Результаты стендовых испытаний прототипа полномасштабного гибридного электромагнита для систем маглев

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Цель: Анализ результатов измерения силовых характеристик магнита на специализированном сертифицированном стенде АО «НИИЭФА»

Материалы и методы: Измерения силовой характеристики магнита АО «НИИЭФА» со стальной пластиной проводились на сертифицированном стенде НИИЭФА с помощью испытательной машины, способной измерять усилия до 100 кН.

Результаты: Получено совпадение результатов натурного и численного моделирования с требуемой на практике точностью.

Заключение: В АО «НИИЭФА» разработан и изготовлен полномасштабный прототип серийного образца гибридного электромагнита (ГЭМ) подвеса магнитолевитационного транспортного средства. Прототип предложенного авторами ГЭМ характеризуется пониженным энергопотреблением и низким уровнем полей рассеяния. Описываемые в работе испытания ГЭМ на сертифицированном специализированном стенде АО «НИИЭФА» были нацелены на подтверждение принятых конструкционных решений и правильности результатов численного моделирования. Проведенные измерения электромагнитных сил подтвердили правильность результатов численного моделирования.

Об авторах

Сергей Георгиевич Акулицкий

АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Email: akulictkiy@sintez.niiefa.spb.su
ORCID iD: 0000-0001-8659-2243
SPIN-код: 1738-3510
Россия, 196641, Санкт-Петербург, Металлострой, дорога на Металлострой, 3

Виктор Михайлович Амосков

АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Email: amoskov-sci@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9781-9116
SPIN-код: 2436-3828
Scopus Author ID: 6701846033

к.ф.-м.н.

Россия, 196641, Санкт-Петербург, Металлострой, дорога на Металлострой, 3

Дарья Николаевна Арсланова

АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Email: arslanova-sci@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3791-723X
SPIN-код: 3234-8141
Scopus Author ID: 55314279800

магистр

Россия, 196641, Санкт-Петербург, Металлострой, дорога на Металлострой, 3

Андрей Александрович Белов

АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Email: avm@sintez.niiefa.spb.su
ORCID iD: 0000-0001-7040-6741

магистр

Россия, 196641, Санкт-Петербург, Металлострой, дорога на Металлострой, 3

Вячеслав Николаевич Васильев

АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Автор, ответственный за переписку.
Email: vvnm@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1218-6274
SPIN-код: 5444-8639
Scopus Author ID: 7005989574
Россия, 196641, Санкт-Петербург, Металлострой, дорога на Металлострой, 3

Сергей Васильевич Гаврилов

АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Email: gavrilovsv@sintez.niiefa.spb.su
ORCID iD: 0000-0002-8886-6989
Россия, 196641, Санкт-Петербург, Металлострой, дорога на Металлострой, 3

Валерий Викторович Деомидов

АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Email: deomidov@icloud.com
ORCID iD: 0000-0003-2795-8342

магистр

Россия, 196641, Санкт-Петербург, Металлострой, дорога на Металлострой, 3

Анатолий Александрович Зайцев

Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I

Email: nocpp@pgups.ru
ORCID iD: 0000-0002-1342-8036
SPIN-код: 9477-4316
Scopus Author ID: 57199509604

д.э.н., профессор, руководитель НОЦ ПП

Россия, 190131, Санкт-Петербург, Московский пр., 9

Марина Викторовна Капаркова

АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Email: kaparkova-sci@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3489-5581
SPIN-код: 6881-2266
Scopus Author ID: 12445243900
Россия, 196641, Санкт-Петербург, Металлострой, дорога на Металлострой, 3

Роман Владимирович Коротков

АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Email: roman.korotkov@sintez.niiefa.spb.su
ORCID iD: 0000-0001-6161-7184
SPIN-код: 6137-1024

магистр

Россия, 196641, Санкт-Петербург, Металлострой, дорога на Металлострой, 3

Владимир Петрович Кухтин

АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Email: kukhtin-sci@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-6925-6141
SPIN-код: 1628-3135
Scopus Author ID: 35353250700

к.ф.-м.н.

Россия, 196641, Санкт-Петербург, Металлострой, дорога на Металлострой, 3

Алексей Николаевич Лабусов

АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Email: labusov@sintez.niiefa.spb.su
ORCID iD: 0000-0003-2264-677X
SPIN-код: 4734-7358

к.ф.-м.н.

