磁懸浮列車的原理分析

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1、物理小論文專業(yè)：姓名：學號：班號：日期：2013年12月17日磁懸浮列車的原理分析摘要：本學期學習了電磁學的很多知識，磁懸浮列車便是磁學部分在生活中的主要應用。所以這個小論文介紹磁懸浮列車的原理。本文主要分為兩個部分，第一部分分析磁懸浮列車懸浮的原理、后一部分介紹磁懸浮列車前行的原理。關鍵字：磁懸浮，懸浮原理，前行原理，懸浮列車。磁懸浮列車是一種采用無接觸的電磁懸浮、導向和驅(qū)動系統(tǒng)的磁懸浮高速列車系統(tǒng)。它的時速可達到500公里以上，是當今世界最快的地面客運交通工具，有速度快、爬坡能力強、能耗低運行時噪音小、安全舒適、不燃油，污染少等優(yōu)點。并且它采用采用高架方式，占用的耕地很

2、少。那么，磁懸浮列車的工作原理是怎樣的呢？一．懸浮列車懸浮的原理列車之所以能夠懸浮在軌道上方做簡單說明: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(tǒng)的磁懸浮列車，它利用車上超導電磁鐵形成的磁場與軌道上線圈形成的磁場之間所產(chǎn)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(tǒng)的磁懸浮列車，它是在車體底部及兩側倒轉(zhuǎn)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10—15毫米的間隙，并使導軌鋼板的排斥力與車輛的重

3、力平衡，從而使車體懸浮于車道的導軌面上運行。1.常導磁吸式(EMS)利用裝在車輛兩側轉(zhuǎn)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(chǎn)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(wěn)，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(wěn)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)使用低溫超導技

4、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(tài)。為了提高磁懸浮車輛上超導材料的穩(wěn)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(tǒng)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(chǎn)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(chǎn)生引力，下側極性與超導磁場極性相同同而產(chǎn)生斥力，使得車輛懸浮起來。由于導軌產(chǎn)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(chǎn)生的懸浮力較小，不足

5、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(zhuǎn)向架底部的車輪支撐行駛。二．懸浮列車前行的原理其次，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?yōu)殡姶盆F。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(zhuǎn)過來了。其結果就是原來那個S極線圈，現(xiàn)在變?yōu)镹極線圈了，反之亦然。這樣，列車由于電磁

6、極性的轉(zhuǎn)換而得以持續(xù)向前奔馳。根據(jù)車速，通過電能轉(zhuǎn)換器調(diào)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(qū)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(qū)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(chǎn)生一個移動的電磁場，因而在列車導軌上產(chǎn)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

7、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(jù)探測儀傳來的信息調(diào)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(wěn)定由導向系統(tǒng)來控制?！俺痛盼健睂蛳到y(tǒng)，是在列車側面安裝一組專門用于導向的電磁鐵。列車發(fā)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(chǎn)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(tǒng)通過對導向磁鐵中的電流進行控制，達到控制運行目的。參考文