第一節(jié)概述第八章磁懸浮鐵路劉建國(guó)一、磁懸浮鐵路

由于磁懸浮列車(chē)在軌道上靠磁力使之懸浮在空中，行走時(shí)不接觸地面，因此，其阻力只限于空氣的阻力，對(duì)線路的垂直負(fù)荷小，適于高速運(yùn)行。第一節(jié)概述第八章磁懸浮鐵路劉建國(guó)二、超導(dǎo)的概念

1911年，荷蘭萊頓大學(xué)的物理學(xué)家卡茂林-昂尼斯意外地發(fā)現(xiàn)，將汞冷卻到-268.98°C時(shí)，汞的電阻突然消失；后來(lái)他又發(fā)現(xiàn)許多金屬和合金都具有與上述汞相類(lèi)似的低溫下失去電阻的特性，由于它的特殊導(dǎo)電性能，卡茂林-昂尼斯稱之為超導(dǎo)態(tài)?？忠灿捎谶@一重大發(fā)現(xiàn)而獲得了1913年的諾貝爾獎(jiǎng)。并引起了世界性的震動(dòng)。在他之后，人們開(kāi)始把處于超導(dǎo)狀態(tài)的導(dǎo)體稱之為“超導(dǎo)體”。超導(dǎo)體的直流電阻率在一定的低溫下突然消失，被稱作零電阻效應(yīng)。導(dǎo)體沒(méi)有了電阻，電流流經(jīng)超導(dǎo)體時(shí)就不會(huì)發(fā)生熱損耗，電流可以毫無(wú)阻力地在導(dǎo)線中流動(dòng)，從而產(chǎn)生超強(qiáng)磁場(chǎng)。

第二節(jié)磁懸浮鐵路的工作原理第八章磁懸浮鐵路劉建國(guó)一、磁懸浮鐵路的分類(lèi)

(一)

常導(dǎo)吸引式(ElectroMagneticSuspension)，簡(jiǎn)稱EMS型，也稱電磁懸浮型，是指采用常導(dǎo)磁鐵(即普通磁鐵)，導(dǎo)軌為導(dǎo)磁體，裝在車(chē)上的常導(dǎo)磁鐵勵(lì)磁后產(chǎn)生磁力吸向?qū)к?，使?chē)輛懸浮的磁懸浮列車(chē)。(二)超導(dǎo)排斥式(ElectroDynamicSuspension)，簡(jiǎn)稱EDS型，也稱電動(dòng)懸浮型，是指利用磁極同性相斥的原理，采用超導(dǎo)磁鐵，使車(chē)輛在軌道上浮起的磁懸浮列車(chē)。第二節(jié)磁懸浮鐵路的工作原理第八章磁懸浮鐵路劉建國(guó)二、工作原理

(一)懸浮原理常導(dǎo)磁吸式EMS型的磁懸浮列車(chē)，在T形梁翼底部為同步直線電機(jī)的定子，其下方為安裝在車(chē)體上的懸浮電磁鐵，該電磁鐵同時(shí)兼作同步直線電機(jī)的轉(zhuǎn)子。懸浮電磁鐵通電時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)，成為電磁鐵，與直線電機(jī)定子的鐵心產(chǎn)生吸引力，把磁懸浮車(chē)往上拉向定子。利用距離傳感器控制懸浮電磁鐵與定子的距離(即懸浮氣隙)，保持在10mm左右。超導(dǎo)磁斥式EDS型的磁懸浮列車(chē)，是在車(chē)輛底部安裝超導(dǎo)磁體(放在液態(tài)氦貯存槽內(nèi))，在軌道兩側(cè)鋪設(shè)一系列鋁環(huán)線圈。列車(chē)運(yùn)行時(shí)，給車(chē)上線圈(超導(dǎo)磁體)通電流，產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，地上線圈(鋁環(huán))與之相切割，在鋁環(huán)內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與車(chē)輛上超導(dǎo)磁體的磁場(chǎng)方向相反，兩個(gè)磁場(chǎng)產(chǎn)生排斥力。當(dāng)排斥力大于車(chē)輛重量時(shí)，車(chē)輛就浮起。因此，超導(dǎo)磁斥式就是利用置于車(chē)輛上的超導(dǎo)磁體，與鋪設(shè)在軌道上無(wú)源線圈之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)產(chǎn)生懸浮力，將車(chē)體抬起的