Россия, 196641, Санкт-Петербург, Металлострой, дорога на Металлострой, 3

Евгений Анатольевич Ламзин

АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Email: lamzin-sci@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-6072-5711
SPIN-код: 8287-7879
Scopus Author ID: 12756829300

д.ф.-м.н

Россия, 196641, Санкт-Петербург, Металлострой, дорога на Металлострой, 3

Михаил Сергеевич Ларионов

АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Email: larionov-sci@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-8570-7210
Scopus Author ID: 36443801800
Россия, 196641, Санкт-Петербург, Металлострой, дорога на Металлострой, 3

Николай Алексеевич Маханьков

АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Email: makhankovna@sintez.niiefa.spb.su
ORCID iD: 0000-0002-9264-0296
SPIN-код: 2463-8007

магистр

Россия, 196641, Санкт-Петербург, Металлострой, дорога на Металлострой, 3

Андрей Николаевич Неженцев

АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Email: nezhentzev-sci@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-8724-7211
SPIN-код: 7319-8924
Scopus Author ID: 57201374326
Россия, 196641, Санкт-Петербург, Металлострой, дорога на Металлострой, 3

Дмитрий Александрович Овсянников

Санкт-Петербургский Государственный Университет промышленных технологий и дизайна; АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Email: d-ovs@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-4191-8494
SPIN-код: 5657-4707

магистр

Россия, Санкт-Петербург

Игорь Юрьевич Родин

АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Email: rodin@sintez.niiefa.spb.su
SPIN-код: 4935-6473
Scopus Author ID: 7005063976

к.ф.-м.н.

Россия, 196641, Санкт-Петербург, Металлострой, дорога на Металлострой, 3

Сергей Евгеньевич Сычевский

Санкт-Петербургский государственный университет; АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д.В. Ефремова»

Email: sytch-sie@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-1527-4015
SPIN-код: 3073-0334
Scopus Author ID: 6602159085

д.ф.-м.н.

Россия, Санкт-Петербург

Мария Владимировна Суханова

АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Email: suhanova@sintez.niiefa.spb.su
ORCID iD: 0000-0001-9449-8708
Scopus Author ID: 7003295498

к.т.н.

Россия, 196641, Санкт-Петербург, Металлострой, дорога на Металлострой, 3

Николай Александрович Шатиль

АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Email: shatiln@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8529-130X
SPIN-код: 2818-0206
Scopus Author ID: 6507475131

к.т.н.

Россия, 196641, Санкт-Петербург, Металлострой, дорога на Металлострой, 3

Александр Анатольевич Шкулепа

АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Email: shkulepa@sintez.niiefa.spb.su
ORCID iD: 0000-0002-3450-6662
Россия, 196641, Санкт-Петербург, Металлострой, дорога на Металлострой, 3

Алексей Анатольевич Фирсов

АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Email: firsov-sci@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-7846-8717
SPIN-код: 7943-4297
Scopus Author ID: 56069602000
Россия, 196641, Санкт-Петербург, Металлострой, дорога на Металлострой, 3

