Tests of htsc racetrack coil module on large-scale dummy for eds maglev

E. N. Andreev; Андреев Евгений Николаевич; O. S. Vasilieva; Васильева Ольга Сергеевна; V. N. Vasiliev; Васильев Вячеслав Николаевич; A. A. Dyomina; Дёмина Анна Андреевна; E. R. Zapretilina; Запретилина Елена Руслановна; O. A. Kovalchuk; Ковальчук Олег Анатольевич; V. P. Kukhtin; Кухтин Владимир Петрович; A. A. Lantzetov; Ланцетов Андрей Анатольевич; V. A. Lantzetov; Ланцетов Владислав Андреевич; M. S. Larionov; Ларионов Михаил Сергеевич; A. N. Nezhentzev; Неженцев Андрей Николаевич; I. Yu. Rodin; Родин Игорь Юрьевич; S. K. Samoilov; Самойлов Сергей Константинович; A. V. Safonov; Сафонов Александр Владимирович; A. A. Firsov; Фирсов Алексей Анатольевич; N. A. Shatil; Шатиль Николай Александрович

doi:10.17816/transsyst20162274-78

Tests of htsc racetrack coil module on large-scale dummy for eds maglev

Authors: Andreev E.N.¹, Vasilieva O.S.¹, Vasiliev V.N.¹, Dyomina A.A.¹, Zapretilina E.R.¹, Kovalchuk O.A.¹, Kukhtin V.P.¹, Lantzetov A.A.¹, Lantzetov V.A.¹, Larionov M.S.¹, Nezhentzev A.N.¹, Rodin I.Y.¹, Samoilov S.K.¹, Safonov A.V.¹, Firsov A.A.¹, Shatil N.A.¹
Affiliations:
1. Joint Stock Company «D.V. Efremov Scientific Research Institute of Electrophysical Apparatus»
Issue: Vol 2, No 2 (2016)
Pages: 74-78
Section: Original paper
URL: https://journals.eco-vector.com/transsyst/article/view/7621
DOI: https://doi.org/10.17816/transsyst20162274-78
ID: 7621

Cite item

Full Text

Abstract
Full Text
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

Tests of htsc racetrack coil module on large-scale dummy for eds maglev

Full Text

В докладе представлены результаты испытаний левитационного модуля, изготовленного с использованием ленточного высокотемпературного сверхпроводника второго поколения (ВТСП-2), в составе крупномасштабного макета для натурных исследований электродинамического подвеса (ЭДП), принципы построения которого приведены в [1]. Конструктивно ВТСП-2 модуль представляет собой сборку из двух блоков, каждый из которых представляет собой азотный криостат с размещенной внутри парой ВТСП-2 катушек рейстрековой формы. Катушки каждого блока оснащены токовводами, потенциальными выводами для контроля активной компоненты напряжения и датчиками Холла для измерения индукции магнитного поля на поверхности катушки. Конструкция и результаты предварительных испытаний блока подробно описаны в [2]. Блоки модуля объединены жесткой структурой, состоящей из текстолитовой платформы и алюминиевых профилей. Боковую устойчивость ВТСП-2 модуля обеспечивает подвижная механическая структура в виде роликов. Внешний вид ВТСП-2 модуля представлен на рисунке 1.

Рис. 1. Внешний вид ВТСП-2 модуля: 1 – азотные криостаты, 2 – текстолитовая пластина, 3 – алюминиевый профиль, 4 – ролики подвижной механической структуры

Номинальный полный ток каждой ВТСП-2 катушки – 14 кА-витков; собственный вес блока – 10 кг; вес блока после заполнения криостата азотом – 17кг; вес платформы ~ 14кг; общий вес модуля с криостатами, заполненными жидким азотом примерно 48 кг.

Испытаниям ВТСП-2 модуля предшествовало численное моделирование электромагнитных процессов с использованием детальных вычислительных моделей ЭДП, описанных в [1]. Наличие кассеты из ферромагнитного материала, удерживающей сборку постоянных магнитов, усложняет картину электромагнитного взаимодействия ВТСП-2 катушки и макета путевой структуры. В этом случае внешнее магнитное поле на ВТСП-2 катушке рассчитывается как суперпозиция поля постоянных магнитов и поля ферромагнитного кейса, намагниченного суммарным полем постоянных магнитов и ВТСП-2 катушки. Поле постоянных магнитов, взаимодействуя с током катушки, обеспечивает эффект отталкивания (левиатции); поле ферромагнитного кейса, помимо отталкивания, приводит к возникновению силы, притягивающей блоки к путевой структуре. В результате, подъемная сила модуля сложным образом зависит от тока катушки и зазора между нижней поверхностью блоков и макетом путевой структуры (левитационным зазором). При фиксированном зазоре и увеличении тока в ВТСП-2 катушке подъемная сила растет, достигает максимума и начинает спадать. Чем больше левитационный зазор, тем выше значение тока, при котором достигается максимум подъемной силы. При малых зазорах максимальное значение подъемной силы невелико, и дальнейший рост тока приводит к притяжению блока к путевой структуре. Подобная система отличается слабой вертикальной устойчивостью.

