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  • 关于磁悬浮列车的发展

    关于磁悬浮列车的发展

    随着航天事业的发展，模拟微重力环境下的空间悬浮技术已成为进行相关高科技研究的重要手段。至今的悬浮技术主要包括电磁悬浮、光悬浮、声悬浮、气流悬浮、静电悬浮、粒子束悬浮等，其中电磁悬浮技术比较成熟。 什么是磁悬浮技术呢? 磁悬浮技术是指利用磁力克服重力使物体悬浮的一种技术。目前的悬浮技术主要包括磁悬浮、光悬浮、声悬浮、气流悬浮、电悬浮、粒子束悬浮等，其中磁悬浮技术比较成熟。磁悬浮技术实现形式比较多，主要可以分为系统自稳的被动悬浮和系统不能自稳的主动悬浮等。 今天这篇让我们来聊聊那些关于磁悬浮列车的那些事儿。 首先让我们了解一下磁悬浮原理。 所谓(正)磁性，就是类似铁这样的物质，会被磁铁的N极或S极所吸引，而且基本上力的大小与距离的平方成反比。 所谓反磁性/逆磁性，会被磁铁排斥，或者说无论磁铁的N极或S极接近反磁性物质，都会产生排斥力，而且力的大小也基本上与距离的平方成反比。 铋是具备最强的反磁性的金属。当然，这个反磁性的大小还是比较弱的，甚至正常情况下很难观察到。我刚才用电子分析天平测量了一下，某稀土小磁铁在距离铋块0.5mm的位置上，排斥力只有0.05克力。而同样的磁铁距离铁块0.5mm的场合下有500g的吸引力，因此铋的反磁性的大小只有铁的正磁性的万分之一，因此这个装置也需要精心的设计和调整才能达到悬浮。 磁悬浮列车是一种现代高科技轨道交通工具，它通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向，再利用直线电机产生的电磁力牵引列车运行。我国第一辆磁悬浮列车(买自德国)2003年1月开始在上海磁浮线运行。2015年10月中国首条国产磁悬浮线路长沙磁浮线成功试跑。 磁悬浮列车的历史来源 1937年，德国的赫尔曼·肯佩尔申请了磁悬浮列车这一的专利。20世纪60年代，世界上出现了3个载人的气垫车实验系统，它是最早对磁悬浮列车进行研究的系统。随着技术的发展，特别是固体电子学的出现，使原来十分庞大的控制设备变得十分轻巧，这就给磁悬浮列车技术提供了实现的可能。1969年，德国牵引机车公司的马法伊研制出小型磁悬浮列车系统模型，以后命名为TR01型，该车在1km轨道上时速达165km，这是磁悬浮列车发展的第一个里程碑。 中国的磁悬浮列车发展过程 1986年，西南交通大学就率先召开了磁浮技术与磁浮列车技术研究大会，成为国内较早启动该领域研究的高校科研单位。在1988年，交大磁浮团队完成了单自由度铁球悬浮实验，对电磁吸力悬浮原理有了本质的认识。 1989年3月，国防科技大学研制出中国第一台磁悬浮试验样车。 磁悬浮列车的原理： 使用安装在车辆两侧转向架上的正常导电磁铁(悬挂电磁铁)和铺设在线路导轨上的磁铁，磁场产生的吸引力将使车辆浮动。车辆和轨道面粉之间的间隙与吸引力的大小成反比。 为了保证这种悬挂的可靠性和列车的平稳运行，并使直线电机具有更高的功率，必须精确地控制电磁铁中的电流，以便磁场保持稳定的强度和悬挂力，并且在车体和导轨之间保持大约10毫米的间隙。 通常，用于测量间隙的气隙传感器用于执行系统的反馈控制。这种悬挂方式不需要特殊的着陆支撑装置和辅助着陆轮，对控制系统的要求可以稍低一些。 因为超导磁体的电阻为零，所以在操作中几乎不消耗能量，并且磁场强度非常高。超导体和导轨之间产生的强大排斥力可以使车辆漂浮。当车辆向下移动时，超导磁体和悬浮线圈之间的距离减小，电流增加，悬浮力增加，车辆自动返回到初始悬浮位置。 这个间隙与速度大小有关，车体只有在达到100公里/小时时才能浮动，因此，车辆必须配备机械辅助支撑装置，如辅助支撑轮和相应的弹簧支撑，以确保列车安全可靠地着陆。控制系统应能实现启动和停止的精确控制。 中国的磁悬浮列车采用的是常导磁悬浮抱轨技术，目前在上海运营的磁悬浮列车，是世界上第一条投入商业运营的磁悬浮专线，连接市区到机场，时速达到430公里，30公里距离只需要8分钟。 与普通的有轮列车不同，因为整个列车都是悬浮在空中的，就需要精准的控制只有几毫米的悬浮高度，还要解决载客后造成列车的不平衡等问题，这些都需要由列车心脏IGBT来解决，它通过采集列车上传感器的的信号，以每秒几万次的速度运算，调整和控制车辆使其正常运行。 虽然磁悬浮有着诸多的优点，研发建设也从未停止过，担心它对人体辐射伤害的声音从未停止，但人类追求更高速度的决心从未改变，中国是善于创造奇迹的国家，高速磁悬浮列车的下线注定又将创造又一个奇迹。

