磁懸浮列車原理

1、磁懸浮列車原理懸浮系統(tǒng)：目前懸浮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以分為兩個(gè)方向，分別是德國(guó)所采用的常 導(dǎo)型和日本所采用的超導(dǎo)型。從懸浮技術(shù)上講就是電磁懸浮系統(tǒng)(EMS)和電力懸浮 系統(tǒng)(EDS)。圖4給出了兩種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)差別。電磁懸浮系統(tǒng)(EMS)是一種吸力懸浮系統(tǒng)，是結(jié)合在機(jī)車上的電磁鐵和導(dǎo)軌上的鐵磁軌道相互吸引產(chǎn)生懸浮。常導(dǎo)磁懸浮列車工作時(shí)，首先調(diào)整車輛下部的懸浮 和導(dǎo)向電磁鐵的電磁吸力，與地面軌道兩側(cè)的繞組發(fā)生磁鐵反作用將列車浮起。在 車輛下部的導(dǎo)向電磁鐵與軌道磁鐵的反作用下，使車輪與軌道保持一定的側(cè)向距 離，實(shí)現(xiàn)輪軌在水平方向和垂直方向的無接觸支撐和無接觸導(dǎo)向。車輛與行車軌道 之間的懸浮間隙為10毫米，

2、是通過一套高精度電子調(diào)整系統(tǒng)得以保證的。此外由 于懸浮和導(dǎo)向?qū)嶋H上與列車運(yùn)行速度無關(guān)，所以即使在停車狀態(tài)下列車仍然可以進(jìn) 入懸浮狀態(tài)。電力懸浮系統(tǒng)(EDS)將磁鐵使用在運(yùn)動(dòng)的機(jī)車上以在導(dǎo)軌上產(chǎn)生電流。由于機(jī)車和導(dǎo)軌的縫隙減少時(shí)電磁斥力會(huì)增大，從而產(chǎn)生的電磁斥力提供了穩(wěn)定的機(jī)車的支撐和導(dǎo)向。然而機(jī)車必須安裝類似車輪一樣的裝置對(duì)機(jī)車在“起飛”和“著陸” 時(shí)進(jìn)行有效支撐，這是因?yàn)镋DS在機(jī)車速度低于大約25英里/小時(shí)無法保證懸浮。EDS系統(tǒng)在低溫超導(dǎo)技術(shù)下得到了更大的發(fā)展。超導(dǎo)磁懸浮列車的最主要特征就是其超導(dǎo)元件在相當(dāng)?shù)偷臏囟认滤哂械耐耆?導(dǎo)電性和完全抗磁性。超導(dǎo)磁鐵是由超導(dǎo)材料制成的超導(dǎo)線圈構(gòu)成

3、，它不僅電流阻 力為零，而且可以傳導(dǎo)普通導(dǎo)線根本無法比擬的強(qiáng)大電流，這種特性使其能夠制成 體積小功率強(qiáng)大的電磁鐵。超導(dǎo)磁懸浮列車的車輛上裝有車載超導(dǎo)磁體并構(gòu)成感應(yīng)動(dòng)力集成設(shè)備，而列車 的驅(qū)動(dòng)繞組和懸浮導(dǎo)向繞組均安裝在地面導(dǎo)軌兩側(cè)，車輛上的感應(yīng)動(dòng)力集成設(shè)備由 動(dòng)力集成繞組、感應(yīng)動(dòng)力集成超導(dǎo)磁鐵和懸浮導(dǎo)向超導(dǎo)磁鐵三部分組成。當(dāng)向軌道 兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)繞組提供與車輛速度頻率相一致的三相交流電時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)移動(dòng)的 電磁場(chǎng)，因而在列車導(dǎo)軌上產(chǎn)生磁波，這時(shí)列車上的車載超導(dǎo)磁體就會(huì)受到一個(gè)與 移動(dòng)磁場(chǎng)相同步的推力，正是這種推力推動(dòng)列車前進(jìn)。其原理就像沖浪運(yùn)動(dòng)一樣， 沖浪者是站在波浪的頂峰并由波浪推動(dòng)他快速前進(jìn)的