第二節(jié)磁懸浮鐵路的工作原理第八章磁懸浮鐵路劉建國(guó)二、工作原理(二)導(dǎo)向原理輪軌列車(chē)的導(dǎo)向是靠車(chē)輪緣與鋼軌之間的相互作用實(shí)現(xiàn)的，而磁懸浮列車(chē)是利用電磁力的作用來(lái)進(jìn)行導(dǎo)向。1.常導(dǎo)磁吸式導(dǎo)向系統(tǒng)。它是在車(chē)輛側(cè)面安裝一組專門(mén)用于導(dǎo)向的電磁鐵。當(dāng)車(chē)輛運(yùn)行發(fā)生左右偏移時(shí)，車(chē)上的導(dǎo)向電磁鐵與導(dǎo)向軌的側(cè)面相互作用，產(chǎn)生一種排斥力，使車(chē)輛恢復(fù)到正常位置，并和導(dǎo)軌側(cè)面之間保持一定的間隙。當(dāng)車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，例如：運(yùn)行在曲線或坡道上時(shí)，控制系統(tǒng)通過(guò)控制導(dǎo)向磁鐵中的電流來(lái)保持這一側(cè)向間隙，從而達(dá)到控制列車(chē)運(yùn)行方向的目的。德國(guó)TR系統(tǒng)采用的就是這種方式。第二節(jié)磁懸浮鐵路的工作原理第八章磁懸浮鐵路劉建國(guó)二、工作原理(二)導(dǎo)向原理

