精選文庫 大學物理論文院系：信息電子技術學院班級：電氣工程及其自動化3班姓名&學號： 何世祺高沖超導磁懸浮列車 信息電子技術學院電氣工程及其自動化3班何世坦祺高沖要：超導磁懸浮列車是利用超導磁體使車體上浮，通過周期性地變換磁極方向而獲取推進動力的列車。超導磁浮列車除速度快之外，還具有無噪音、無震動、省能源的特點，有望成為21世紀交通工具的主力。關鍵詞：超導磁懸浮列車引言：磁懸浮列車是一種靠磁懸浮力（即磁的吸力和排斥力）來推動的列車。由于其軌道的磁力使之懸浮在空中，行走時不需接觸地面，因此只受來自空氣的阻力。磁懸浮列車的最高速度可達每小時500公里以上，比輪軌高速列車的300多公里還要快。磁懸浮技術的研究源于德國，早在1922年，德國工程師赫爾曼肯佩爾就提出了電磁懸浮原理，并于1934年申請了磁懸浮列車的專利。1970年以后，隨著世界工業化國家經濟實力的不斷加強，為提高交通運輸能力以適應其經濟發展的需要，德國、日本等發達國家以及中國都相繼開始籌劃進行磁懸浮運輸系統的開發。原理：把一塊磁鐵放在超導盤上，由于超導盤把磁感應線排斥出去， 超導盤跟磁鐵之間有排斥力，結果磁鐵懸浮在超導盤的上方。這種超導懸浮在工程技術中是可以大大利用的， 超導懸浮列車就是一例。讓列車懸浮起來，與軌道脫離接觸，這樣列車在運行時的阻力降低很多，沿軌道“飛行”的速度可達500公里/小時。高溫超導體發現以后，超導態可以在液氮溫區(零下196度以上)出現，超導懸浮的裝置更為簡單， 成本也大為降低。我國的西南交通大學于1994年成功地研制了高溫超導懸浮實驗車。1911年荷蘭科學家翁納斯在測量低溫下水銀電阻率的時候發現， 當溫度降到零下269度附近， 水銀的電阻竟然消失了！圖1復制了當時的實驗曲線。電阻的消失叫做零電阻性。所謂“電阻消失”，只是說電阻小于儀表的最小可測電阻。也許有人會產生疑問：如果儀表的靈敏度進一步提高，會不會測出電阻呢？用“持久電流”實驗可以解決這個問題。由正常導體組成的回路是有電阻的，而電阻意味著電能的損耗，即電能轉化為熱。這樣， 如果沒有電源不斷地向回路補充能量，回路中的電能在極短時間( 以微秒計)里全部消耗完，電流衰減到零。如果回路沒有電阻，自然就沒有電能的損耗。一旦在回路中激勵起電流，不需要任何電源向回路補充能量，電流可以持續地存在下去。 工作原理磁懸浮列車利用“同極相斥，異極相吸”的原理，讓磁鐵具有抗拒地心引力的能力，使車體完全脫離軌道，懸浮在距離軌道約1厘米處，騰空行駛，創造了近乎“零高度”空間飛行的奇跡。日本JR磁懸浮MLX01-2實驗車由于磁鐵有同性相斥和異性相吸兩種形式，故磁懸浮列車也有兩種相應的形式：一種是利用磁鐵同性相斥原理而設計的電磁運行系統的磁懸浮列車，它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之間所產生的相斥力，使車體懸浮運行的鐵路；另一種則是利用磁鐵異性相吸原理而設計的電動力運行系統的磁懸浮列車，它是在車體底部及兩側倒轉向上的頂部安裝磁鐵，在T形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1015毫米的間隙，并使導軌鋼板的排斥力與車輛的重力平衡，從而使車體懸浮于車道的導軌面上運行。 種類: 1.