第一節概述第八章磁懸浮鐵路劉建國一、磁懸浮鐵路

由于磁懸浮列車在軌道上靠磁力使之懸浮在空中，行走時不接觸地面，因此，其阻力只限于空氣的阻力，對線路的垂直負荷小，適于高速運行。第一節概述第八章磁懸浮鐵路劉建國二、超導的概念

1911年，荷蘭萊頓大學的物理學家卡茂林-昂尼斯意外地發現，將汞冷卻到-268.98°C時，汞的電阻突然消失；后來他又發現許多金屬和合金都具有與上述汞相類似的低溫下失去電阻的特性，由于它的特殊導電性能，卡茂林-昂尼斯稱之為超導態。卡茂林也由于這一重大發現而獲得了1913年的諾貝爾獎。并引起了世界性的震動。在他之后，人們開始把處于超導狀態的導體稱之為“超導體”。超導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。導體沒有了電阻，電流流經超導體時就不會發生熱損耗，電流可以毫無阻力地在導線中流動，從而產生超強磁場。

第二節磁懸浮鐵路的工作原理第八章磁懸浮鐵路劉建國一、磁懸浮鐵路的分類

(一)

常導吸引式(ElectroMagneticSuspension)，簡稱EMS型，也稱電磁懸浮型，是指采用常導磁鐵(即普通磁鐵)，導軌為導磁體，裝在車上的常導磁鐵勵磁后產生磁力吸向導軌，使車輛懸浮的磁懸浮列車。(二)超導排斥式(ElectroDynamicSuspension)，簡稱EDS型，也稱電動懸浮型，是指利用磁極同性相斥的原理，采用超導磁鐵，使車輛在軌道上浮起的磁懸浮列車。第二節磁懸浮鐵路的工作原理第八章磁懸浮鐵路劉建國二、工作原理

(一)懸浮原理常導磁吸式EMS型的磁懸浮列車，在T形梁翼底部為同步直線電機的定子，其下方為安裝在車體上的懸浮電磁鐵，該電磁鐵同時兼作同步直線電機的轉子。懸浮電磁鐵通電時產生磁場，成為電磁鐵，與直線電機定子的鐵心產生吸引力，把磁懸浮車往上拉向定子。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。超導磁斥式EDS型的磁懸浮列車，是在車輛底部安裝超導磁體(放在液態氦貯存槽內)，在軌道兩側鋪設一系列鋁環線圈。列車運行時，給車上線圈(超導磁體)通電流，產生強磁場，地上線圈(鋁環)與之相切割，在鋁環內產生感應電流。感應電流產生的磁場與車輛上超導磁體的磁場方向相反，兩個磁場產生排斥力。當排斥力大于車輛重量時，車輛就浮起。因此，超導磁斥式就是利用置于車輛上的超導磁體，與鋪設在軌道上無源線圈之間的相對運動來產生懸浮力，將車體抬起的

第二節磁懸浮鐵路的工作原理第八章磁懸浮鐵路劉建國二、工作原理(二)導向原理輪軌列車的導向是靠車輪緣與鋼軌之間的相互作用實現的，而磁懸浮列車是利用電磁力的作用來進行導向。1.常導磁吸式導向系統。它是在車輛側面安裝一組專門用于導向的電磁鐵。當車輛運行發生左右偏移時，車上的導向電磁鐵與導向軌的側面相互作用，產生一種排斥力，使車輛恢復到正常位置，并和導軌側面之間保持一定的間隙。當車輛的運行狀態發生變化時，例如：運行在曲線或坡道上時，控制系統通過控制導向磁鐵中的電流來保持這一側向間隙，從而達到控制列車運行方向的目的。德國TR系統采用的就是這種方式。第二節磁懸浮鐵路的工作原理第八章磁懸浮鐵路劉建國二、工作原理(二)導向原理

