第十一章第十一章 磁悬浮铁路磁悬浮铁路 11.1 磁悬浮铁路的发展概况磁悬浮铁路的发展概况11.2 磁浮系统的分类磁浮系统的分类11.3 磁浮列车的工作原理磁浮列车的工作原理11-1 磁悬浮铁路的发展概况磁悬浮铁路的发展概况 传统轮轨系统与磁浮系统的驱动原理比较传统轮轨系统与磁浮系统的驱动原理比较 1922年，德国人赫尔曼肯佩尔（Hermann Kemper）提出了电磁浮原理，并在1934年获得了磁浮技术的发明专利。20世纪60年代，高速轮轨系统铁路与磁浮系统铁路同时起步研究。目前投入研究的国家：德、日、美、英、法、加、前苏联、韩及中国等。德、日技术水平处于世界前列。德常导吸引型 ；日超导排斥型。11-1 磁悬浮铁路的发展概况磁悬浮铁路的发展概况中国：20世纪80年代初开始。1992年“磁悬浮列车关键技术”列入“八五”国家科技攻关计划。1994年西南交大研制4t载人磁悬浮列车。1995年国防科大研制6t载人磁悬浮列车。2001年长春客车厂生成我国第1辆磁悬浮列车；世界上第1台高温超导磁悬浮载人实验车“世纪号” 通过验收。2001年3月，上海磁悬浮项目正式开工建设。11-1 磁悬浮铁路的发展概况磁悬浮铁路的发展概况11-2 磁悬浮系统的分类磁悬浮系统的分类1 按电磁铁种类划分按电磁铁种类划分1) 常导吸引型Electro Magnetic Suspension，简称EMS型，或电磁悬浮型2) 超导排斥型Electro Dynamic Suspension ，简称EDS型，或电动悬浮型11-2 磁悬浮系统的分类磁悬浮系统的分类1 按电磁铁种类划分按电磁铁种类划分1) 常导吸引型线圈绕组使用普通材料。优点：结构简单、养护维修方便。缺点：线圈绕组中电阻较大。功率损失较大，线圈绕组容易发热，列车的运行速度受到一定的限制。应用：德国的运捷TR、日本的HSST及我国。11-2 磁悬浮系统的分类磁悬浮系统的分类1 按电磁铁种类划分按电磁铁种类划分2) 超导排斥型超导现象1911年荷兰科学家翁纳斯（Onnes）在测量低温下水银电阻率的时候发现， 当温度降到零下269度附近，水银的电阻竟然消失。11-2 磁悬浮系统的分类磁悬浮系统的分类1 按电磁铁种类划分按电磁铁种类划分2) 超导排斥型超导体的2个基本性质零电阻效应：电流无衰减，一旦在超导回路中激励起电流，不需要任何电源向回路补充能量，电流可以持续地存在下去。抗磁性：即磁场中的超导体只要处于超导态，则它内部产生的磁化强度与外磁场完全抵消，从而内部的磁感应强度为零。也就是说，磁力线完全被排斥在超导体外面。11-2 磁悬浮系统的分类磁悬浮系统的分类11-2 磁悬浮系统的分类磁悬浮系统的分类1 按电磁铁种类划分按电磁铁种类划分2) 超导排斥型线圈绕组使用超导材料。优点：磁场强大，工作效率高，列车悬浮高度高、速度快。缺点：超导磁铁结构复杂，体积庞大，要配置制冷装置。应用：日本的MLX；中国的“世纪号”11-2 磁悬浮系统的分类磁悬浮系统的分类1 按电磁铁种类划分按电磁铁种类划分2) 超导排斥型低温超导磁悬浮采用-269液氦冷却，日本的MLX；高温超导磁悬浮采用-192液氮冷却，中国的“世纪号”。2 按导轨结构形式划分按导轨结构形式划分 1）“T”形导轨2）“”形导轨3）“U”形导轨4）“一”形导轨11-2 磁悬浮系统的分类磁悬浮系统的分类T型导轨型导轨“U”形线路结构图形线路结构图 日本日本MLX01型磁浮列车型磁浮列车 中国中国“世纪号世纪号”磁浮实验车磁浮实验车 11-3 磁浮列车的工作原理磁浮列车的工作原理1 长定子同步直线电机推进的常导吸引型长定子同步直线电机推进的常导吸引型2 短定子感应直线电机推进的常导吸引短定子感应直线电机推进的常导吸引3 长定子同步直线电机推进的低温超导排斥型长定子同步直线电机推进的低温超导排斥型4 常导吸引型与超导排斥型的比较常导吸引型与超导排斥型的比较 11-3 磁浮列车的工作原理磁浮列车的工作原理以德国TR系列常导吸引型磁浮列车为例介绍1) 悬浮原理T型梁翼底部为同步直线电机的定子，其下方为安装在车体上的悬浮电磁铁。悬浮电磁铁通电时产生磁场，与直线电机定子的铁心产生吸引力，把磁浮车往上拉向定子。1 长定子同步直线电机推进的常导吸引型长定子同步直线电机推进的常导吸引型2) 导向原理列车的车体从两侧将T形轨道梁的翼缘围抱，T形梁翼缘两侧面为导向轨，安装在车体上的导向电磁铁通电后将与之产生吸引力。通过测量两侧导向电磁铁与导向轨之间的距离，并调节导向电磁铁的电流，控制列车位于轨道中间。