常導磁吸式(EMS) 利用裝在車輛兩側轉向架上的常導電磁鐵(懸浮電磁鐵)和鋪設在線路導軌上的磁鐵，在磁場作用下產生的吸引力使車輛浮起。車輛和軌面之間的間隙與吸引力的大小成反比。為了保證這種懸浮的可靠性和列車運行的平穩，使直線電機有較高的功率， 必須精確地控制電磁鐵中的電流，使磁場保持穩定的強度和懸浮力，使車體與導軌之間保持大約 10mm的間隙。通常采用測量間隙用的氣隙傳感器來進行系統的反饋控制。這種懸浮方式不需要設置專用的著地支撐裝置和輔助的著地車輪，對控制系統的要求也可以稍低一些。2.超導磁斥式日本磁懸浮鐵路ML系統使用低溫超導技術。它用液氮作為冷凍液，當線圈繞組達到-269攝氏度的溫度時車載線圈繞組即進入超導狀態。為了提高磁懸浮車輛上超導材料的穩定性，日本使用鈮鈦合金作為線圈繞組材料。日本超導磁懸浮系統的懸浮力來自于車輛兩側。在導軌兩側的側壁上，排列著一組組的導向繞組。當車輛高速通過時，車輛上的超導磁場會在導軌側壁的懸浮繞組中產生感應電流和感應磁場。控制每組懸浮繞組上側的磁場極性與車輛超導磁場的極性相反從而產生引力，下側極性與超導磁場極性相同同而產生斥力，使得車輛懸浮起來。由于導軌產生的懸浮磁場為感應磁場，列車運行速度越高則懸浮力越大。當列車運行速度低于120km/h之后，所產生的懸浮力較小，不足以支撐車輛懸浮。故當運行速度低于120km/h時，日本的超導磁懸浮車輛需依靠安裝在轉向架底部的車輪支撐行駛。懸浮列車前行的原理:磁懸浮列車的高速前進也是利用電磁體間的磁力完成的。簡單的講就是，在位于軌道兩側的線圈里流動的交流電，能將線圈變為電磁鐵。由于它 與列車上的超導電磁體的相互作用，就使列車開動起來。列車前進是因為列車頭部的電磁體（N極）被安裝在靠前一點的軌道上的電磁體（S極）所吸引，并且同時又被安裝在軌道上稍后一點的電磁體（N極）所排斥。當列車前進時，在線圈里流動的電流流向就反轉過來了。其結果就是原來那個S極線圈，現在變為N極線圈了，反之亦然。這樣，列車由于電磁極性的轉換而得以持續向前奔馳。根據車速，通過電能轉換器調整在線圈里流動的交流電的頻率和電壓。具體地講超導磁懸浮列車的車輛上裝有車載超導磁體并構成感應動力集成設備，而列車的驅動繞組和懸浮導向繞組均安裝在地面導軌兩側，車輛上的感應動力集成設備由動力集成繞組、感應動力集成超導磁鐵和懸浮導向超導磁鐵三部分組成。當向軌道兩側的驅動繞組提供與車輛速度頻率相一致的三相交流電時，就會產生一個移動的電磁場，因而在列車導軌上產生磁波，這時列車上的車載超導磁體就會受到一個與移動磁場相同步的推力，正是這種推力推動列車前進。其原理就像沖浪運動一樣，沖浪者是站在波浪的頂峰并由波浪推動他快速前進的。與沖浪者所面對的難題相同，超導磁懸浮列車要處理的也是如何才能準確地駕馭在移動電磁波的頂峰運動的問題。為此，在地面導軌上安裝有探測車輛位置的高精度儀器，根據探測儀傳來的信息調整三相交流電的供流方式，精確地控制電磁波形以使列車能良好地運行。同時，列車的穩定由導向系統來控制。“常導型磁吸式”導向系統，是在列車側面安裝一組專門用于導向的電磁鐵。列車發生左右偏移時，列車上的導向電磁鐵與導向軌的側面相互作用，產生排斥力，使車輛恢復正常位置。列車如運行在曲線或坡道上時，控制系統通過對導向磁鐵中的電流進行控制，達到控制運行目的。總結：作為一種新型高速交通類工