Для управления положением ВТСП-2 модуля в пространстве была разработана методика, позволяющая регулировать зазор между нижней поверхностью ВТСП-2 модуля и макетом путевой структуры. Для реализации методики была разработана система контроля левитационного зазора, состоящая из четырех датчиков зазора, трёх АЦП, ЦАПа, управляющего контроллера, компьютера верхнего уровня и двух источников питания. Программное обеспечение (ПО) системы контроля было разработано в среде инженерного программирования LabView. ПО позволяет управлять источниками питания ВТСП-2 катушек как в ручном режиме, так и по заданному алгоритму, который использует элемент PID-регулирования.

Программа испытаний включала исследование динамики поведения ВТСП-2 модуля при различных величинах начального зазора. В ходе испытаний измерялись токи ВТСП-2 катушек с контролем напряжений на выводах и магнитного поля на поверхности. Одновременно проводился мониторинг расходных характеристик криостатов, характеризующих качество тепловой изоляции. Испытания проводились без дополнительной весовой нагрузки. ВТСП-2 модуль устанавливался над путевой структурой с начальным зазором, задаваемым калиброванными текстолитовыми прокладками. Токи в ВТСП-2 катушках изменялись по заданной программе. Левитационный зазор измерялся датчиками перемещения, сигналы которых могут быть использованы для формирования сигналов обратной связи.

ВТСП-2 модуль во время испытаний представлен на рисунке 2. Результаты испытаний полностью подтвердили выводы численного моделирования. При начальном зазоре от 0 до 12 мм расчетная подъемная сила мала, что подтверждается малыми значениями вертикального перемещения. При этом наблюдается предсказанный быстрый переход от подъема к притяжению. При величине начального зазора от 22 до 34 мм подъемная сила нарастает и ВТСП-2 модуль переходит в режим электромагнитного с левитационным зазором 40–45мм.

ВТСП-2 катушки продемонстрировали стабильную работу в магнитных полях, эквивалентных полям реальных ЭДП, как при номинальных, так и при повышенных токах. Криостаты показали приемлемые в лабораторных условиях характеристики: при общем объеме жидкого азота 9 л, паримость криостата при максимальном токе 60 А не превышала 2 л в час, что обеспечивает непрерывную работу в течение не менее 4 часов.

Таким образом, успешные испытания ВТСП-2 модуля в составе крупномасштабного макета для натурных исследований ЭДП завершили цикл работ, в ходе которого была апробирована технология изготовления рейстрековых ВТСП-2 катушек и компактноых азотных криостатов. В ходе работ были спроектированы, изготовлены и испытаны блоки ВТСП-2 модуля, отработаны конструкторские решения и верифицированы вычислительные модели. Это позволяет перейти к созданию опытно-промышленного образца унифицированного модуля системы левитации транспортного средства.

Рис. 2. ВТСП-2 модуль во время испытаний: максимальный левитационный зазор ~ 40 мм

References

Родин И.Ю. Разработка и испытания макета ВТСП модуля для систем магнитной левитации транспортного средства / И.Ю. Родин, Е.Р. Запретилина, О.А. Ковальчук, А.А. Дёмина, А.В. Сафонов // Электронный журнал «Транспортные системы и технологии», - СПб: ПГУПС, - 2015, - вып. 1(1), - С. 38-48. URL: http://www.transsyst.ru/razdel-2-1-demina.html (дата обращения 05.05.2016)

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Fig. 1. Appearance of the HTS-2 module: 1 - nitrogen cryostats, 2 - textolite plate, 3 - aluminum profile, 4 - rollers of a moving mechanical structure

Download (86KB)

Indexing metadata

3. Fig. 2. The HTS-2 module during the tests: maximum levitation gap ~ 40 mm

Download (99KB)

Indexing metadata