大學(xué)物理論文

精選文庫 大學(xué)物理論文院系：信息電子技術(shù)學(xué)院班級(jí)：電氣工程及其自動(dòng)化3班姓名&學(xué)號(hào)： 何世祺高沖超導(dǎo)磁懸浮列車 信息電子技術(shù)學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化3班何世坦祺高沖要：超導(dǎo)磁懸浮列車是利用超導(dǎo)磁體使車體上浮，通過周期性地變換磁極方向而獲取推進(jìn)動(dòng)力的列車。超導(dǎo)磁浮列車除速度快之外，還具有無噪音、無震動(dòng)、省能源的特點(diǎn)，有望成為21世紀(jì)交通工具的主力。關(guān)鍵詞：超導(dǎo)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(dòng)的列車。由于其軌道的磁力使之懸浮在空中，行走時(shí)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(dá)每小時(shí)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(shù)的研究源于德國(guó)，早在1922年，德國(guó)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(qǐng)了磁懸浮列車的專利。1970年以后，隨著世界工業(yè)化國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷加強(qiáng)，為提高交通運(yùn)輸能力以適應(yīng)其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家以及中國(guó)都相繼開始籌劃進(jìn)行磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)的開發(fā)。原理：把一塊磁鐵放在超導(dǎo)盤上，由于超導(dǎo)盤把磁感應(yīng)線排斥出去， 超導(dǎo)盤跟磁鐵之間有排斥力，結(jié)果磁鐵懸浮在超導(dǎo)盤的上方。這種超導(dǎo)懸浮在工程技術(shù)中是可以大大利用的， 超導(dǎo)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(yùn)行時(shí)的阻力降低很多，沿軌道“飛行”的速度可達(dá)500公里/小時(shí)。高溫超導(dǎo)體發(fā)現(xiàn)以后，超導(dǎo)態(tài)可以在液氮溫區(qū)(零下196度以上)出現(xiàn)，超導(dǎo)懸浮的裝置更為簡(jiǎn)單， 成本也大為降低。我國(guó)的西南交通大學(xué)于1994年成功地研制了高溫超導(dǎo)懸浮實(shí)驗(yàn)車。1911年荷蘭科學(xué)家翁納斯在測(cè)量低溫下水銀電阻率的時(shí)候發(fā)現(xiàn)， 當(dāng)溫度降到零下269度附近， 水銀的電阻竟然消失了！圖1復(fù)制了當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)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(cè)電阻。也許有人會(huì)產(chǎn)生疑問：如果儀表的靈敏度進(jìn)一步提高，會(huì)不會(huì)測(cè)出電阻呢？用“持久電流”實(shí)驗(yàn)可以解決這個(gè)問題。由正常導(dǎo)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(zhuǎn)化為熱。這樣， 如果沒有電源不斷地向回路補(bǔ)充能量，回路中的電能在極短時(shí)間( 以微秒計(jì))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(lì)起電流，不需要任何電源向回路補(bǔ)充能量，電流可以持續(xù)地存在下去。 工作原理磁懸浮列車?yán)谩巴瑯O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(chuàng)造了近乎“零高度”空間飛行的奇跡。日本JR磁懸浮MLX01-2實(shí)驗(yàn)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(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)體電磁鐵形成的磁場(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，控制電磁鐵的電流，使電磁鐵和導(dǎo)軌間保持1015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。 種類: 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進(jìn)行系統(tǒng)的反饋控制。這種懸浮方式不需要設(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)?？刂泼拷M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。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。懸浮列車前行的原理: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。列車前進(jìn)是因?yàn)榱熊囶^部的電磁體（N極）被安裝在靠前一點(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)過來了。其結(jié)果就是原來那個(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)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)來控制?！俺?dǎo)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。總結(jié)：作為一種新型高速交通類工