Список литературы

  1. Журавлев Ю.Н. Активные магнитные подшипники. Теория, расчет, применение. СПб.: Политехника, 2003. 206 с. [Zhuravljov JuN. Aktivnye magnitnye podshipniki. Teoriya, raschyot, primenenie. SPb: Politehnika, 2003. 206 s. (In Russ.)]. Ссылка активна на: 27.10.2021. Доступно по: https://www.studmed.ru/zhuravlev-yun-aktivnye-magnitnye-podshipniki-teoriya-raschet-primenenie-2003_ae0c7437419.html
  2. Tzeng YK, Wang TC. Optimal design of the electromagnetic levitation with permanent and electro magnets. IEEE Transaction on Magnetics. 1994;30(6):4731-733. doi: 10.1109/20.334204
  3. Onuki T, Toda Y. Optimal Design of Hybrid Magnet in Maglev System with Both Permanent and Electro Magnets. IEEE Transaction on Magnetics. 1993;29(2):1783-1786. doi: 10.1109/20.250751
  4. Kim K, Han H, Kim C, Yang S. Dynamic Analysis of a Maglev Conveyor Using an EM-PM Hybrid Magnet. Journal of Electrical Engineering and Technology. 2013;8(6):1571-1578. doi: 10.5370/JEET.2013.8.6.1571
  5. Kim C-H, Cho H-W, Lee J-M, et al. Zero-power control of magnetic levitation vehicles with permanent magnets. ICCAS 2010: Proceedings of the International Conference on Control, Automation and Systems; 2010 Oct 27-30; Gyeonggi-do, Korea (South). 2010. p. 732-735. doi: 10.1109/ICCAS.2010.5670118
  6. Safaei F, Suratgar AA, Afshar A, et al. Characteristics Optimization of the Maglev Train Hybrid Suspension System Using Genetic Algorithm. IEEE Transactions on Energy Conversion. 2015;30(3):1163-1170. doi: 10.1109/tec.2014.2388155
  7. Erkan K, Okur B, Koseki T, et al. Experimental evaluation of zero-power levitation control by transfer function approach for a 4-pole hybrid electromagnet. In: Proceeding of the 2011 IEEE International Conference on Mechatronics; 2011 April 13-15; Istanbul, Turkey. 2011. p. 23-28, doi: 10.1109/ICMECH.2011.5971299
  8. Morishita M, Azukizawa T, Kanda S, et al. A new MAGLEV system for magnetically levitated carrier system. IEEE Transactions on Vehicular Technology. 1989;38(4):230-236. doi: 10.1109/25.45486
  9. Wang TC, Tzeng YK. A new electromagnetic levitation system for rapid transit and high speed transportation. IEEE Transactions on Magnetics. 1994;30(6):4734-4736. doi: 10.1109/20.334205
  10. Патент РФ на изобретение № RU2739939/ 30.12.2020. Бюл. № 1. Амосков В.М., Арсланова Д.Н., Белов А.В., Васильев В.Н., Кухтин В.П., Капаркова М.В., Ламзин Е.А., Ларионов М.С., Неженцев А.Н., Родин И.Ю., Сычевский С.Е., Фирсов А.А., Шатиль Н.А. «Гибридный электромагнит для системы маглев». [Pat. RUS № RU2739939/ 30.12.2020. Byul. № 1. Amoskov V.M., Arslanova D.N., Belov A.V., et al. “Gibridnyj jelektromagnit dlya sistemy maglev”. (In Russ.)]. Дата обращения: 27.10.2021. Режим доступа: https://patenton.ru/patent/RU2739939C1
  11. Патент РФ на изобретение № RU2743753/ 25.02.2021. Бюл. № 6. Амосков В.М., Арсланова Д.Н., Белов А.В., Васильев В.Н., Кухтин В.П., Капаркова М.В., Ламзин Е.А., Ларионов М.С., Неженцев А.Н., Родин И.Ю., Сычевский С.Е., Фирсов А.А., Шатиль Н.А. «Гибридный магнит без полей рассеяния для системы маглев». [Pat. RUS № RU2743753/ 25.02.2021. Byul. № 6. Amoskov V.M., Arslanova D.N., Belov A.V., et al. “Gibridnyj magnit bez poley rassejaniya dlya sistemy maglev”. (In Russ.)]. Дата обращения: 27.10.2021. Режим доступа: https://patenton.ru/patent/RU2743753C1
  12. Amoskov VM, Arslanova DN, Bazarov AM, et al. Simulation of electrodynamic suspension systems for levitating vehicles. I. Modelling of electromagnetic behaviour of maglev vehicles with electrodynamic suspension. Vestnik of Saint Petersburg University. Series 10. Applied mathematics. Computer science. Control processes. 2014;4:5-15.
  13. Амосков В.М., Арсланова Д.Н., Базаров А.М. и др. Численное моделирование электродинамических подвесов левитационных транспортных систем. II. Верификация вычислительных моделей// Вестник Санкт-Петербургского университета. – 2015. – Сер. 10. – Вып. 2. – С. 18-32. [Amoskov VM, Arslanova DN, Bazarov AM, et al. Simulation of electrodynamic suspension systems for levitating vehicles. II. Validation of computational models. Vestnik of Saint Petersburg University. Series 10. Applied mathematics. Computer science. Control processes. 2015;2:18-32. (In Russ.)].
  14. Амосков В.М., Арсланова Д.Н., Базаров А.М. и др. Численное моделирование электродинамических подвесов левитационных транспортных систем. III. ЭДП с непрерывной путевой структурой // Вестник Санкт-Петербургского университета. – 2015. – Сер. 10. – Вып. 3. – С. 4–21. [Amoskov VM, Arslanova DN, Bazarov AM, et al. Simulation of electrodynamic suspension systems for levitating vehicles. III. Continuous track systems. Vestnik of Saint Petersburg University. Series 10. Applied mathematics. Computer science. Control processes. 2015;3:4-21. (In Russ.)] .
  15. Амосков В.М., Арсланова Д.Н., Базаров А.М. и др. Численное моделирование электродинамических подвесов левитационных транспортных систем. IV. ЭДП с дискретной путевой структурой // Вестник Санкт-Петербургского университета. – 2016. – Сер. 10. – Вып. 3. – С. 4–17. [Amoskov VM, Arslanova DN, Bazarov AM, et al. Simulation of electrodynamic suspension systems for levitating vehicles. IV. Discrete track systems. Vestnik of Saint Petersburg University. Series 10. Applied mathematics. Computer science. Control processes. 2016;3:4-17 (In Russ.)]. doi: 10.21638/11701/spbu10.2016.301
  16. Amoskov VM, Arslanova DN, Bazarov AM, et al. Simulations of maglev EDS performance with detailed numerical models. Vestnik of Saint Petersburg University. Series Applied mathematics. Computer science. Control processes. 2018;14(4):286-301. doi: 10.21638/11702/spbu10.2018.402
  17. Amoskov VM, Arslanova DN, Bazarov AM, et al. Modeling EMS maglev systems to develop control algorithms. Cybernetics and physics. 2018;7(1):11-17. doi: 10.35470/2226-4116-2018-7-1-11-17
  18. Andreev EN, Arslanova DN, Akhmetzyanova EV, et al. Combined electromagnetic suspensions with reduced energy consumption for levitation vehicles. Technical Physics. 2019;64(7):1060-1065. doi: 10.1134/S1063784219070041
  19. Amoskov VM, Belov AV, Belyakov VA, et al. Computation technology based on KOMPOT and KLONDIKE codes for magnetostatic simulations in tokamaks. Plasma Devices and Operations. 2008;16(2):89-103. doi: 10.1080/10519990802018023
  20. Суханова М.В., Гаврилов С.В., Акулицкий С.Г. и др. Механические испытания электрической изоляции катушки PF 1 при температуре 77К // Тезисы докладов III Национальной конференции по прикладной сверхпроводимости НКПС-2015. 25-26 ноября 2015; НИЦ «Курчатовский институт», Москва: Курчатовский ин-т, 2015. – 127 с. [Suhanova MV, Gavrilov SV, Akulickij SG, et al. Mehanicheskie ispytanija jelektricheskoj izoljacii katushki PF 1 pri temperature 77K. In: Tezisy dokladov III Nacional'noj konferencii po prikladnoj sverhprovodimosti NKPS-2015. 2015 Nov 25-26, Moscow, Kurchatov Inst. Moscow: NRCKI; 2015. p.127 (In Russ.)].

