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高铁简史:磁悬浮列车基本架构

时间:2023-08-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:中低速磁浮列车是由电磁力推动前进的。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。表5.3电磁悬浮系统和电力悬浮系统对比分析2.超导磁悬浮列车系统 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。超导磁悬浮列车系统构成如图 5.15。从而在悬浮状态下,列车可以完全实现非接触的牵引和制动。

高铁简史:磁悬浮列车基本架构

利用同极相斥,异极相吸的电磁原理,让中低速磁浮列车靠电磁力吸起而浮于轨道上方。通电后电磁铁产生磁力吸引轨道,将列车向上吸,并使电磁吸引力与重力保持平衡,从而使列车悬浮于轨道上方。中低速磁浮额定悬浮间隙 8 mm,让乘客感受安稳的乘坐体验。当悬浮间隙小于额定值时,列车控制系统减小电磁力,列车向下降落,当降落到大于额定间隙时,控制系统又增加电磁力,将列车向上吸,这个控制过程每秒钟进行万余次,可使电磁力始终与重力保持动态平衡,列车稳定悬浮在距轨道 8 mm 的位置。中低速磁浮列车是由电磁力推动前进的。列车的直线电机通电后,会在列车和轨道之间形成行波磁场,如同波浪推动水面物体一样,推动磁浮列车沿轨道前进。

1.磁悬浮列车系统 磁悬浮列车主要由悬浮系统、推进系统和导向系统等三大部分组成,尽管可以使用与磁力无关的推进系统,但在绝大部分设计中,这三部分的功能均由磁力来完成。悬浮系统的设计可以分为两个方向,分别是德国所采用的常导型和日本所采用的超导型。从悬浮技术上讲就是电磁悬浮系统(EMS)和电力悬浮系统(EDS)。

(1)电磁悬浮系统(EMS)。电磁悬浮系统(EMS)是一种吸力悬浮系统,是结合在机车上的电磁铁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。

(2)电力悬浮系统(EDS)。电力悬浮系统(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。EDS 系统在低温超导技术下得到了更大的发展。

两种悬浮系统对比见表 5.3。

表5.3 电磁悬浮系统和电力悬浮系统对比分析

2.超导磁悬浮列车系统 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。超导磁悬浮列车系统构成如图 5.15。(www.xing528.com)

图5.15 超导磁悬浮列车系统构成

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。在地面导轨上安装有探测车辆位置的高精度仪器,根据探测仪传来的信息调整三相交流电的供流方式,精确地控制电磁波形以使列车能良好地运行。

(1)磁悬浮列车推进系统:磁悬浮列车的驱动运用同步直线电动机的原理。当作为定子的电枢线圈有电时,由于电磁感应而推动电机的转子转动。同样,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,由于电磁感应作用承载系统连同列车一起就像电机的“转子”一样被推动做直线运动。从而在悬浮状态下,列车可以完全实现非接触的牵引和制动。

(2)磁悬浮列车导向系统:导向系统是一种侧向力来保证悬浮的机车能够沿着导轨的方向运动。必要的推力与悬浮力相类似,也可以分为引力和斥力。在机车底板上的同一块电磁铁可以同时为导向系统和悬浮系统提供动力,也可以采用独立的导向系统电磁铁。

3.磁悬浮系统的特点 以常导中低速磁浮系统为例,通过电磁力实现列车在轨道上的悬浮和导向,由直线电机牵引列车沿轨道无接触运行,利用电磁体“同性相斥,异性相吸”的原理,以电磁力克服重力,使车体悬浮在轨道上面,并由直线电机牵引驱动,贴轨飞行。它具有轮轨高铁没有的特殊优势。磁浮系统的特点见表 5.4。

表5.4 磁浮系统的特点

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