11-3 磁浮列车的工作原理磁浮列车的工作原理3) 牵引原理靠长定子同步直线电机实现工作原理：类似于转动的同步电动机，只是将转动的电机的定子切开，并且沿着线路方向展开。在定子上产生的就不再是一个旋转的行波磁场，而是一个移动的行波磁场。11-3 磁浮列车的工作原理磁浮列车的工作原理4) 车上非接触供电的原理设置车载电源和直线发电机，为导向电磁铁、悬浮电磁铁、以及车载控制、照明、空调等供电。车载电源的充电，在列车运行时靠直线发电机，停站时靠车站的供电轨。 11-3 磁浮列车的工作原理磁浮列车的工作原理5) 同步直线电机定子的供电原理列车动力和其他用电从同步直线电机定子获取。定子分段铺设于线路上，一般为3002000m。定子线圈供电来自沿线的变电站，变电站一般相距2540km。根据该段线路的具体情况，确定该段直线电机的功率，再确定为该段线路供电变电站的功率与距离。 11-3 磁浮列车的工作原理磁浮列车的工作原理6) 制动原理正常制动利用同步直线电机作为发电机来控制。当列车高速运行时，采用再生制动方式；当列车速度较低时，再生制动改为电阻制动；当列车的速度很低时，直线电机改为反接制动，即电机的牵引方向与列车的运行方向相反，直到列车停止。11-3 磁浮列车的工作原理磁浮列车的工作原理7) 列车信号传输磁浮列车与地面的联系以无线通信方式进行。沿线路每隔大约300m有一根无线电杆，通过38 MHz的高频专用信道以安全编码方式与列车进行双向通信，传输所有与安全有关的数据及指令。与安全无关的信号（如语音）通过其他频道传输。11-3 磁浮列车的工作原理磁浮列车的工作原理以日本的HSST-100型为例介绍2 短定子感应直线电机推进的常导吸引型短定子感应直线电机推进的常导吸引型1-车上悬浮及导向电磁铁；2-路轨上导向轨及直线转子板；3-车上直线电机短定子绕组；4-车上发电系统。HSSTl00型短定子常导吸引型型短定子常导吸引型磁浮列车与路轨相互作用示意图磁浮列车与路轨相互作用示意图11-3 磁浮列车的工作原理磁浮列车的工作原理1) 悬浮与导向原理采用悬浮电磁铁与导向电磁铁合一的方法。 HSSTl00型磁浮列车悬浮与导向原理图型磁浮列车悬浮与导向原理图11-3 磁浮列车的工作原理磁浮列车的工作原理2) 牵引原理11-3 磁浮列车的工作原理磁浮列车的工作原理短定子直线电机的定子与转子短定子直线电机的定子与转子以日本的MLX01型为例介绍3 长定子同步直线电机推进的低温超导排斥型长定子同步直线电机推进的低温超导排斥型1-车上的悬浮导向及直线电机转子功能合一的超导电磁铁；2-路轨上的长定子绕组和悬浮、导向8字形绕组；3-辅助支撑车轮；4-横向支撑车轮。 MLX01低温超导排斥型磁浮列车低温超导排斥型磁浮列车与路轨相互作用示意图与路轨相互作用示意图 11-3 磁浮列车的工作原理磁浮列车的工作原理超导排斥型磁浮列车悬浮原理图超导排斥型磁浮列车悬浮原理图1) 悬浮原理11-3 磁浮列车的工作原理磁浮列车的工作原理超导排斥型磁浮列车导向原理图超导排斥型磁浮列车导向原理图2) 导向原理11-3 磁浮列车的工作原理磁浮列车的工作原理4 4 常导吸引型与超导排斥型的比较常导吸引型与超导排斥型的比较 项目项目常导吸引型常导吸引型（EMS）超导排斥型超导排斥型（EDS）悬浮高悬浮高度及度及控制稳控制稳定性定性10mm左右，控左右，控制不稳定制不稳定100mm以上，控以上，控制稳定制稳定悬浮能悬浮能耗耗能耗较小能耗较小基于超导涡流效基于超导涡流效应，能耗较大应，能耗较大推力推力励磁绕组极距小，励磁绕组极距小，相同供电条件下相同供电条件下高速时推力小高速时推力小由于超导绕组极由于超导绕组极距大，在高速时距大，在高速时推力大推力大外部停外部停电影响电影响外部停电时必须外部停电时必须靠蓄电池励磁悬靠蓄电池励磁悬浮，否则车辆会浮，否则车辆会突然落下来突然落下来只要车辆有速度，只要车辆有速度，外部停电时车辆外部停电时车辆不会突然落下来不会突然落下来低速时低速时运行运行不用车轮支撑系不用车轮支撑系统统必须有车轮支撑必须有车轮支撑系统，用于低速系统，用于低速时启动或制动时启动或制动车载励车载励磁电源磁电源必须具备必须具备不用具备不用具备车辆自车辆自重重较重，较重，TR-08型型1000座，座，492.8t超导绕组是空心超导绕组是空心的，自重轻，的，自重轻，MLX01型型950座，座，270t强磁场强磁场影响影响弱弱强强成本成本较高较高高高