磁悬浮列车的原理

关于磁悬浮列车的原理相关内容一、电磁感应现象二、法拉第电磁感应定律三、楞次定律四、超导现象第2页,共32页，2024年2月25日，星期天电磁感应现象无论采用什么方式，只要引起穿过闭合回路的磁通量发生变化，回路中一定产生感应电流，电流大小由回路电阻和感应电动势的大小决定。第3页,共32页，2024年2月25日，星期天法拉第电磁感应定律电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。E=n/t第4页,共32页，2024年2月25日，星期天楞次定律感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。第5页,共32页，2024年2月25日，星期天超导现象金属的电阻率随温度的降低而减小。有些物质当温度降低到绝对零度附近时，它们的电阻率回突然减小到无法测量的程度，可以认为它们的电阻突然变为零。当电流通过超导材料时，电路中几乎没有电能的损失，同时电路中将产生强磁场。第6页,共32页，2024年2月25日，星期天

什么是磁悬浮

磁悬浮列车的种类

目前存在的技术问题

磁悬浮列车的优点第7页,共32页，2024年2月25日，星期天磁悬浮列车综述（一）磁悬浮技术的研究源于德国，早在1922年HermannKemper先生就提出了电磁悬浮原理，并于1934年申请了磁浮列车的专利。70年代以后，根据当时轮轨极限速度的理论，科研工作者们认为，轮轨方式运输所能达到的极限速度为每小时350公里左右，要想超越这一速度运行，必须采取不依赖于轮轨的新式运输系统。第8页,共32页，2024年2月25日，星期天磁悬浮列车综述（二）德国开发的磁悬浮列车Transrapid于1989年在埃姆斯兰试验线上达到436km/h的速度。日本开发的磁悬浮列车MAGLEV(MagneticallyLevitatedTrains)于1997年12月在山梨县的试验线上创造出550km/h的世界最高纪录。第9页,共32页，2024年2月25日，星期天磁悬浮列车综述（三）虽然磁悬浮列车仍然属于陆上有轨交通运输系统，并保留了轨道、道岔和车辆转向架及悬挂系统等许多传统机车车辆的特点，但由于列车在牵引运行时与轨道之间无机械接触，因此从根本上克服了传统列车轮轨粘着限制、机械噪声和磨损等问题，所以它也许会成为人们梦寐以求的理想陆上交通工具。第10页,共32页，2024年2月25日，星期天稍有物理知识的人都知道：把两块磁铁相同的一极靠近，它们就相互排斥，反之，把相反的一极靠近，它们就互相吸引。磁悬浮列车实际上是依靠电磁吸力或电动斥力将列车悬浮于空中并进行导向，实现列车与地面轨道间的无机械接触，大大减小运行阻力，达到高速运行的目的。磁悬浮列车的原理（一）第11页,共32页，2024年2月25日，星期天磁悬浮列车的原理（二）磁悬浮列车采用长定子同步直流电机将电供至地面线圈，驱动列车高速行驶。磁悬浮列车主要依靠电磁力来实现传统铁路中的支撑、导向、牵引和制动功能。列车在运行过程中，与轨道保持一定距离，处于一种“若即若离”的状态。第12页,共32页，2024年2月25日，星期天第13页,共32页，2024年2月25日，星期天磁悬浮列车的种类由于磁铁有同性相斥和异性相吸两种形式，故磁悬浮列车也有两种相应的种类。常导磁吸型和超导磁斥型这两种磁悬浮列车各有优缺点和不同的经济技术指标，德国青睐前者，集中精力研制常导高速磁悬浮技术;而日本则看好后者，全力投入高速超导磁悬浮技术之中。第14页,共32页，2024年2月25日，星期天常导磁吸型常导型也称常导磁吸型，以德国高速常导磁浮列车transrapid为代表，它是利用普通直流电磁铁电磁吸力的原理将列车悬起，悬浮的间隙较小，一般为10mm左右。常导型高速磁悬浮列车的速度可达400～500km/h，适合于城市间的长距离快速运输。第15页,共32页，2024年2月25日，星期天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10─15mm的间隙，并使导轨钢板的吸引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。第16页,共32页，2024年2月25日，星期天驱动原理常导磁悬浮列车的驱动运用同步直线电动机的原理。车辆下部支撑电磁铁线圈的作用就象是同步直线电动机的励磁线圈，地面轨道内侧的三相移动磁场驱动绕组起到电枢的作用，它就象同步直线电动机的长定子绕组。当沿线布置的变电所向轨道内侧的驱动绕组提供三相调频调幅电力时，承载系统连同列车一起就象电机的“转子”一样被推动做直线运动。第17页,共32页，2024年2月25日，星期天第18页,共32页，2024年2月25日，星期天超导磁斥型超导型磁悬浮列车也称超导磁斥型，以日本MAGLEV为代表。它是利用超导磁体产生的强磁场，列车运行时与布置在地面上的线圈相互作用，产生电动斥力将列车悬起，悬浮间隙较大，一般为100mm左右，速度可达500km/h以上。第19页,共32页，2024年2月25日，星期天随着超导和高温超导热的出现，推动了超导磁悬浮列车的研制。这种超导磁悬浮列车利用超导磁石使车体上浮，通过周期性地变换磁极方向而获得推进动力。超导磁悬浮列车的最主要特征就是其超导元件在相当低的温度下所具有的完全导电性和完全抗磁性。超导磁铁是由超导材料制成的超导线圈构成，它不仅电流阻力为零，而且可以传导普通导线根本无法比拟的强大电流，这种特性使其能够制成体积小功率强大的电磁铁。第20页,共32页，2024年2月25日，星期天超导磁悬浮列车的车辆上装有车载超导磁体并构成感应动力集成设备，车辆上的感应动力集成设备由动力集成绕组、感应动力集成超导磁铁和悬浮导向超导磁铁三部分组成，而列车的驱动绕组和悬浮导向绕组均安装在地面导轨两侧。第21页,共32页，2024年2月25日，星期天驱动原理当向轨道两侧的驱动绕组提供与车辆速度频率相一致的三相交流电时，就会产生一个移动的电磁场，因而在列车导轨上产生电磁波，这时列车上的车载超导磁体就会受到一个与移动磁场相同步的推力，正是这种推力推动列车前进。超导磁悬浮列车也是由沿线分布的变电所向地面导轨两侧的驱动绕组提供三相交流电，并与列车下面的动力集成绕组产生电感应而驱动，实现非接触性牵引和制动。第22页,共32页，2024年2月25日，星期天第23页,共32页，2024年2月25日，星期天磁悬浮列车的优点

