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工程电磁场的应用磁悬浮列车,2012043407黄建明,磁悬浮技术是起源于德国，早在1922年德国工程师赫尔曼肯佩尔就提出了电磁悬浮原理，并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。1970年代以后，随着世界工业化国家经济实力的不断加强，为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要，德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。,磁悬浮技术概述,1922年，德国工程师赫尔曼肯佩尔首次考虑电磁悬浮铁路。1934年，赫尔曼肯佩尔获得制造磁悬浮铁路的基本专利。1935年，赫尔曼肯佩尔运用试验模型证实了磁悬浮。1969年，克劳斯-马菲公司制造出电磁悬浮模型TR-01。1971年-1974年，先后制造了TR02、TR03、TR04号试验车。1976年，生产第一台用长定子电磁行车技术的载人试验车HMB2。1979年，在汉堡的国际交通展览会上展出5月17日投产的TR05号并引起轰动。1980年，开始建造TR06号。1986年，在蒂森工业公司(亨舍尔)开发TR07号样车。,磁悬浮列车发展史,1989年，在埃姆斯兰磁悬浮列车试验设施上开始检验TR07号。此时磁悬浮铁路快速列车技术已趋成熟。同年，在我国国防科技大学研制成中国第一台小型磁悬浮原理样车。1994年，西南交大研制成功中国第一辆可载人常导低速磁浮列车，但是只能在完全理想的实验室条件下运行成功。1995年5月11日，中国第一台载人磁悬浮列车在国防科技大学研制成功，使中国成为继德国、日本、英国、前苏联、韩国之后，第六个研制成功磁悬浮列车的国家。,2000年，中国西南交通大学磁悬浮列车与磁浮技术研究所研制成功世界首辆高温超导载人磁悬浮实验车。2001年8月14日，由长春客车厂、西南交通大学和株洲电力机车研究所联合研制开发的我国首辆磁悬浮客车，在长春客车厂竣工下线，从而使我国继德国和日本之后，成为世界上第三个掌握磁悬浮客车技术的国家。2002年2月世界第一条高速磁悬浮交通系统上海磁悬浮示范运营线正式通车，磁悬浮列车从上海地铁龙阳站到浦东国际机场全程30千米，只要8分钟，则平均速度为3.75千米每分钟，62.5米每秒。,上海磁悬浮列车,2005年5月，中国自行研制的“中华06号”吊轨永磁悬浮列车于连亮相，据称其速度可达每小时400公里。2006年4月30日，中国第一辆具有自主知识产权的中低速磁悬浮列车，在四川成都青城山一个试验基地成功经过室外实地运行联合试验。2010年4月8日，由成都飞机公司制造的中国首辆高速磁悬浮国产化样车在成都实现交付，标志着成飞已具备磁悬浮车辆国产化设计、整车集成和制造能力2014年5月16日，高铁长沙南站至长沙黄花国际机场的长沙磁悬浮工程正式强制开工建设。这是我国第一条完全自主研发的商业运营磁悬浮线，预计2016年上半年投产运营。届时，乘客从长沙南站至长沙黄花机场T2航站楼，仅需20分钟。,工作原理,磁悬浮列车利用电磁体“同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引”的原理，让磁铁具有抗拒地心引力的能力，使车体完全脱离轨道，悬浮在距离轨道约1厘米处，腾空行驶，创造了近乎“零高度”空间飞行的奇迹。由于磁铁有同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引两种形式，故磁悬浮列车也有两种相应的形式：,一种是利用磁铁同名磁极相互排斥原理而设计的电磁运行系统的磁悬浮列车，它利用车上超导体电磁铁形成的磁场与轨道上线圈形成的磁场之间所产生的相斥力，使车体悬浮运行的铁路；,另一种则是利用磁铁异名磁极相互吸引原理而设计的电动力运行系统的磁悬浮列车，它是在车体底部及两侧倒转向上的顶部安装磁铁，在T形导轨的上方和伸臂部分下方分别设反作用板和感应钢板，控制电磁铁的电流，使电磁铁和导轨间保持1015毫米的间隙，并使导轨钢板的排斥力与车辆的重力平衡，从而使车体悬浮于车道的导轨面上运行。,悬浮系统:电磁悬浮系系统（EMS）和电力悬浮系统（EDS）,EMS是一种吸力悬浮系统，是结合在机车上的电磁铁和导轨上的铁磁轨道相互排斥产生悬浮。常导磁悬浮列车工作时，首先调整车辆下部的悬浮和导向电磁铁的电磁排斥力，与地面轨道两侧的绕组发生磁铁反作用将列车浮起。在车辆下部的导向电磁铁与轨道磁铁的反作用下，使车轮与轨道保持一定的侧向距离，实现轮轨在水平方向和垂直方向的无接触支撑和无接触导向。车辆与行车轨道之间的悬浮间隙为10毫米，是通过一套高精度电子调整系统得以保证的。此外由于悬浮和导向实际上与列车运行速度无关，所以即使在停车状态下列车仍然可以进入悬浮状态。,（EDS）将磁铁使用在运动的机车上以在导轨上产生电流。由于机车和导轨的缝隙减少时电磁斥力会增大，从而产生的电磁斥力提供了稳定的机车的支撑和导向。然而机车必须安装类似车轮一样的装置对机车在“起飞”和“着陆”时进行有效支撑，这是因为EDS在机车速度低于大约25英里/小时无法保证悬浮。EDS系统在低温超导技术下得到了更大的发展。,展望前景,过去30多年，磁悬浮列车的发展之快令人瞩目，不仅在德国和日本磁悬浮列车已进入实用性阶段。美国跟我国也已建造自己的磁悬浮系统。随着计算机技术、自控技术和电子集成技术的发展，磁悬浮列车