感受世界极速—磁浮列车.ppt

感受世界極速 磁浮列車 組員曹哲彰廖智達 報告內容 前言磁浮列車的原理磁浮列車的分類吸引式磁浮列車感應反斥式磁浮列車磁浮列車的優缺點比較磁浮列車開發歷程中國的磁浮列車展望 前言 人類日常生活中所使用到的交通工具 有自行車 公車 電車 汽車 火車 船 飛機等 我們把這些運送人或物品從一個地方到另外一個地方的東西 稱為運輸工具 這些運輸工具為了要移動 有些車子加的是汽油 有些車子加柴油 也有一部分的車子使用的是天然氣或電力 然而 在地面上的這些交通工具 主要靠輪子與地面的摩擦力行走 但是也因為摩擦力 使得它們的速度有一個上限 約300公里 為了要有更快速 廉價 安全且不製造污染的交通工具 磁浮列車 這種完全符合未來要求的新交通工具 正由幾個國家很努力的發展當中 磁浮列車是利用磁力使車體浮起來 因為並沒有與軌道直接接觸 因此能將阻力減到最小 在前進的時候 利用電與磁的交互作用 可以使磁浮列車前進及後退 磁浮列車使用了許多的電磁鐵 電磁鐵的好處就是可以用電流方向來改變磁極 不但方便而且容易控制 磁浮列車的構想 1922年 德國專利643316號 1934年8月14日 原理 一 電流的磁效應 在螺旋形的導線上通電 就會在螺旋形導線的中間產生感應磁場 而此感應磁場的大小和導線圈數及電流成正比 當電流斷路時感應磁場也會同時消失 磁場方向可由安培右手定則決定 右手四指的方向依照導線電流方向握起則姆指方向則為感應磁場的N極 二 磁浮列車浮起的原理 永久磁鐵或電磁鐵異極會相吸 同極卻有極強的排斥力 磁浮列車能浮起來就是利用這個原理 而車體的重量並不輕 若要靠磁鐵相吸及相斥的力量將它浮起來 車上及軌道上的磁力就必須要很強 因此搭配使用電磁鐵和永久磁鐵 除了可增強磁性之外還可以節省一部分的電力 三 磁浮列車前進的原理 磁浮列車的前進原理是利用 線性馬達 線性馬達將原來普通馬達轉動的力量轉換為直線移動的力量 同樣利用磁力的排斥力與吸引力 使得浮在軌道上的列車能向前加速或減速 由於車體與軌道間沒有摩擦力 能量不會因此而消耗 註 線性馬達 將馬達與直線動作機構結合為一體 即稱為線性馬達 常導型 超導型 磁浮列車分為常導型和超導型兩大類 常導型也常稱為磁吸型 以德國的transrapid為代表 它是利用普通直流電磁鐵電磁吸引力的原理將列車懸起 懸浮的氣隙較小 一般為10毫米左右 常導型高速列車的速度可達每小時400 500公里 適合於城市間的長距離快速運輸 超導型磁浮列車也稱超導磁斥型 以日本MAGLEV為代表 它是利用超導磁體產生的強磁場 列車運行時與佈置在地面上的線圈相互作用 產生電動斥力將列車懸起 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 雖然利用一般電磁鐵的相吸相斥亦可製造磁浮列車 但配有高溫超導體的磁浮列車由於磁力較強 故可浮的較高 一般僅使用電磁鐵的磁浮列車其離地面高度僅 公分 而採用超導體者可達 公分 於實際應用上 此種差異則會造成相當大的影響 若列車運行時遭遇地震 離地 公分的磁浮列車自然會叫離地僅 公分高的磁浮列車安全許多 吸引式 感應反斥式 由於磁鐵有同極相斥和異極相吸兩種形式 故有兩種相應的形式 感應反斥式是利用磁鐵同極相斥原理而設計的電磁運行系統的磁浮列車 是利用車上超導體電磁鐵形成的磁場 與軌道上線圈形成的磁場所生的相斥力使車體懸浮於鐵路 吸引式是利用磁鐵異極相吸原理而設計的電動力運行系統的磁浮列車 沒有生命的它是在車體底部及兩側倒轉向上的頂部安裝磁鐵 在T型導軌的上方和伸臂部分下方分別設反作用板和感應鋼板 控制電磁鐵的電流使電磁鐵和導軌間保持10 15毫米的間隙 並使導軌鋼板的吸引力與車輛的重力平衡 而使車體懸浮於車道的導軌面上運行 磁浮的優缺點比較 蔚為風潮的條件 1 高速 常導磁浮列車可達400至500公里 小時2 低耗能 運行成本和能耗低 由於沒有輪子 