磁懸浮列車的原理

關(guān)于磁懸浮列車的原理相關(guān)內(nèi)容一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象二、法拉第電磁感應(yīng)定律三、楞次定律四、超導(dǎo)現(xiàn)象第2頁,共32頁，2024年2月25日，星期天電磁感應(yīng)現(xiàn)象無論采用什么方式，只要引起穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化，回路中一定產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流大小由回路電阻和感應(yīng)電動勢的大小決定。第3頁,共32頁，2024年2月25日，星期天法拉第電磁感應(yīng)定律電路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比。E=n/t第4頁,共32頁，2024年2月25日，星期天楞次定律感應(yīng)電流的磁場總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。第5頁,共32頁，2024年2月25日，星期天超導(dǎo)現(xiàn)象金屬的電阻率隨溫度的降低而減小。有些物質(zhì)當(dāng)溫度降低到絕對零度附近時，它們的電阻率回突然減小到無法測量的程度，可以認(rèn)為它們的電阻突然變?yōu)榱?。?dāng)電流通過超導(dǎo)材料時，電路中幾乎沒有電能的損失，同時電路中將產(chǎn)生強(qiáng)磁場。第6頁,共32頁，2024年2月25日，星期天

什么是磁懸浮

磁懸浮列車的種類

目前存在的技術(shù)問題

磁懸浮列車的優(yōu)點(diǎn)第7頁,共32頁，2024年2月25日，星期天磁懸浮列車綜述（一）磁懸浮技術(shù)的研究源于德國，早在1922年HermannKemper先生就提出了電磁懸浮原理，并于1934年申請了磁浮列車的專利。70年代以后，根據(jù)當(dāng)時輪軌極限速度的理論，科研工作者們認(rèn)為，輪軌方式運(yùn)輸所能達(dá)到的極限速度為每小時350公里左右，要想超越這一速度運(yùn)行，必須采取不依賴于輪軌的新式運(yùn)輸系統(tǒng)。第8頁,共32頁，2024年2月25日，星期天磁懸浮列車綜述（二）德國開發(fā)的磁懸浮列車Transrapid于1989年在埃姆斯蘭試驗(yàn)線上達(dá)到436km/h的速度。日本開發(fā)的磁懸浮列車MAGLEV(MagneticallyLevitatedTrains)于1997年12月在山梨縣的試驗(yàn)線上創(chuàng)造出550km/h的世界最高紀(jì)錄。第9頁,共32頁，2024年2月25日，星期天磁懸浮列車綜述（三）雖然磁懸浮列車仍然屬于陸上有軌交通運(yùn)輸系統(tǒng)，并保留了軌道、道岔和車輛轉(zhuǎn)向架及懸掛系統(tǒng)等許多傳統(tǒng)機(jī)車車輛的特點(diǎn)，但由于列車在牽引運(yùn)行時與軌道之間無機(jī)械接觸，因此從根本上克服了傳統(tǒng)列車輪軌粘著限制、機(jī)械噪聲和磨損等問題，所以它也許會成為人們夢寐以求的理想陸上交通工具。第10頁,共32頁，2024年2月25日，星期天稍有物理知識的人都知道：把兩塊磁鐵相同的一極靠近，它們就相互排斥，反之，把相反的一極靠近，它們就互相吸引。磁懸浮列車實(shí)際上是依靠電磁吸力或電動斥力將列車懸浮于空中并進(jìn)行導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)列車與地面軌道間的無機(jī)械接觸，大大減小運(yùn)行阻力，達(dá)到高速運(yùn)行的目的。磁懸浮列車的原理（一）第11頁,共32頁，2024年2月25日，星期天磁懸浮列車的原理（二）磁懸浮列車采用長定子同步直流電機(jī)將電供至地面線圈，驅(qū)動列車高速行駛。磁懸浮列車主要依靠電磁力來實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)鐵路中的支撐、導(dǎo)向、牽引和制動功能。列車在運(yùn)行過程中，與軌道保持一定距離，處于一種“若即若離”的狀態(tài)。第12頁,共32頁，2024年2月25日，星期天第13頁,共32頁，2024年2月25日，星期天磁懸浮列車的種類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)的種類。常導(dǎo)磁吸型和超導(dǎo)磁斥型這兩種磁懸浮列車各有優(yōu)缺點(diǎn)和不同的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，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。第14頁,共32頁，2024年2月25日，星期天常導(dǎo)磁吸型常導(dǎo)型也稱常導(dǎo)磁吸型，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，懸浮的間隙較小，一般為10mm左右。常導(dǎo)型高速磁懸浮列車的速度可達(dá)400～500km/h，適合于城市間的長距離快速運(yùn)輸。第15頁,共32頁，2024年2月25日，星期天在車體底部及兩側(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─15mm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(yùn)行。第16頁,共32頁，2024年2月25日，星期天驅(qū)動原理常導(dǎo)磁懸浮列車的驅(qū)動運(yùn)用同步直線電動機(jī)的原理。車輛下部支撐電磁鐵線圈的作用就象是同步直線電動機(jī)的勵磁線圈，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，它就象同步直線電動機(jī)的長定子繞組。當(dāng)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，承載系統(tǒng)連同列車一起就象電機(jī)的“轉(zhuǎn)子”一樣被推動做直線運(yùn)動。第17頁,共32頁，2024年2月25日，星期天第18頁,共32頁，2024年2月25日，星期天超導(dǎo)磁斥型超導(dǎo)型磁懸浮列車也稱超導(dǎo)磁斥型，以日本MAGLEV為代表。它是利用超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的強(qiáng)磁場，列車運(yùn)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，懸浮間隙較大，一般為100mm左右，速度可達(dá)500km/h以上。第19頁,共32頁，2024年2月25日，星期天隨著超導(dǎo)和高溫超導(dǎo)熱的出現(xiàn)，推動了超導(dǎo)磁懸浮列車的研制。這種超導(dǎo)磁懸浮列車?yán)贸瑢?dǎo)磁石使車體上浮，通過周期性地變換磁極方向而獲得推進(jìn)動力。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哂械耐耆珜?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，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。第20頁,共32頁，2024年2月25日，星期天超導(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，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，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)。第21頁,共32頁，2024年2月25日，星期天驅(qū)動原理當(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)生電磁波，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)。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，實(shí)現(xiàn)非接觸性牽引和制動。第22頁,共32頁，2024年2月25日，星期天第23頁,共32頁，2024年2月25日，星期天磁懸浮列車的優(yōu)點(diǎn)