2.超導磁斥式導向系統。一般采用三種方式：(1)通過安裝在車輛上的機械導向裝置實現列車的導向。該裝置采用車輛上的側向導向輔助輪，使之與導軌側面相互作用(滾動摩擦)以產生復原力，使這種力與列車沿曲線運行時的側向力相平衡，從而使列車始終保持沿著導軌中心線運行。(2)安裝導向超導磁體在車輛上，使之與導軌側向的地面線圈或金屬帶產生磁斥力，并使該力與列車側向作用力相平衡，從而使列車始終保持正確的運行方向。該導向方式只要控制側向地面導向線圈中的電流，就可以使列車保持一定的側向間隙，并避免了機械摩擦(3)“零磁通量”導向系統。即沿線路中心線均勻鋪設“8”字形的封閉線圈，當列車上超導磁體位于該線圈的對稱中心線上時，線圈磁場為零；而當列車發生側向位移時，“8”字形的線圈內磁場不為零，并產生一個以平衡列車側向力的反作用力，使列車回到線路中心線的位置。第二節磁懸浮鐵路的工作原理第八章磁懸浮鐵路劉建國二、工作原理(三)牽引原理由于磁懸浮列車是懸浮在一定的高度，使車輪與導軌脫離，故不再是依靠它們之間的摩擦力產生牽引力使車輛前進了，而是采用一種叫做直線電機的牽引裝置作為列車的牽引動力。這種無接觸的牽引工作原理類似于轉動的同步電動機，只是它將旋轉的電機的定子切開，并且沿著線路方向展開，這樣，在定子上產生的就不再是一個旋轉的行波磁場，而是一個移動的行波磁場。列車的懸浮電磁鐵通電后，就成為電動機的轉子(勵磁磁極)。路軌上的定子中三相繞組產生的移動行波磁場，作用在車上的懸浮磁鐵(轉子)上，產生同步的電磁牽引力，引導磁懸浮列車前進或后退。同步直線電機驅動(如圖8-7所示)。調節定子供電的頻率與電壓，即可改變磁懸浮列車的運行速度。第二節磁懸浮鐵路的工作原理第八章磁懸浮鐵路劉建國二、工作原理(四)供電原理1.非接觸式的供電原理由于TR系統的磁懸浮列車運行時與軌道完全無接觸，其列車車載控制、照明、空調等設備的用電，以及導向電磁鐵和懸浮電磁鐵的供電，均來自車載電源(鎳鎘可充電電池組和整流設備)和直線發電機。車載電源的充電，在列車運行時是由直線發電機提供；停站時由車站的供電軌(列車到站后受流器與供電軌接觸)供電。直線發電機是將三相繞組固定放在懸浮磁鐵上。當列車運行時，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生感應交流電，(如圖8－8所示)，經整流后可供列車用電。這些高頻磁場分量因列車運行時慣性較大，對列車懸浮控制影響不大。第二節磁懸浮鐵路的工作原理第八章磁懸浮鐵路劉建國二、工作原理(四)供電原理2.同步直線電機定子的供電原理如前所述，TR系統的磁懸浮列車的動力和其他用電全部從同步直線電機定子上獲取。定子分段鋪設于線路上，且每段的長度不等，視列車在該段的運行速度、加速度、爬坡、轉彎等情況及車體長度而定，一般為300—2000m(如圖8－9所示)。定子線圈的供電來自沿線的變電站，一般變電站相隔在25—40km。兩個變電站之間只允許有一個列車運行，而且僅對列車所在的那一段定子供電，其他線路段則無電。

第二節磁懸浮鐵路的工作原理第八章磁懸浮鐵路劉建國二、工作原理(五)制動原理常導磁懸浮列車的正常制動方式均利用同步直線電機作為發電機進行控制。當列車高速運行時，采用再生制動方式，即直線電機的工作方式由牽引改為發電，將列車的動能轉化為電能回饋給電網，以降低列車速度。當列車速度較低時，再生制動改為電阻制動，即電能不再反饋給電網，而是消耗在變電站的特殊電阻上以熱的形式散發，當列車的速度很低時，直線電機改為反接制動，即電機的牽引方向與列車的運行方向相反，直到列車停止。當長定子供電產生故障導致直線電機制動失靈或需要緊急制動時，采用渦流制動方式。即車上的渦流制動磁鐵勵磁，使側向導軌上產生渦流，形成對列車的渦流制動力。第三節磁懸浮鐵路技術的發展第八章磁懸浮鐵路劉建國一、磁懸浮鐵路的車輛磁懸浮車輛的構造(如圖8-12所示)。圖(a)為倒T形導軌上的磁懸浮車輛；圖(b)為U形導軌上的磁懸浮車輛。但無論其結構和外形如何變化，磁懸浮車輛一般都由三大部分構成：第二節磁懸浮鐵路的工作原理第八章磁懸浮鐵路劉建國二、工作原理(五)制動原理常導磁懸浮列車的正常制動方式均利用同步直線電機作為發電機進行控制。當列車高速運行時，采用再生制動方式，即直線電機的工作方式由牽引改為發電，將列車的動能轉化為電能回饋給電網，以降低列車速度。當列車速度較低時，再生制動改為電阻制動，即電能不再反饋給電網，而是消耗在變電站的特殊電阻上以熱的形式散發，當列車的速度很低時，直線電機改為反接制動，即電機的牽引方向與列車的運行方向相反，直到列車停止。當長定子供電產生故障導致直線電機制動失靈或需要緊急制動時，采用渦流制動方式。即車上的渦流制動磁鐵勵磁，使側向導軌上產生渦流，形成對列車的渦流制動力。第二節磁懸浮鐵路的工作原理第八章磁懸浮鐵路劉建國二、工作原理(五)制動原理常導磁懸浮列車的正常制動方式均利用同步直線電機作為發電機進行控制。當列車高速運行時，采用再生制動方式，即直線電機的工作方式由牽引改為發電，將列車的動能轉化為電能回饋給電網，以降低列車速度。當列車速度較低時，再生制動改為電阻制動，即電能不再反饋給電網，而是消耗在變電站的特殊電阻上以熱的形式散發，當列車的速度很低時，直線電機改為反接制動，即電機的牽引方向與列車的運行方向相反，直到列車停止。當長定子供電產生故障導致直線電機制動失靈或需要緊急制動時，采用渦流制動方式。即車上的渦流制動磁鐵勵磁，使側向導軌上產生渦流，形成對列車的渦流制動力。第一節高速鐵路的產生及發展第八章磁懸浮鐵路劉建國一、高速鐵路的產生

火車的速度大大高于輪船和馬車，并以運量大、可靠性高、全天候等優點，使鐵路很快成為世界各國交通運輸的骨干，并形成了世界鐵路的“第一個發展期”，對當時社會經濟的發展與繁榮起到了很大的推動