磁懸浮列車利用“同名磁極相斥,異名磁極相吸”的原理,讓磁鐵具有抗拒地心引力的能力,使車體完全脫離軌道,懸浮在距離軌道約1厘米處,騰空行駛,創(chuàng)造了近乎“零高度”空間飛行的奇跡.
由于磁鐵有同性相斥和異性相吸兩種形式,故磁懸浮列車也有兩種相應(yīng)的形式：一種是利用磁鐵同性相斥原理而設(shè)計的電磁運行系統(tǒng)的磁懸浮列車,它利用車上超導(dǎo)體電磁鐵形成的磁場與軌道上線圈形成的磁場之間所產(chǎn)生的相斥力,使車體懸浮運行的鐵路；另一種則是利用磁鐵異性相吸原理而設(shè)計的電動力運行系統(tǒng)的磁懸浮列車,它是在車體底部及兩側(cè)倒轉(zhuǎn)向上的頂部安裝磁鐵,在T形導(dǎo)軌的上方和伸臂部分下方分別設(shè)反作用板和感應(yīng)鋼板,控制電磁鐵的電流,使電磁鐵和導(dǎo)軌間保持10—15毫米的間隙,并使導(dǎo)軌鋼板的吸引力與車輛的重力平衡,從而使車體懸浮于車道的導(dǎo)軌面上運行.
通俗的講就是,在位于軌道兩側(cè)的線圈里流動的交流電,能將線圈變?yōu)殡姶朋w.由于它與列車上的超導(dǎo)電磁體的相互作用,就使列車開動起來.列車前進是因為列車頭部的電磁體(N極)被安裝在靠前一點的軌道上的電磁體(S極)所吸引,并且同時又被安裝在軌道上稍后一點的電磁體(N極)所排斥.當列車前進時,在線圈里流動的電流流向就反轉(zhuǎn)過來了.其結(jié)果就是原來那個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)整在線圈里流動的交流電的頻率和電壓.
磁懸浮分2類,其中推斥式的就是日本的,屬于高速類型,需要起落架,推斥式是利用兩個磁鐵同極性相對而產(chǎn)生的排斥力,使列車懸浮起來.這種磁懸浮列車車廂的兩側(cè),安裝有磁場強大的超導(dǎo)電磁鐵.
吸引式的,就是德意志的,也就是上海目前使用的 吸引式的,軌道不存在任何的電磁鐵,他是用感應(yīng)鋼板安裝在軌道外緣的,車上有電磁鐵,使用車載電源吸引感應(yīng)鋼板懸浮和導(dǎo)向,利用直線電機對感應(yīng)鋼板的作用,產(chǎn)生推進,停止和倒退等動力輸出.
超導(dǎo)磁懸浮列車的原理2007-02-05 21:35磁懸浮列車是一種采用無接觸的電磁懸浮、導(dǎo)向和驅(qū)動系統(tǒng)的磁懸浮高速列車系統(tǒng).應(yīng)用準確的定義來說,磁懸浮列車實際上是依靠電磁吸力或電動斥力將列車懸浮于空中并進行導(dǎo)向,實現(xiàn)列車與地面軌道間的無機械接觸,再利用線性電機驅(qū)動列車運行.根據(jù)吸引力和排斥力的基本原理,國際上磁懸浮列車有兩個發(fā)展方向.一個是以德國為代表的常規(guī)磁鐵吸引式懸浮系統(tǒng)－－EMS系統(tǒng),利用常規(guī)的電磁鐵與一般鐵性物質(zhì)相吸引的基本原理,把列車吸引上來,懸空運行,懸浮的氣隙較小,一般為10毫米左右.常導(dǎo)型高速磁懸浮列車的速度可達每小時400-500公里,適合于城市間的長距離快速運輸；另一個是以日本的為代表的排斥式懸浮系統(tǒng)－－EDS系統(tǒng),它使用超導(dǎo)的磁懸浮原理,使車輪和鋼軌之間產(chǎn)生排斥力,使列車懸空運行,這種磁懸浮列車的懸浮氣隙較大,一般為100毫米左右,速度可達每小時500公里以上.這兩個國家都堅定地認為自己國家的系統(tǒng)是最好的,都在把各自的技術(shù)推向?qū)嵱没A段.估計到下一個世紀,這兩種技術(shù)路線將依然并存.
自1825年世界上第一條標準軌鐵路出現(xiàn)以來,隨著火車速度的提高,輪子和鋼軌之間產(chǎn)生的猛烈沖擊引起列車的強烈震動,發(fā)出很強的噪音,當火車行駛速度超過每小時300公里時,就很難再提速了.
如果能夠使火車從鐵軌上浮起來,消除了火車車輪與鐵軌之間的摩擦, 科學家想到了兩種解決方法:一種是氣浮法,即使火車向鐵軌地面大量噴氣而利用其反作用力把火車浮起;另一種是磁浮法,而且會產(chǎn)生很大的噪音,會對環(huán)境造成很大的污染,.
