大學(xué)物理論文

1、 大學(xué)物理論文院系：信息電子技術(shù)學(xué)院班級：電氣工程及其自動化3班姓名&學(xué)號： 朱祺：游高沖： 超導(dǎo)磁懸浮列車 信息電子技術(shù)學(xué)院電氣工程及其自動化3班朱祺：游高沖：摘要：超導(dǎo)磁懸浮列車是利用超導(dǎo)磁體使車體上浮，通過周期性地變換磁極方向而獲取推進(jìn)動力的列車。超導(dǎo)磁浮列車除速度快之外，還具有無噪音、無震動、省能源的特點，有望成為21世紀(jì)交通工具的主力。關(guān)鍵詞：超導(dǎo)磁懸浮列車引言：磁懸浮列車是一種靠磁懸浮力（即磁的吸力和排斥力）來推動的列車。由于其軌道的磁力使之懸浮在空中，行走時不需接觸地面，因此只受來自空氣的阻力。磁懸浮列車的最高速度可達(dá)每小時500公里以上，比輪軌高速列車的300多公里還要

2、快。磁懸浮技術(shù)的研究源于德國，早在1922年，德國工程師赫爾曼·肯佩爾就提出了電磁懸浮原理，并于1934年申請了磁懸浮列車的專利。1970年以后，隨著世界工業(yè)化國家經(jīng)濟(jì)實力的不斷加強(qiáng)，為提高交通運(yùn)輸能力以適應(yīng)其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，德國、日本等發(fā)達(dá)國家以及中國都相繼開始籌劃進(jìn)行磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)的開發(fā)。原理：把一塊磁鐵放在超導(dǎo)盤上，由于超導(dǎo)盤把磁感應(yīng)線排斥出去， 超導(dǎo)盤跟磁鐵之間有排斥力，結(jié)果磁鐵懸浮在超導(dǎo)盤的上方。這種超導(dǎo)懸浮在工程技術(shù)中是可以大大利用的， 超導(dǎo)懸浮列車就是一例。讓列車懸浮起來，與軌道脫離接觸，這樣列車在運(yùn)行時的阻力降低很多，沿軌道“飛行”的速度可達(dá)500公里/小時。高溫超導(dǎo)

3、體發(fā)現(xiàn)以后，超導(dǎo)態(tài)可以在液氮溫區(qū)(零下196度以上)出現(xiàn)，超導(dǎo)懸浮的裝置更為簡單， 成本也大為降低。我國的西南交通大學(xué)于1994年成功地研制了高溫超導(dǎo)懸浮實驗車。1911年荷蘭科學(xué)家翁納斯在測量低溫下水銀電阻率的時候發(fā)現(xiàn)， 當(dāng)溫度降到零下269度附近， 水銀的電阻竟然消失了！圖1復(fù)制了當(dāng)時的實驗曲線。電阻的消失叫做零電阻性。所謂“電阻消失”，只是說電阻小于儀表的最小可測電阻。也許有人會產(chǎn)生疑問：如果儀表的靈敏度進(jìn)一步提高，會不會測出電阻呢？用“持久電流”實驗可以解決這個問題。由正常導(dǎo)體組成的回路是有電阻的，而電阻意味著電能的損耗，即電能轉(zhuǎn)化為熱。這樣， 如果沒有電源不斷地向回路補(bǔ)充能量，回路中

4、的電能在極短時間( 以微秒計)里全部消耗完，電流衰減到零。如果回路沒有電阻，自然就沒有電能的損耗。一旦在回路中激勵起電流，不需要任何電源向回路補(bǔ)充能量，電流可以持續(xù)地存在下去。 工作原理磁懸浮列車?yán)谩巴瑯O相斥，異極相吸”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。  日本JR磁懸浮MLX01-2實驗車 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(yùn)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