4、。與沖浪者所面對(duì)的難題相 同，超導(dǎo)磁懸浮列車要處理的也是如何才能準(zhǔn)確地駕馭在移動(dòng)電磁波的頂峰運(yùn)動(dòng)的 問題。為此，在地面導(dǎo)軌上安裝有探測(cè)車輛位置的高精度儀器，根據(jù)探測(cè)儀傳來的 信息調(diào)整三相交流電的供流方式，精確地控制電磁波形以使列車能良好地運(yùn)行。推進(jìn)系統(tǒng):磁懸浮列車的驅(qū)動(dòng)運(yùn)用同步直線電動(dòng)機(jī)的原理。車輛下部支撐電磁 鐵線圈的作用就像是同步直線電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁線圈，地面軌道內(nèi)側(cè)的三相移動(dòng)磁場(chǎng)驅(qū) 動(dòng)繞組起到電樞的作用，它就像同步直線電動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)定子繞組。從電動(dòng)機(jī)的工作原 理可以知道，當(dāng)作為定子的電樞線圈有電時(shí)，由于電磁感應(yīng)而推動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn) 動(dòng)。同樣，當(dāng)沿線布置的變電所向軌道內(nèi)側(cè)的驅(qū)動(dòng)繞組提供三相調(diào)頻調(diào)幅電

5、力時(shí)， 由于電磁感應(yīng)作用承載系統(tǒng)連同列車一起就像電機(jī)的轉(zhuǎn)子一樣被推動(dòng)做直線運(yùn) 動(dòng)。從而在懸浮狀態(tài)下，列車可以完全實(shí)現(xiàn)非接觸的牽引和制動(dòng)。通俗的講就是，在位于軌道兩側(cè)的線圈里流動(dòng)的交流電，能將線圈變?yōu)殡姶?體。由于它與列車上的超導(dǎo)電磁體的相互作用，就使列車開動(dòng)起來。列車前進(jìn)是因 為列車頭部的電磁體（N極）被安裝在靠前一點(diǎn)的軌道上的電磁體（S極）所吸引，并 且同時(shí)又被安裝在軌道上稍后一點(diǎn)的電磁體（N極）所排斥。當(dāng)列車前進(jìn)時(shí)，在線圈 里流動(dòng)的電流流向就反轉(zhuǎn)過來了。其結(jié)果就是原來那個(gè)S極線圈，現(xiàn)在變?yōu)镹極線 圈了，反之亦然。這樣，列車由于電磁極性的轉(zhuǎn)換而得以持續(xù)向前奔馳。根據(jù)車 速，通過電能轉(zhuǎn)換器調(diào)整在線圈里流動(dòng)的交流電的頻率和電壓。推進(jìn)系統(tǒng)可以分為兩種?！伴L(zhǎng)固定片”推進(jìn)系統(tǒng)使用纏繞在導(dǎo)軌上的線性電動(dòng) 機(jī)作為高速磁懸浮列車的動(dòng)力部分。由于高的導(dǎo)軌的花費(fèi)而成本昂貴。而“短固定 片”推進(jìn)系統(tǒng)使用纏繞在被動(dòng)的軌道上的線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（LIM）。雖然短固定片系 統(tǒng)減少了導(dǎo)軌的花費(fèi)，但由于LIM過于沉重而減少了列成的有效負(fù)載能力，導(dǎo)致了 比長(zhǎng)固定片系統(tǒng)的高的運(yùn)營(yíng)成本和低的潛在收入。而采用非磁力性質(zhì)的能量系統(tǒng)， 也會(huì)導(dǎo)致機(jī)車重量的增加，降低運(yùn)營(yíng)效率。導(dǎo)向系統(tǒng):導(dǎo)向系統(tǒng)是一種測(cè)向力來保證懸