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Вариант российской МЛТС с ЭМП на базе ГЭМ

Скачать (109KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Расчетная зависимость пондеромоторной силы притяжения магнита к стальной пластине от величины воздушного зазора h при различных значениях тока: 1 ‑ I = 13 A, 2 ‑ I = 9 A, 3 ‑ I = 6 A, 4 ‑ I = 3 A, 5 ‑ I = 0 A

Скачать (49KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Расчетная зависимость пондеромоторной силы притяжения магнита к стальной пластине от величины тока I при различных значениях воздушных зазоров:1 – h = 4 мм, 2 – h = 5 мм, 3 – h = 6 мм, 4 – h = 7 мм, 5 – h = 8 мм, 6 – h = 9 мм

Скачать (55KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Расчетная зависимость пондеромоторной силы притяжения магнита к стальной пластине от величины тока при воздушном зазоре h = 4 мм

Скачать (12KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Фрагмент испытательной машины со специальным приспособлением 1, закрепленном на траверсе машины 3. Магнит 2 крепится к приспособлению 1, а стальная пластина 4 – к динамометрической штанге 5

Скачать (106KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Испытательный стенд АО «НИИЭФА» на базе машины 1958У-10-1 Метрологического центра ООО «Автопрогресс-М»:

Скачать (135KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Приспособление с закрепленным на нем магнитом (1) и стальная пластина (2), соединенная с помощью узла крепления (3) с динамометрической штангой (4) испытательной машины 1958У-10-1; направляющие штыри (5) приспособления служат для обеспечения лучшей параллельности относительного перемещения магнита и пластины

Скачать (24KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Взаимодействие магнита и стальной пластины при сближении.

Скачать (49KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Сравнение величин пондеромоторной силы гибридного магнита АО «НИИЭФА», полученных методом математического моделирования (сплошные линии) и прямыми физическими измерениями с помощью испытательной машиной 1958У-10-1 (штриховые линии) для стальной пластины толщиной 18 мм при разных зазорах: 1 – h = 4.6 мм, 2 – h = 5.2 мм, 3 – h = 6 мм, 4 – h = 7 мм, 5 – h = 8 мм

Скачать (61KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Вертикальная (нормальная к плоскости полюсов) компонента индукции измеренная (точки) и рассчитанная (линия) на высоте y = 0,4 мм от плоскости полюсов в сечении z = 0

Скачать (25KB)
Метаданные

© Акулицкий С.Г., Амосков В.М., Арсланова Д.Н., Белов А.А., Васильев В.Н., Гаврилов С.В., Деомидов В.В., Зайцев А.А., Капаркова М.В., Коротков Р.В., Кухтин В.П., Лабусов А.Н., Ламзин Е.А., Ларионов М.С., Маханьков Н.А., Неженцев А.Н., Овсянников Д.А., Родин И.Ю., Сычевский С.Е., Суханова М.В., Шатиль Н.А., Шкулепа А.А., Фирсов А.А., 2021

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».