一、快速二、低耗、經(jīng)濟(jì)三、舒適、安全四、無污染五、爬坡能力強(qiáng)第24頁,共32頁，2024年2月25日，星期天汽車的速度為50-150km/h，高速列車為250-350km/h；常導(dǎo)磁懸浮列車可達(dá)400-500km/h超導(dǎo)磁懸浮列車可達(dá)500-600km/h。它的高速度使其在1000至1500公里之間的旅行距離中比乘坐飛機(jī)更優(yōu)越。第25頁,共32頁，2024年2月25日，星期天由于沒有輪子、無磨擦等因素，運(yùn)行成本和能耗低是它的又一優(yōu)點(diǎn)。其能源消耗僅是汽車的一半、飛機(jī)的四分之一；因無輪軌接觸，震動小、舒適性好，對車輛和路軌的維修費(fèi)用也大大減少。第26頁,共32頁，2024年2月25日，星期天磁懸浮列車在路軌上運(yùn)行，按飛機(jī)的防火標(biāo)準(zhǔn)實(shí)行配置。它的車廂下端像伸出了兩排彎曲的胳膊，將路軌緊緊摟住，絕對不可能出軌。列車運(yùn)行的動力來自固定在路軌兩側(cè)的電磁流，同一區(qū)域內(nèi)的電磁流強(qiáng)度相同，不可能出現(xiàn)幾輛列車速度不同或相向而動的現(xiàn)象，從而排除了列車追尾或相撞的可能。列車的整個安全系統(tǒng)可以相互檢測，自動替補(bǔ)，這在其它交通工具是不具備的，因而它是一種高安全度的交通工具。第27頁,共32頁，2024年2月25日，星期天當(dāng)磁懸浮列車時速達(dá)300公里以上時，噪聲只有656分貝，僅相當(dāng)于一個人大聲地說話，比汽車駛過的聲音還??；它的磁感應(yīng)強(qiáng)度非常低，與地球磁場相當(dāng)，遠(yuǎn)低于家用電器。由于它以電為動力，在軌道沿線不會排放廢氣，無污染，是一種名副其實(shí)的綠色交通工具。磁懸浮列車一般以4.5米以上的高架通過平地或翻越山丘，從而避免了開山挖溝對生態(tài)環(huán)境造成的破壞。第28頁,共32頁，2024年2月25日，星期天磁懸浮列車的爬坡能力為100%，而一般鐵路的最高坡度只有40%。第29頁,共32頁，2024年2月25日，星期天目前存在的技術(shù)問題由于磁懸浮系統(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，尤其是列車停電后的制動問題仍然是要解決的問題。其高速穩(wěn)定性和可靠性還需很長時間的運(yùn)行考驗(yàn)。常導(dǎo)