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(xué)號(hào)：班號(hào)：日期：2013年12月17日磁懸浮列車的原理分析摘要：本學(xué)期學(xué)習(xí)了電磁學(xué)的很多知識(shí)，磁懸浮列車便是磁學(xué)部分在生活中的主要應(yīng)用。所以這個(gè)小論文介紹磁懸浮列車的原理。本文主要分為兩個(gè)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(guān)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(wú)接觸的電磁懸浮、導(dǎo)向和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的磁懸浮高速列車系統(tǒng)。它的時(shí)速可達(dá)到500公里以上，是當(dāng)今世界最快的地面客運(yùn)交通工具，有速度快、爬坡能力強(qiáng)、能耗低運(yùn)行時(shí)噪音小、安全舒適、不燃油，污染少

2、等優(yōu)點(diǎn)。并且它采用采用高架方式，占用的耕地很少。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(jiǎn)單說(shuō)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(yīng)的形式：一種是利用磁鐵同性相斥原理而設(shè)計(jì)的電磁運(yùn)行系統(tǒng)的磁懸浮列車，它利用車上超導(dǎo)電磁鐵形成的磁場(chǎng)與軌道上線圈形成的磁場(chǎng)之間所產(chǎn)生的相斥力，使車體懸浮運(yùn)行的鐵路；另一種則是利用磁鐵異性相吸原理而設(shè)計(jì)的電動(dòng)力運(yùn)行系統(tǒng)的磁懸浮列車，它是在車體底部及兩側(cè)倒轉(zhuǎn)向上的頂部安裝磁鐵，在T形導(dǎo)軌的上方和伸臂部分下方分別設(shè)反作用板和感應(yīng)鋼板，控

3、制電磁鐵的電流，使電磁鐵和導(dǎo)軌間保持10—15毫米的間隙，并使導(dǎo)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(dǎo)軌面上運(yùn)行。1.常導(dǎo)磁吸式(EMS)利用裝在車輛兩側(cè)轉(zhuǎn)向架上的常導(dǎo)電磁鐵(懸浮電磁鐵)和鋪設(shè)在線路導(dǎo)軌上的磁鐵，在磁場(chǎng)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(yùn)行的平穩(wěn)，使直線電機(jī)有較高的功率，必須精確地控制電磁鐵中的電流，使磁場(chǎng)保持穩(wěn)定的強(qiáng)度和懸浮力，使車體與導(dǎo)軌之間保持大約10mm的間隙。通常采用測(cè)量間隙用的氣隙傳感器來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的反饋控制。這種懸浮

4、方式不需要設(shè)置專用的著地支撐裝置和輔助的著地車輪，對(duì)控制系統(tǒng)的要求也可以稍低一些。2.超導(dǎo)磁斥式日本磁懸浮鐵路ML系統(tǒng)使用低溫超導(dǎo)技術(shù)。它用液氮作為冷凍液，當(dāng)線圈繞組達(dá)到-269攝氏度的溫度時(shí)車載線圈繞組即進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)。為了提高磁懸浮車輛上超導(dǎo)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(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)的懸浮力來(lái)自于車輛兩側(cè)。在導(dǎo)軌兩側(cè)的側(cè)壁上，排列著一組組的導(dǎo)向繞組。當(dāng)車輛高速通過(guò)時(shí)，車輛上的超導(dǎo)磁場(chǎng)會(huì)在導(dǎo)軌側(cè)壁的懸浮繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流和感應(yīng)磁場(chǎng)。控制每組懸浮繞組上側(cè)的磁場(chǎng)極性與車輛超導(dǎo)磁場(chǎng)的極性相反從而產(chǎn)生引力，下側(cè)極性

5、與超導(dǎo)磁場(chǎng)極性相同同而產(chǎn)生斥力，使得車輛懸浮起來(lái)。由于導(dǎo)軌產(chǎn)生的懸浮磁場(chǎng)為感應(yīng)磁場(chǎng)，列車運(yùn)行速度越高則懸浮力越大。當(dāng)列車運(yùn)行速度低于120km/h之后，所產(chǎn)生的懸浮力較小，不足以支撐車輛懸浮。故當(dāng)運(yùn)行速度低于120km/h時(shí)，日本的超導(dǎo)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(jìn)也是利用電磁體間的磁力完成的。簡(jiǎn)單的講就是，在位于軌道兩側(cè)的線圈里流動(dòng)的交流電，能將線圈變?yōu)殡姶盆F。由于它與列車上的超導(dǎo)電磁體的相互作用，就使列車開動(dòng)起來(lái)。列車前進(jìn)是因?yàn)榱熊囶^部的電磁體（N極）被安裝在靠

6、前一點(diǎn)的軌道上的電磁體（S極）所吸引，并且同時(shí)又被安裝在軌道上稍后一點(diǎn)的電磁體（N極）所排斥。當(dāng)列車前進(jìn)時(shí)，在線圈里流動(dòng)的電流流向就反轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)了。其結(jié)果就是原來(lái)那個(gè)S極線圈，現(xiàn)在變?yōu)镹極線圈了，反之亦然。這樣，列車由于電磁極性的轉(zhuǎn)換而得以持續(xù)向前奔馳。根據(jù)車速，通過(guò)電能轉(zhuǎn)換器調(diào)整在線圈里流動(dòng)的交流電的頻率和電壓。具體地講超導(dǎo)磁懸浮列車的車輛上裝有車載超導(dǎo)磁體并構(gòu)成感應(yīng)動(dòng)力集成設(shè)備，而列車的驅(qū)動(dòng)繞組和懸浮導(dǎo)向繞組均安裝在地面導(dǎo)軌兩側(cè)，車輛上的感應(yīng)動(dòng)力集成設(shè)備由動(dòng)力集成繞組、感應(yīng)動(dòng)力集成超導(dǎo)磁鐵和懸浮導(dǎo)向超導(dǎo)磁鐵三部分組成。當(dāng)向軌道兩側(cè)

7、的驅(qū)動(dòng)繞組提供與車輛速度頻率相一致的三相交流電時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)移動(dòng)的電磁場(chǎng)，因而在列車導(dǎo)軌上產(chǎn)生磁波，這時(shí)列車上的車載超導(dǎo)磁體就會(huì)受到一個(gè)與移動(dòng)磁場(chǎng)相同步的推力，正是這種推力推動(dòng)列車前進(jìn)。其原理就像沖浪運(yùn)動(dòng)一樣，沖浪者是站在波浪的頂峰并由波浪推動(dòng)他快速前進(jìn)的。與沖浪者所面對(duì)的難題相同，超導(dǎo)磁懸浮列車要處理的也是如何才能準(zhǔn)確地駕馭在移動(dòng)電磁波的頂峰運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題。為此，在地面導(dǎo)軌上安裝有探測(cè)車輛位置的高精度儀器，根據(jù)探測(cè)儀傳來(lái)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(yùn)行。同時(shí)，列車的穩(wěn)定由導(dǎo)向系統(tǒng)來(lái)控制。“常導(dǎo)

8、型磁吸式”導(dǎo)向系統(tǒng)，是在列車側(cè)面安裝一組專門用于導(dǎo)向的電磁鐵。列車發(fā)生左右偏移時(shí)，列車上的導(dǎo)向電磁鐵與導(dǎo)向軌的側(cè)面相互作用，產(chǎn)生排斥力，使車輛恢復(fù)正常位置。列車如運(yùn)行在曲線或坡道上時(shí)，控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)導(dǎo)向磁鐵中的電流進(jìn)行控制，達(dá)到控制運(yùn)行目的。參考文