6-3 磁悬浮解析

在磁悬浮列车上采用直线电机，按“定子”和“转子”的设 置位置分为两种基本形式：
（1）长转子、短定子式。这种电机的“定子”安装在车辆 的底部，“转子”线圈安装在轨道上；
（2）长定子、短转子式。此种方式是将电机的“转子”线 圈安装在车辆上，“定子”线圈安装在轨道上。
直线电机的推进原理是：当“定子”线圈接通电流后，产生 磁场，沿轨道方向平行移动，“转子”线圈切割磁场产生的 电流（或给“转子”线圈通电流），“转子”线圈在“定子” 磁场中受电磁力作用，使“定子”和“转子”间产生相对直 线运动，推动列车前进。推进力的大小取决于“定子”磁场 的强度、“转子”线圈的电流以及线圈的长度。
6-3 磁悬浮Байду номын сангаас
传统的轮轨粘着式铁路，是利用车轮与钢轨之 间的粘着力使列车前进的。它的粘着系数随列车速 度增加而减小，走行阻力却随列车速度的增加而增 加，当车速增至粘着系数曲线和走的行阻力曲线的 交点时，就达到了极限。据科研人员推算，普通轮 轨列车最大时速为350-400公里左右。如果考虑到 噪音、震动、车轮和钢轨磨损等因素，实际速度不 可能达到最大时速。所以，欧洲、日本现在正运行 的高速列车，在速度上已没有多大潜力。要进一步 提高速度，必须转向新的技术，这就是超常规的列 车－－磁悬浮列车。
由于车体内装有处于低温下的强大超导磁体，导向轨导体
中的磁通随着车辆的向前运动而改变，从而感应出强大的电流。 由于超导磁体的电阻为零，在运行中几乎不消耗能量，而磁场 强度很大。在超导体和导轨之间产生的强大排斥力，可使车辆 浮起100-150mm，并能使列车运行保持平稳。当车辆向下位 移时，超导磁体与悬浮线圈的间距减小，电流增大，使浮力增 加，又使车辆自动恢复到原来的悬浮高度。这个间隙与速度的 大小有关，一般起始升举速度为50km/h。低于这个速度，即 列车在低速运行或停车启动时，悬浮力大大减弱以至消失。因 此，必须在车辆上装设机械辅助支承装置，如辅助支持轮及相 应的弹簧支承，以保证列车安全可靠地运行。控制系统应能实 现启动和停车的精确控制。
1、磁悬浮列车的悬浮原理
根据磁悬浮列车上电磁铁的使用方式，磁悬浮铁路的基本制 式可分为两大类，即：常导磁吸式（EMS型）和超导磁斥式 （EDS型）。
（1）常导磁吸式（ ELECTRO MAGNETIC SUSPENSION，简称EMS型）
利用装在车辆两侧转向架上的常导电磁铁（悬浮
电磁铁）和铺设在线路导向轨上的磁铁，在磁场的作 用下产生吸引力使车辆浮起，车辆和轨面之间的间隙 与吸引力的大小成反比。为了保证这种悬浮的可靠性 和列车运行的平稳性以及使直线电机有较高的功率， 必须精确地控制电磁铁中的电流，才能使磁场保持稳 定的强度和悬浮力，使车体与导向轨之间保持1015mm的间隙。通常采用测量间隙用的气隙传感器来 进行系统的反馈控制。此种悬浮方式不需设置专用的 着地支撑装置和辅助的着地轮，对控制系统的要求也 可以稍低一些。这种车以德国的ＴＲ型磁悬浮列车为 代表。
轨道里面的长定子线性发动机是分为一段一段的，所以 它们当中只要有列车所在的一段被供电。 配电分站之间的 距离及其装机功率视不同驱动要求而定。在需要巨大推力 的路段（如上坡、加速度或者制动阶段），分站的设计装 机功率比匀速行驶的平缓路段更大。因为驱动装置的初级 驱动部分被安装在轨道里，所以磁悬浮列车就不必象其它 交通工具那样总是携带着最大荷载所需的全部电动机功率。 支撑和导向系统是无接触地通过安装在支撑磁铁里的线性 发电机供电的。磁悬浮列车不需要架空线。在电源中断的 情况下有车上的蓄电池供电，这些蓄电池在运行过程中通 过线性发电机供电。
超导技术相当复杂，并需屏蔽发散的强磁场。这种车以日 本山梨线的ＭＬＸ型车为代表
德国：常规磁铁吸引式悬浮系统
日本：排斥式悬浮系统
2、磁悬浮列车的推进与制动原理
磁悬浮列车由于悬浮起一定的高度，使车轮 与导轨脱离，故不能依靠它们之间的摩擦力产生 牵引力使车辆前进，而是采用一种叫做直线电机 的推进装置作为列车的牵引动力。
一、磁悬浮基本原理
磁悬浮铁路是一种新型的交通运输系统， 在磁悬浮铁路上运行的列车，是利用电磁系统 产生的吸引力或排斥力将车辆托起，使整个列 车悬浮在导轨上，并利用电磁力进行导向、利 用直线电机将电能直接转换成推进力来推动列 车前进的。
磁悬浮列车主要由悬浮系统、推进系统和 导向系统三大部分组成。尽管可以使用与磁力 无关的推进系统，但在目前的绝大部分设计中， 这三部分的功能均由磁力来完成。
（2）超导磁斥式（ ELECTRO DYNAMIC SUSPENSION，简称 EDS型）
在车辆底部安装超导磁体（放在液态氦储存槽
内），在轨道两侧铺设一系列铝环线圈。列车运行时， 给车上线圈（超导磁体）通电流，产生强磁场，地上 线圈（铝环）与之相切割，在铝环内产生感应电流。 感应电流产生的磁场与车辆上超导磁体的磁场方向相 反，两个磁场产生排斥力。当排斥力大于车辆重量时， 车辆浮起。因此，超导磁斥式就是利用置于车辆上的 超导磁体，与铺设在轨道上的无源线圈之间的相对运 动来产生悬浮力，将车体抬起的。
直线电机既然是从旋转电机演变而来，自然也有着直线同步电机和直线异步电机 之分。
常导磁吸式磁悬浮铁路，一般均采用直线异步电机。在磁悬浮列车上安装三相电 枢绕组，在轨道上安置垂直的铝制感应轨。这种方式结构比较简单，容易维护， 造价低，投入实用时间短，适用于中低速运输系统；主要缺点是功率偏低，不利 于高速运行。
直线电机是从旋转电机演变而来的。它的基 本构成和作用原理与普通旋转电机类似，就如同 将旋转电机沿半径方向切开展平而成。于是，其 传动方式也就由旋转运动变为直线运动。
位于轨道两侧的线圈里流动的 交流电能将线圈变为电磁体。由 于它与列车上的超导电磁体的相 互作用，就使列车开动起来。列 车前进是因为列车头部的电磁体 （N极）被安装在靠前一点的轨 道上的电磁体（S极）所吸引， 并且同时又被安装在轨道上稍后 一点的电磁体（N极）所排斥。 当列车前进时，在线圈里流动的 电流流向就反转过来了。其结果 就是原来那个S极线圈，现在变 为N极线圈了，反之亦然。这样， 列车由于电磁极性的转换而得以 持续向前奔驰。根据车速，通过 电能转换器调整在线圈里流动的 交流电的频率和电压。