2.超導(dǎo)磁斥式導(dǎo)向系統(tǒng)。一般采用三種方式：(1)通過(guò)安裝在車(chē)輛上的機(jī)械導(dǎo)向裝置實(shí)現(xiàn)列車(chē)的導(dǎo)向。該裝置采用車(chē)輛上的側(cè)向?qū)蜉o助輪，使之與導(dǎo)軌側(cè)面相互作用(滾動(dòng)摩擦)以產(chǎn)生復(fù)原力，使這種力與列車(chē)沿曲線運(yùn)行時(shí)的側(cè)向力相平衡，從而使列車(chē)始終保持沿著導(dǎo)軌中心線運(yùn)行。(2)安裝導(dǎo)向超導(dǎo)磁體在車(chē)輛上，使之與導(dǎo)軌側(cè)向的地面線圈或金屬帶產(chǎn)生磁斥力，并使該力與列車(chē)側(cè)向作用力相平衡，從而使列車(chē)始終保持正確的運(yùn)行方向。該導(dǎo)向方式只要控制側(cè)向地面導(dǎo)向線圈中的電流，就可以使列車(chē)保持一定的側(cè)向間隙，并避免了機(jī)械摩擦(3)“零磁通量”導(dǎo)向系統(tǒng)。即沿線路中心線均勻鋪設(shè)“8”字形的封閉線圈，當(dāng)列車(chē)上超導(dǎo)磁體位于該線圈的對(duì)稱中心線上時(shí)，線圈磁場(chǎng)為零；而當(dāng)列車(chē)發(fā)生側(cè)向位移時(shí)，“8”字形的線圈內(nèi)磁場(chǎng)不為零，并產(chǎn)生一個(gè)以平衡列車(chē)側(cè)向力的反作用力，使列車(chē)回到線路中心線的位置。第二節(jié)磁懸浮鐵路的工作原理第八章磁懸浮鐵路劉建國(guó)二、工作原理(三)牽引原理由于磁懸浮列車(chē)是懸浮在一定的高度，使車(chē)輪與導(dǎo)軌脫離，故不再是依靠它們之間的摩擦力產(chǎn)生牽引力使車(chē)輛前進(jìn)了，而是采用一種叫做直線電機(jī)的牽引裝置作為列車(chē)的牽引動(dòng)力。這種無(wú)接觸的牽引工作原理類(lèi)似于轉(zhuǎn)動(dòng)的同步電動(dòng)機(jī)，只是它將旋轉(zhuǎn)的電機(jī)的定子切開(kāi)，并且沿著線路方向展開(kāi)，這樣，在定子上產(chǎn)生的就不再是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的行波磁場(chǎng)，而是一個(gè)移動(dòng)的行波磁場(chǎng)。列車(chē)的懸浮電磁鐵通電后，就成為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子(勵(lì)磁磁極)。路軌上的定子中三相繞組產(chǎn)生的移動(dòng)行波磁場(chǎng)，作用在車(chē)上的懸浮磁鐵(轉(zhuǎn)子)上，產(chǎn)生同步的電磁牽引力，引導(dǎo)磁懸浮列車(chē)前進(jìn)或后退。同步直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)(如圖8-7所示)。調(diào)節(jié)定子供電的頻率與電壓，即可改變磁懸浮列車(chē)的運(yùn)行速度。第二節(jié)磁懸浮鐵路的工作原理第八章磁懸浮鐵路劉建國(guó)二、工作原理(四)供電原理1.非接觸式的供電原理由于TR系統(tǒng)的磁懸浮列車(chē)運(yùn)行時(shí)與軌道完全無(wú)接觸，其列車(chē)車(chē)載控制、照明、空調(diào)等設(shè)備的用電，以及導(dǎo)向電磁鐵和懸浮電磁鐵的供電，均來(lái)自車(chē)載電源(鎳鎘可充電電池組和整流設(shè)備)和直線發(fā)電機(jī)。車(chē)載電源的充電，在列車(chē)運(yùn)行時(shí)是由直線發(fā)電機(jī)提供；停站時(shí)由車(chē)站的供電軌(列車(chē)到站后受流器與供電軌接觸)供電。直線發(fā)電機(jī)是將三相繞組固定放在懸浮磁鐵上。當(dāng)列車(chē)運(yùn)行時(shí)，由于速度的變化以及定子槽電壓的作用，裝在懸浮磁鐵上的三相繞組將產(chǎn)生感應(yīng)交流電，(如圖8－8所示)，經(jīng)整流后可供列車(chē)用電。這些高頻磁場(chǎng)分量因列車(chē)運(yùn)行時(shí)慣性較大，對(duì)列車(chē)懸浮控制影響不大。第二節(jié)磁懸浮鐵路的工作原理第八章磁懸浮鐵路劉建國(guó)二、工作原理(四)供電原理2.同步直線電機(jī)定子的供電原理如前所述，TR系統(tǒng)的磁懸浮列車(chē)的動(dòng)力和其他用電全部從同步直線電機(jī)定子上獲取。定子分段鋪設(shè)于線路上，且每段的長(zhǎng)度不等，視列車(chē)在該段的運(yùn)行速度、加速度、爬坡、轉(zhuǎn)彎等情況及車(chē)體長(zhǎng)度而定，一般為300—2000m(如圖8－9所示)。定子線圈的供電來(lái)自沿線的變電站，一般變電站相隔在25—40km。兩個(gè)變電站之間只允許有一個(gè)列車(chē)運(yùn)行，而且僅對(duì)列車(chē)所在的那一段定子供電，其他線路段則無(wú)電。