5、的磁場之間所產(chǎn)生的相斥力，使車體懸浮運(yùn)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(yùn)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1015毫米的間隙，并使導(dǎo)軌鋼板的排斥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(yùn)行。 種類: 1.常導(dǎo)磁吸式(EMS) 利用裝在車輛兩側(cè)轉(zhuǎn)向架上的常導(dǎo)電磁鐵(懸浮電磁鐵)和鋪設(shè)在線路導(dǎo)軌上的磁鐵，在磁場作用下產(chǎn)生的吸引力使車輛浮起。車輛和軌面之間的間隙與吸引力的大小成反比。為了保證這種懸浮的可靠性和列車運(yùn)行的平穩(wěn)，使直線電機(jī)有較高的功率

6、， 必須精確地控制電磁鐵中的電流，使磁場保持穩(wěn)定的強(qiáng)度和懸浮力，使車體與導(dǎo)軌之間保持大約 10mm的間隙。通常采用測量間隙用的氣隙傳感器來進(jìn)行系統(tǒng)的反饋控制。這種懸浮方式不需要設(shè)置專用的著地支撐裝置和輔助的著地車輪，對控制系統(tǒng)的要求也可以稍低一些。2.超導(dǎo)磁斥式日本磁懸浮鐵路ML系統(tǒng)使用低溫超導(dǎo)技術(shù)。它用液氮作為冷凍液，當(dāng)線圈繞組達(dá)到-269攝氏度的溫度時車載線圈繞組即進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)。為了提高磁懸浮車輛上超導(dǎo)材料的穩(wěn)定性，日本使用鈮鈦合金作為線圈繞組材料。日本超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)的懸浮力來自于車輛兩側(cè)。在導(dǎo)軌兩側(cè)的側(cè)壁上，排列著一組組的導(dǎo)向繞組。當(dāng)車輛高速通過時，車輛上的超導(dǎo)磁場會在導(dǎo)軌側(cè)壁的懸浮繞組

7、中產(chǎn)生感應(yīng)電流和感應(yīng)磁場。控制每組懸浮繞組上側(cè)的磁場極性與車輛超導(dǎo)磁場的極性相反從而產(chǎn)生引力，下側(cè)極性與超導(dǎo)磁場極性相同同而產(chǎn)生斥力，使得車輛懸浮起來。由于導(dǎo)軌產(chǎn)生的懸浮磁場為感應(yīng)磁場，列車運(yùn)行速度越高則懸浮力越大。當(dāng)列車運(yùn)行速度低于120km/h之后，所產(chǎn)生的懸浮力較小，不足以支撐車輛懸浮。故當(dāng)運(yùn)行速度低于120km/h時，日本的超導(dǎo)磁懸浮車輛需依靠安裝在轉(zhuǎn)向架底部的車輪支撐行駛。懸浮列車前行的原理:磁懸浮列車的高速前進(jìn)也是利用電磁體間的磁力完成的。簡單的講就是，在位于軌道兩側(cè)的線圈里流動的交流電，能將線圈變?yōu)殡姶盆F。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(jìn)是因為列

8、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(dāng)列車前進(jìn)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。具體地講超導(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、感應(yīng)動力集成超導(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)動繞組提供與車輛速度頻率相一

9、致的三相交流電時，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，正是這種推力推動列車前進(jìn)。其原理就像沖浪運(yùn)動一樣，沖浪者是站在波浪的頂峰并由波浪推動他快速前進(jìn)的。與沖浪者所面對的難題相同，超導(dǎo)磁懸浮列車要處理的也是如何才能準(zhǔn)確地駕馭在移動電磁波的頂峰運(yùn)動的問題。為此，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(yùn)行。同時，列車的穩(wěn)定由導(dǎo)向系統(tǒng)來控制。“常導(dǎo)型磁吸式”導(dǎo)向系統(tǒng)，是在列車側(cè)面安裝一組專門用于導(dǎo)向的電磁鐵。列車發(fā)生左右偏移時，列車上的導(dǎo)向電磁鐵與導(dǎo)向軌的側(cè)面相互作用，產(chǎn)生排斥力，使車輛恢復(fù)正常位置。列車如運(yùn)行在曲線或坡道上時，控制系統(tǒng)通過對導(dǎo)向磁鐵中的電流進(jìn)行控制，達(dá)到控制運(yùn)行目的。總結(jié)：作為一種新型高速交通類工具，超導(dǎo)磁懸