ТРАНСПОРТНАЯ СИСТЕМА ВЫСОКОСКОРОСТНОГО НАЗЕМНОГО ТРАНСПОРТА

Полезная модель относится к высокоскоростному наземному транспорту (ВСНТ), а конкретнее к транспортным системам высокоскоростного наземного транспорта с линейным синхронным тяговым электродвигателем (ЛСТЭД).
Известны транспортные системы высокоскоростного наземного транспорта, которые содержат экипаж, внутри которого расположены сверхпроводящие катушки системы электродинамического подвеса и сверхпроводящие катушки системы возбуждения линейного синхронного тягового электродвигателя (Торнтон Р. Наземный транспорт 80-х годов -М.: Мир, 1974, с.91 и 92). Путевое полотно выполнено в форме U-образного желоба, на днище которого жестко укреплена путевая структура подвеса, выполненная в виде дискретной структуры из электропроводящего материала. Сила тяги создается в результате взаимодействия магнитных полей сверхпроводящих катушек возбуждения с полем статорных обмоток, жестко укрепленных на вертикальных стенках желоба. Статорная обмотка ЛСТЭД разделена на отдельные электрически несвязанные секции. Сила подвеса создается в результате взаимодействия магнитного поля сверхпроводящих катушек системы электродинамического подвеса, расположенных на днище экипажа с вихревыми токами, наведенными в путевой структуре подвеса и днище U-образного желоба.
Основным недостатком таких систем является изменение сил, действующих на экипаж, при переходе стыка питаемых участков, что приводит к необходимости усложнения системы управления ЛСТЭД, а, следовательно, низкой надежности всей конструкции транспортной системы.
Известна транспортная система высокоскоростного наземного транспорта, выбранная в качестве прототипа (Fukase S., Nakashima N., Terade К., Takahashi H. Maglev TestVehicle MLU001 Running on a U-Shaped Guideway//Hitachi Review. Vol.31 (1982). №1. Р. 8). Она содержит экипаж, внутри которого по бокам установлены вертикальные сверхпроводниковые соленоиды. Экипаж расположен внутри U-образного путевого полотна, внутри которого, на боковых стенках, напротив сверхпроводниковых соленоидов экипажа, жестко закреплены трехфазные статорные обмотки, причем для увеличения КПД транспортной системы, статорные обмотки разделены на электрически не связанные участки. На внутренней плоскости путевого полотна, вдоль его продольной оси, жестко закреплены две структуры электродинамического подвеса, которые представляют собой ряд одинаковых короткозамкнутых катушек. При запитывании трехфазных статорных обмоток последние создают бегущее магнитное поле, взаимодействие которого с постоянным магнитным полем сверхпроводниковых соленоидов приводит к появлению силы тяги, и экипаж начинает движение. На экипаж также действует электродинамическая сила, осуществляющая магнитный подвес экипажа. Эта сила состоит из двух компонент: 1) компонента, обусловленная взаимодействием постоянного магнитного поля движущихся сверхпроводниковых соленоидов экипажа с индуцированными им в короткозамкнутых катушках токами, 2) компонента, которая создается в результате взаимодействия постоянного магнитного поля движущихся сверхпроводниковых соленоидов экипажа с токами статорной обмотки.
Недостатком прототипа является то, что при переходе экипажем стыка участков статорной обмотки возникают возмущения электродинамических сил, действующих на экипаж. В частности происходит скачкообразное уменьшение второй компоненты электродинамической силы подвеса. Сказанное приводит к необходимости использования дополнительных устройств регулирования токов статора, что, в конечном счете, усложняет конструкцию и незначительно уменьшает надежность транспортной системы.
Перед авторами стояла задача увеличения надежности транспортной системы путем уменьшения колебаний экипажа при прохождении участков стыка статорной обмотки.
Технический результат достигается тем, что в транспортной системе высокоскоростного наземного транспорта, содержащей экипаж, на днище которого расположены сверхпроводящие катушки системы электродинамического подвеса, а на боковых стенках расположены катушки системы возбуждения линейного синхронного тягового электродвигателя, и путевое полотно в виде желоба, на вертикальных стенках которого расположены катушки статорной обмотки линейного синхронного тягового электродвигателя, которая выполнена в виде электрически несвязанных участков, а на днище желоба расположены дискретные путевые структуры системы электродинамического подвеса, к катушкам системы электродинамического подвеса, расположенным в начале набегаемого экипажем участка статорной обмотки, параллельно подключены конденсаторы.
На фиг.1 показана электрическая тяговая система для высокоскоростного наземного транспорта.
На фиг.2 показана электрическая тяговая система для высокоскоростного наземного транспорта (разрез А-А).
Электрическая тяговая система для высокоскоростного наземного транспорта (фиг.1 и 2) содержит экипаж 1, на боковых стенках которого расположены сверхпроводящие катушки 2 системы возбуждения линейного синхронного тягового электродвигателя, на днище расположены сверхпроводящие катушки 3 системы электродинамического подвеса, и путевое полотно 4 в виде желоба, на вертикальных стенках которого расположены катушки статорной обмотки 5 линейного синхронного тягового электродвигателя, которая выполнена в виде электрически несвязанных участков. На днище путевого полотна 4 расположены дискретные путевые структуры 6 системы электродинамического подвеса. К катушкам системы электродинамического подвеса 7, которые расположены в начале набегаемой экипажем статорной обмотки, параллельно подключены конденсаторы 8.
Работа транспортной системы высокоскоростного наземного транспорта осуществляется следующим образом.
Трехфазная статорная обмотка 5 линейного синхронного тягового электродвигателя, создает бегущее магнитное поле, перемещающееся вдоль путевого полотна 4. Расположенные на экипаже 1 сверхпроводящие катушки возбуждения 2 линейного синхронного тягового электродвигателя создают магнитное поле, взаимодействие которого с бегущим магнитным полем статорных обмоток 5 приводит к возникновению силы тяги, обеспечивающей движение экипажа 1 вдоль путевого полотна 4 со скоростью, равной скорости бегущего магнитного поля статора.
При движении экипажа 1 вдоль днища путевого полотна 4 происходит взаимодействие магнитного поля сверхпроводящих катушек 3, расположенных на днище экипажа 1, с вихревыми токами, наведенными в катушках дискретной путевой структуры 6 системы электродинамического подвеса, что приводит к возникновению электродинамической силы отталкивания - подъемной силы.
При прохождении экипажем 1 стыка двух питаемых участков статорной обмотки 5 происходит изменение силы подвеса, создаваемой тяговым линейным сверхпроводниковым двигателем. Если катушку системы электродинамического подвеса 7, расположенную в начале набегаемой экипажем путевой структуры электродинамического подвеса, подключить параллельно к конденсатору 8, так, чтобы в электрической цепи, образованной катушкой 7 и конденсатором 8 в момент прохождения экипажа 1 возникал электрический резонанс напряжений, то величина наведенных в ней токов в момент прохождения экипажа 1 увеличится, следовательно, увеличится и составляющая силы тяги по координате «z». В результате сказанного, суммарная сила подвеса, действующая на экипаж не изменится.
Сравнительный анализ прототипа и транспортной системы высокоскоростного наземного транспорта, у которой, к катушкам системы электродинамического подвеса, расположенным в начале набегаемого экипажем участка путевой структуры электродинамического подвеса, параллельно подключены конденсаторы, показывает целесообразность использования катушек с параллельно включенными конденсаторами, так как использование такой системы позволит уменьшить вертикальные колебания экипажа при переходе стыка питаемых участков, а, следовательно, уменьшить динамические усилия действующие на экипаж, и увеличить надежность заявляемой системы.