第二節(jié)磁懸浮鐵路的工作原理第八章磁懸浮鐵路劉建國(guó)二、工作原理(五)制動(dòng)原理常導(dǎo)磁懸浮列車(chē)的正常制動(dòng)方式均利用同步直線電機(jī)作為發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制。當(dāng)列車(chē)高速運(yùn)行時(shí)，采用再生制動(dòng)方式，即直線電機(jī)的工作方式由牽引改為發(fā)電，將列車(chē)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能回饋給電網(wǎng)，以降低列車(chē)速度。當(dāng)列車(chē)速度較低時(shí)，再生制動(dòng)改為電阻制動(dòng)，即電能不再反饋給電網(wǎng)，而是消耗在變電站的特殊電阻上以熱的形式散發(fā)，當(dāng)列車(chē)的速度很低時(shí)，直線電機(jī)改為反接制動(dòng)，即電機(jī)的牽引方向與列車(chē)的運(yùn)行方向相反，直到列車(chē)停止。當(dāng)長(zhǎng)定子供電產(chǎn)生故障導(dǎo)致直線電機(jī)制動(dòng)失靈或需要緊急制動(dòng)時(shí)，采用渦流制動(dòng)方式。即車(chē)上的渦流制動(dòng)磁鐵勵(lì)磁，使側(cè)向?qū)к壣袭a(chǎn)生渦流，形成對(duì)列車(chē)的渦流制動(dòng)力。第三節(jié)磁懸浮鐵路技術(shù)的發(fā)展第八章磁懸浮鐵路劉建國(guó)一、磁懸浮鐵路的車(chē)輛磁懸浮車(chē)輛的構(gòu)造(如圖8-12所示)。圖(a)為倒T形導(dǎo)軌上的磁懸浮車(chē)輛；圖(b)為U形導(dǎo)軌上的磁懸浮車(chē)輛。但無(wú)論其結(jié)構(gòu)和外形如何變化，磁懸浮車(chē)輛一般都由三大部分構(gòu)成：第二節(jié)磁懸浮鐵路的工作原理第八章磁懸浮鐵路劉建國(guó)二、工作原理(五)制動(dòng)原理常導(dǎo)磁懸浮列車(chē)的正常制動(dòng)方式均利用同步直線電機(jī)作為發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制。當(dāng)列車(chē)高速運(yùn)行時(shí)，采用再生制動(dòng)方式，即直線電機(jī)的工作方式由牽引改為發(fā)電，將列車(chē)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能回饋給電網(wǎng)，以降低列車(chē)速度。當(dāng)列車(chē)速度較低時(shí)，再生制動(dòng)改為電阻制動(dòng)，即電能不再反饋給電網(wǎng)，而是消耗在變電站的特殊電阻上以熱的形式散發(fā)，當(dāng)列車(chē)的速度很低時(shí)，直線電機(jī)改為反接制動(dòng)，即電機(jī)的牽引方向與列車(chē)的運(yùn)行方向相反，直到列車(chē)停止。當(dāng)長(zhǎng)定子供電產(chǎn)生故障導(dǎo)致直線電機(jī)制動(dòng)失靈或需要緊急制動(dòng)時(shí)，采用渦流制動(dòng)方式。即車(chē)上的渦流制動(dòng)磁鐵勵(lì)磁，使側(cè)向?qū)к壣袭a(chǎn)生渦流，形成對(duì)列車(chē)的渦流制動(dòng)力。第二節(jié)磁懸浮鐵路的工作原理第八章磁懸浮鐵路劉建國(guó)二、工作原理(五)制動(dòng)原理常導(dǎo)磁懸浮列車(chē)的正常制動(dòng)方式均利用同步直線電機(jī)作為發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制。當(dāng)列車(chē)高速運(yùn)行時(shí)，采用再生制動(dòng)方式，即直線電機(jī)的工作方式由牽引改為發(fā)電，將列車(chē)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能回饋給電網(wǎng)，以降低列車(chē)速度。當(dāng)列車(chē)速度較低時(shí)，再生制動(dòng)改為電阻制動(dòng)，即電能不再反饋給電網(wǎng)，而是消耗在變電站的特殊電阻上以熱的形式散發(fā)，當(dāng)列車(chē)的速度很低時(shí)，直線電機(jī)改為反接制動(dòng)，即電機(jī)的牽引方向與列車(chē)的運(yùn)行方向相反，直到列車(chē)停止。當(dāng)長(zhǎng)定子供電產(chǎn)生故障導(dǎo)致直線電機(jī)制動(dòng)失靈或需要緊急制動(dòng)時(shí)，采用渦流制動(dòng)方式。即車(chē)上的渦流制動(dòng)磁鐵勵(lì)磁，使側(cè)向?qū)к壣袭a(chǎn)生渦流，形成對(duì)列車(chē)的渦流制動(dòng)力。第一節(jié)高速鐵路的產(chǎn)生及發(fā)展第八章磁懸浮鐵路劉建國(guó)一、高速鐵路的產(chǎn)生

火車(chē)的速度大大高于輪船和馬車(chē)，并以運(yùn)量大、可靠性高、全天候等優(yōu)點(diǎn)，使鐵路很快成為世界各國(guó)交通運(yùn)輸?shù)墓歉?，并形成了世界鐵路的“第一個(gè)發(fā)展期”，對(duì)當(dāng)時(shí)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與繁榮起到了很大的推動(dòng)