無摩擦等因素而能省電30 在500公里 小時速度下每座位 公里的耗能僅為飛機的1 3至1 2 因無輪軌接觸震動小 對車輛和路軌的維修費用少 3 利於保護環境 因軌道摩擦小 所以發出的噪音很低 只有當時速到達200公里以上時才會產生與空氣摩擦的輕微噪音 當磁浮列車時速到達300公里以上時 雜訊 只有656分貝 它的磁場強度非常低 與地球磁場相當 遠低於家用電器 由於採用電力驅動 避免了燃燒煤油給沿途帶來的污染 4 性能 磁浮列車在運行時不與軌道發生摩擦 且爬坡能力強 轉彎半徑小 磁浮列車得爬坡能力為10 一般鐵路的最高坡度只有4 5 安全性 磁浮列車運行是按飛機的防火標準實行配置 列車運行的動力來自固定在路軌兩側的電磁流 同一區域內的電磁流強度相同 而排除了列車追尾或相撞的可能 列車的整個安全系統可相互檢測自動替補 仍存在的問題1 高速穩定性和可靠性 由於磁浮系統是以電磁力完成懸浮 導向和驅動功能的 斷電後磁浮的安全保障措施 尤其是列車停電後的制動問題仍然是要解決的問題 2 懸浮高度 常導磁浮技術的懸浮高度較低 因此對線路的平整度 路基下沉量及道岔結構方面的要求較超導技術更高 3 技術 超導磁浮技術由於渦流效應懸浮耗能較常導技術更大 冷卻系統重 強磁場對人體與環境都有影響 磁浮列車開發歷程 1922年 德國工程師赫爾曼 肯佩爾首次考慮電磁懸浮鐵路 1934年 赫爾曼 肯佩爾獲得製造磁懸浮鐵路的基本專利 1935年 赫爾曼 肯佩爾運用試驗模型證實了磁懸浮 1939 1943年 赫爾曼 肯佩爾在格丁根空氣動力學研究所進行電磁懸浮鐵路的基本研究工作 1953年 赫爾曼 肯佩爾寫成科學報告 電子懸浮導向的電力驅動鐵路機車車輛 1969年 大通過能力高速鐵路研究會開始基礎性研究 克勞斯 馬菲公司製造出電磁懸浮模型TR 01 支承和導向系統按赫爾曼 肯佩爾原則設計 由一台短定子直線電動機驅動 1971 1974年 先後製造了TR02 TR03 TR04號試驗車 1975年 開發 研製和試驗第一台長定子電磁行車技術功能的設備 由蒂森 亨舍爾在卡塞爾廠區內用試驗平臺MB1進行 1976年 生產第一台用長定子電磁行車技術的載人試驗車HMB2 在卡塞爾由蒂森 亨舍爾在廠區內進行 採用電磁式支承和導向系統 有10毫米空氣間隙 車重為2 5噸 4個座位 最大速度為36公里 小時 1977年 聯邦德國研究技術部作出有利於發展電磁懸浮驅動系統的決定 籌建埃姆斯蘭磁懸浮列車試驗設施 赫爾曼 肯佩爾工程師逝世 1892年4月5日 1977年7月13日 1979年 在漢堡的國際交通展覽會上展出5月17日投產的TR05號並引起轟動 1980年 開始建造TR06號 1984年 埃姆斯蘭磁懸浮列車試驗設施投產 用TR06號開始作行車試驗 8月17日達到302公里 小時的速度 1986年 在蒂森工業公司 亨舍爾 開發TR07號樣車 1987年 埃姆斯蘭磁懸浮列車試驗設施第二期施工最終完成並投入使用 TR07號開始組裝 11月11日TR06號達到406公里 小時的速度 1988年 TR06號的速度於1月22日達到412 6公里 小時 在慕尼黑國際交通展覽會上展出TR07號 1989年 在埃姆斯蘭磁懸浮列車試驗設施上開始檢驗TR07號 磁懸浮鐵路快速列車技術已趨成熟 1999年 1999年4月日本磁浮列車MLX01的創下時速552公里的新紀錄 中國的磁浮列車 中國大陸於2001年開始興建從浦東機場至龍陽路 陸家嘴 全長30公里的磁浮高速鐵路 並於2003年開始營運 展望 目前美國正在研製地下真空磁浮超音速列車 這種神奇的 行星列車 設計最高時速為2 25萬公里 是音速的20多倍 它橫穿美國大陸只需21分鐘 而噴射客機則需5小時 這項計劃要求首先在地下挖出隧道 鋪設四根直徑為12米的管道 然後抽出管道中的空氣 使其接近真空狀態 最後再用超導方式行駛磁浮列車 展望未來 隨著現代高科技的發展 高速 平穩