивает лучший коэффициент мощности, чем это возможно при  использовании одного моста.

Оставить комментарий