當今,世界上的磁懸浮列車主要有兩種"懸浮"形式,一種是推斥式;,這種電磁鐵的磁場切割軌道兩側(cè)安裝的鋁環(huán),致使其中產(chǎn)生感應(yīng)電流,同時產(chǎn)生一個同極性反磁場,靜止時,由于沒有切割電勢與電流,車輛不能產(chǎn)生懸浮,速度達到80公里/小時以上時,將電磁鐵置于軌道下方并固定在車體轉(zhuǎn)向架上,兩者之間產(chǎn)生一個強大的磁場,并相互吸引時,我國自行開發(fā)的中低速磁懸浮列車就屬于這個類型.
"若即若離",車體與軌道處于一種"若即若離"的狀態(tài),磁懸浮間隙約1厘米,因而有"零高度飛行器",具有低噪音,低能耗,無污染,安全舒適和高速高效的特點,由于具有轉(zhuǎn)彎半徑小,爬坡能力強等優(yōu)點,特別適合城市軌道交通.
德國和日本是世界上最早開展磁懸浮列車研究的國家, (Magnetically Levitated Trains),均認為有可能于下個世紀中葉以前使磁懸浮列車在本國投入運營.
磁懸浮列車運行原理
,通過直線電機進行牽引,使列車懸浮在軌道上運行(懸浮間隙約1厘米).其研究和制造涉及自動控制,電力電子技術(shù),直線推進技術(shù),機械設(shè)計制造,故障監(jiān)測與診斷等眾多學科,技術(shù)十分復(fù)雜,具有低噪音,無污染,安全舒適和高速高效的特點,有著"零高度飛行器"的美譽,是一種具有廣闊前景的新型交通工具,按運行速度又有高速和中低速之分,這次國防科大研制開發(fā)的磁懸浮列車屬于中低速常導(dǎo)吸力型磁懸浮列車.
磁懸浮列車的種類
,以德國高速常導(dǎo)磁浮列車transrapid為代表,它是利用普通直流電磁鐵電磁吸力的原理將列車懸起,懸浮的氣隙較小,～500公里,列車運行時與布置在地面上的線圈相互作用,產(chǎn)生電動斥力將列車懸起,懸浮氣隙較大,一般為100毫米左右,德國青睞前者,集中精力研制常導(dǎo)高速磁懸浮技術(shù);而日本則看好后者,全力投入高速超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)之中.
德國的常導(dǎo)磁懸浮列車
常導(dǎo)磁懸浮列車工作時,首先調(diào)整車輛下部的懸浮和導(dǎo)向電磁鐵的電磁吸力,使車輪與軌道保持一定的側(cè)向距離,所以即使在停車狀態(tài)下列車仍然可以進入懸浮狀態(tài).
,地面軌道內(nèi)側(cè)的三相移動磁場驅(qū)動繞組起到電樞的作用,當作為定子的電樞線圈有電時,當沿線布置的變電所向軌道內(nèi)側(cè)的驅(qū)動繞組提供三相調(diào)頻調(diào)幅電力時,由于電磁感應(yīng)作用承載系統(tǒng)連同列車一起就象電機的"轉(zhuǎn)子",列車可以完全實現(xiàn)非接觸的牽引和制動.
日本的超導(dǎo)磁懸浮列車
,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大電流,這種特性使其能夠制成體積小功率強大的電磁鐵.
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)動力集成設(shè)備,而列車的驅(qū)動繞組和懸浮導(dǎo)向繞組均安裝在地面導(dǎo)軌兩側(cè),車輛上的感應(yīng)動力集成設(shè)備由動力集成繞組,就會產(chǎn)生一個移動的電磁場,因而在列車導(dǎo)軌上產(chǎn)生磁波,這時列車上的車載超導(dǎo)磁體就會受到一個與移動磁場相同步的推力,在地面導(dǎo)軌上安裝有探測車輛位置的高精度儀器,根據(jù)探測儀傳來的信息調(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行.
超導(dǎo)磁懸浮列車也是由沿線分布的變電所向地面導(dǎo)軌兩側(cè)的驅(qū)動繞組提供三相交流電,并與列車下面的動力集成繞組產(chǎn)生電感應(yīng)而驅(qū)動,當列車接近該繞組時,列車超導(dǎo)磁鐵的強電磁感應(yīng)作用將自動地在地面繞組中感生電流,因此在其感應(yīng)電流和超導(dǎo)磁鐵之間產(chǎn)生了電磁力,從而將列車懸起,并經(jīng)精密傳感器檢測軌道與列車之間的間隙,與懸浮繞組呈電氣連接的導(dǎo)向繞組也將產(chǎn)生電磁導(dǎo)向力,保證了列車在任何速度下都能穩(wěn)定地處于軌道中心行駛.
目前存在的技術(shù)問題
盡管磁懸浮列車技術(shù)有上述的許多優(yōu)點,但仍然存在一些不足:
(1)由于磁懸浮系統(tǒng)是以電磁力完成懸浮,導(dǎo)向和驅(qū)動功能的,斷電后磁懸浮的安全保障措施,.
(2)常導(dǎo)磁懸浮技術(shù)的懸浮高度較低,因此對線路的平整度,路基下沉量及道岔結(jié)構(gòu)方面的要求較超導(dǎo)技術(shù)更高.
(3)超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)由于渦流效應(yīng)懸浮能耗較常導(dǎo)技術(shù)更大,冷卻系統(tǒng)重,強磁場對人體與環(huán)境都有影響.