    时间：2019-11-25 关键词： 磁悬浮技术 磁悬浮原理

  • 生活中的黑科技：磁悬浮音响无线充电的测试

    目前消费类电子产品占据了国民日常消费尤其是年轻消费群体的一大部分，虽然手机、计算机仍然是主力，但是相对应的周边产品的科技升级也随着主流市场再日益更新。比如目前比较热门的云技术、蓝牙、NFC等等，本文将着重介绍关于音箱界的新兴课题：磁悬浮技术及相关测试。 磁悬浮音响简介 目前磁悬浮音箱的“磁悬浮”部分分为三块：蓝牙信号通讯部分，物理悬浮部分以及近供电部分。蓝牙是设备和音响通讯的必要部分，物理悬浮实现了“悬浮”这一很酷的概念，供电是音响的使能来源。 对于供电端，大家就会有疑问，“磁悬浮”表示了音响是“悬浮”在底座上部的，那如何给音响充电呢，目前开发者给出的方案是当音响电量即将用罄时，“悬浮”音响会缓慢降落到底座的插座上充电(图一)。 图一：磁悬浮音响 除了传统的充电方式以外，现在还有一种还有更“酷”的充电方式----无线充电(图一)，就是能够让磁悬浮音响无需和底座接触就能实时的通过磁场能进行充电，艾德克斯作为行业领先的电源测试方案供应商，也将时刻关注磁悬浮音响无线供电这种新兴电源的测试。 近磁场供电质量的优劣是决定音响音质的重要因素 无线充电又叫近磁场供电，运用了目前非常流行的NFC技术，目前已经逐渐应用到手机行业中，其电路组成结构和原理是交流通过AC-DC模块输出直流(DC)，DC 通过目前的主流无线充电协议经过高频震荡(发射端控制器)，放大器实现直流转高频磁场能，然后通过磁场线圈发送，在接收端同样有一个线圈实现磁场能的接收并转直流进行充电。和手机信号类似，磁场能发射和接收也需要遵循协议，目前常用的协议有： Qi标准、Power Matters Alliance(PMA)标准、Alliance for Wireless Power(A4WP)标准、iNPOFi技术、Wi-Po技术 其中Qi，PMA为电磁感应技术而iNPOFi采用的是智能电传输无线充电技术，Wi-Po采用的是磁共振无线充电技术。对于消费类电子产品如磁悬浮音响来说，Qi和PMA技术最常见，硬件电路如图二所示。 图二 无线充电硬件电路 对于近磁场供电，或者叫无线供电来说，目前存在的最大挑战和争议在于效率和可靠性。 效率决定了充电的速度，是一个非常重要的参数，往往也是客户通常最为关注的重要参数。可靠性就更为重要了，由于近磁场供电涉及了2次甚至3次的电能转换，并且最终是DC供电，那么DC直流的一系列参数，如负载调节率、线性调节率、纹波、噪声等参数将决定用电器件的使用过程中的稳定性。而对于近磁场转换电路来说，发射线圈(也就是高频震荡电路)的前端和接受线圈的后端(即音响供电端)的直流电气性能尤为重要，由于目前的无线供电技术所限，效率和可靠性本身就相较于常规充电方法较低，如果在直流性能上再有折扣，那最后在效率和可靠性上面会有很大的影响，这些问题体现在磁悬浮音响上的话则会表现在音质变差，使用寿命降低。 测试方法 对于直流电气性能的测试方法通常为直流拉载测试，基于家用环境的AC输入特性测试、效率测试、动态测试一系列的保护测试等，常用到的硬件电路构造如图三所示。 图三 电源测试构造 虽然是简单的交流电源+负载的构造，但是由于涉及到的测试项目比较多以及需要测试的相关参数比较多，对相应的测试设备也会有诸多的要求，换一句话说就是要求交流源和负载能够模拟真实的待测物使用环境，通俗来说就是模拟正常的电网和输出负载情况(在本文中就是后级的磁场转换电路)。电源模块完整的测试通常包含以下测试项，如图四所示。 图四、艾德克斯电源测试系统ITS9500常见电源测试项 其中有关交流输入的测试项绝大部分，比如开关机测试、电网扰动模拟测试、以及电源调节率等测试都是由交流源实现的，有关输出的测试项如动态测试、过载保护测试、负载调节率测试绝大部分都是由负载来完成，艾德克斯ITS9500电源测试系统，可以测量各类电源模块的输入输出特性，将电子负载、交流源、功率计和示波器等功能整合，加上定制化上位机软件完成自动测试和数据处理。其中面临的挑战有： 1. 精度要求 2. 模拟工况真实性的要求 3. 自动化要求 第一方面是负载和交流源的挑战，第二、三方面是对通讯和软件的挑战。艾德克斯ITS9500测试系统整合了高精度高性能的负载和交直流电源，测试项严格按照国标或行规要求，测量精度远远高于行业标准。同时配备了示波器、功率计、DVM表和电流传感器等硬件，软件工况可根据待测物进行定制，保证工况模拟的真实性。 下图为一个开关电源测试中常见的输入输出测试项的测试报表(由艾德克斯ITS9500电源测试系统生成)，对于消费电子产品测试来说，直观又简明的操作和完善的报表是对测试平台最基本的要求，适用于产线上的应用，如图五所示。 图五：输入输出特性测试报表(艾德克斯ITS9500) 测试报表中包含了很多小功率电源的重要指标，如：效率、纹波、噪声等等，如果其中的一项或者多项超过了一定的标准(在无线供电相关协议和标准中对于直流供电端有诸多要求)将会导致无线供电的质量受到影响，而且该影响不是简单的线性叠加。 无线充电加上磁悬浮，这个很酷的新兴科技受到了业内很高的关注度，但是新兴往往意味着需要确定全新的标准，进行全新的测试。艾德克斯将会持续助力创新科技的道路并提供全方位支持。

    时间：2017-12-26 关键词： 艾德克斯 电源测试系统 磁悬浮技术

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