一、快速二、低耗、经济三、舒适、安全四、无污染五、爬坡能力强第24页,共32页，2024年2月25日，星期天汽车的速度为50-150km/h，高速列车为250-350km/h；常导磁悬浮列车可达400-500km/h超导磁悬浮列车可达500-600km/h。它的高速度使其在1000至1500公里之间的旅行距离中比乘坐飞机更优越。第25页,共32页，2024年2月25日，星期天由于没有轮子、无磨擦等因素，运行成本和能耗低是它的又一优点。其能源消耗仅是汽车的一半、飞机的四分之一；因无轮轨接触，震动小、舒适性好，对车辆和路轨的维修费用也大大减少。第26页,共32页，2024年2月25日，星期天磁悬浮列车在路轨上运行，按飞机的防火标准实行配置。它的车厢下端像伸出了两排弯曲的胳膊，将路轨紧紧搂住，绝对不可能出轨。列车运行的动力来自固定在路轨两侧的电磁流，同一区域内的电磁流强度相同，不可能出现几辆列车速度不同或相向而动的现象，从而排除了列车追尾或相撞的可能。列车的整个安全系统可以相互检测，自动替补，这在其它交通工具是不具备的，因而它是一种高安全度的交通工具。第27页,共32页，2024年2月25日，星期天当磁悬浮列车时速达300公里以上时，噪声只有656分贝，仅相当于一个人大声地说话，比汽车驶过的声音还小；它的磁感应强度非常低，与地球磁场相当，远低于家用电器。由于它以电为动力，在轨道沿线不会排放废气，无污染，是一种名副其实的绿色交通工具。磁悬浮列车一般以4.5米以上的高架通过平地或翻越山丘，从而避免了开山挖沟对生态环境造成的破坏。第28页,共32页，2024年2月25日，星期天磁悬浮列车的爬坡能力为100%，而一般铁路的最高坡度只有40%。第29页,共32页，2024年2月25日，星期天目前存在的技术问题由于磁悬浮系统是以电磁力完成悬浮、导向和驱动功能的，断电后磁悬浮的安全保障措施，尤其是列车停电后的制动问题仍然是要解决的问题。其高速稳定性和可靠性还需很长时间的运行考验。常导