第4章電力與電氣工程技術(shù)4 2 7磁懸浮交通系統(tǒng)

電氣工程學(xué)院

吳命利范瑜教授第四章交通運(yùn)輸電氣技術(shù)4.2.7磁懸浮交通系統(tǒng)（1）磁懸浮交通系統(tǒng)的分類磁懸浮列車高速磁懸浮電磁式懸浮，長(zhǎng)定子常導(dǎo)直線同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)式懸浮，

長(zhǎng)定子超導(dǎo)

直線同步電

動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)中低速磁懸浮電磁式懸浮，

常導(dǎo)短定子

直線感應(yīng)電

動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)永磁（半）懸浮，常導(dǎo)短定子直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)磁懸浮列車還有其他一些類型，上述分類只針對(duì)已經(jīng)商業(yè)運(yùn)營(yíng)或已有1:1樣車及試驗(yàn)線的磁懸浮交通系統(tǒng)。23上海高速磁懸?。姶攀?，運(yùn)營(yíng)）日本高速磁懸?。妱?dòng)式，試驗(yàn)）日本中低速磁懸?。姶攀?，運(yùn)營(yíng)）德國(guó)中低速磁懸?。ㄓ来攀?，拆除）（2）中低速電磁式磁懸浮列車中國(guó)首條自主設(shè)計(jì)制造的中低速磁浮線路——長(zhǎng)沙磁浮線路，2016年試運(yùn)營(yíng)。北京中低速磁浮列車S1線“玲龍?zhí)枴保?016年12月下線。5磁浮球系統(tǒng)：根據(jù)恩紹（Earnshaw）定律，僅僅依靠電磁鐵或永久磁鐵，不可能與另一鐵磁或永磁體產(chǎn)生穩(wěn)定的磁懸浮。但可以通過(guò)反饋控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。電磁鐵驅(qū)動(dòng)

控制器器傳感器傳感器將鐵球與電磁鐵間隙大小的信號(hào)傳遞給控制器，控制器鐵球調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的電流大小，使電磁鐵的吸力得到調(diào)節(jié)，鐵球穩(wěn)定懸浮。電磁式（吸力型）磁懸浮原理傳感器電磁鐵軌道梁下方裝有槽鋼（F軌）電磁鐵通電后與鋼板互相吸引列車推進(jìn)采用短定子直線感應(yīng)電機(jī)，F(xiàn)軌上面鋪設(shè)鋁反應(yīng)板車輛裝有帶電磁鐵的“兩臂”控制系統(tǒng)根據(jù)間隙控制電磁鐵電流的大小，以保持穩(wěn)定懸浮導(dǎo)向可由磁力線“對(duì)中效應(yīng)”產(chǎn)生中低速電磁式磁懸浮列車原理上部槽鋼的與U型電磁鐵對(duì)準(zhǔn)時(shí)磁阻最小。當(dāng)車輛偏離中線時(shí)，為達(dá)到磁阻最小，下部磁鐵與槽鋼會(huì)有較大的水平（拉回）分力，起到導(dǎo)向作用。垂直分量水平分量磁力線1、為節(jié)省材料，驅(qū)動(dòng)用的直線感應(yīng)電機(jī)定子（鐵心與繞組）在車上（短）；直線感應(yīng)電機(jī)的反應(yīng)板（鋁板與槽鋼復(fù)合）安裝在軌道上（長(zhǎng)）。中低速電磁式磁懸浮列車的特點(diǎn)2、由于車上的定子需要供電，所以一般用接觸式受流系統(tǒng)（接觸軌+集電器）。93、磁懸浮系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相互獨(dú)立。4、因運(yùn)行速度較低（一般<100km/h），磁浮的水平分力即可起到對(duì)中作用，所以無(wú)須專門的導(dǎo)向控制系統(tǒng)。10（3）高速電磁式磁懸浮列車直線感應(yīng)電機(jī)雖然成本低，但功率因數(shù)與效率差，且對(duì)氣隙敏感，因此，高速磁懸浮一般采用功率因數(shù)與效率高的直線同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)。上海磁懸浮懸浮原理與常導(dǎo)直線感應(yīng)電機(jī)磁懸浮類似，但推進(jìn)同步直線電機(jī)在軌道梁上，并與懸浮系統(tǒng)一體化。高速電磁式磁懸浮列車的原理直線同步電機(jī)的推進(jìn)、懸浮一體化高速電磁式磁懸浮列車的特點(diǎn)1234同步電機(jī)的定子與磁極（動(dòng)子）在車同步電機(jī)動(dòng)子磁極需要單獨(dú)的導(dǎo)向控磁極都需要供電，上，雖然功率小且是直流電磁鐵，因制系統(tǒng)。但定子功率大電壓為直流，可由車載此可以兼做懸浮磁高，且需要三相交電池供電，但電池鐵，不需要獨(dú)立的流變頻電源，因此不能持久供電，需磁懸浮系統(tǒng)。一般安裝在在軌道要由同步直線電機(jī)梁上（長(zhǎng)定子），上附加的齒諧波發(fā)可解決高速接觸軌電機(jī)“無(wú)線”充電供電的技術(shù)困難。。（4）高速電動(dòng)式磁懸浮列車電磁式磁懸浮的懸浮高度僅為10mm左右，高速運(yùn)行時(shí)對(duì)反饋控制系統(tǒng)的要求非常高，而加大氣隙則能耗過(guò)大。為解決這個(gè)問(wèn)題，提出了采用超導(dǎo)電機(jī)的高速磁懸浮列車方案。車上的磁極線圈采用了低溫超導(dǎo)體，不需要很大的外部電源，又可以減小線圈尺寸。這個(gè)勵(lì)磁線圈同時(shí)起懸浮電磁鐵、同步電機(jī)磁極、導(dǎo)向線圈的作用。高速電動(dòng)式磁懸浮列車原理懸浮與導(dǎo)向線圈定子推進(jìn)線圈軌道梁側(cè)壁車輪支撐軌道18S超導(dǎo)磁鐵NS超導(dǎo)磁鐵的N極接近一個(gè)

8字線圈時(shí)，根據(jù)楞次定律，下環(huán)將感應(yīng)出一個(gè)N極磁場(chǎng)，抵抗磁通變化，根據(jù)下環(huán)電流方向，上環(huán)將產(chǎn)生一個(gè)S極磁場(chǎng)。下推上拉，產(chǎn)生磁懸浮。超導(dǎo)磁鐵NS利用8字線圈產(chǎn)生電動(dòng)式磁懸浮8字線圈導(dǎo)軌側(cè)墻有8字形懸浮線圈與三相繞組車輛兩側(cè)有超導(dǎo)電磁鐵三相繞組與車輛電磁鐵作用高速前進(jìn)8字線圈內(nèi)感應(yīng)出電流形成磁場(chǎng)，將超導(dǎo)線圈推拉上浮，同時(shí)可起到導(dǎo)向作用懸浮力需要車運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，故稱為“電動(dòng)式”磁懸浮高速電動(dòng)式磁懸浮列車的特點(diǎn)1、由于采用了超導(dǎo)電機(jī)，不僅車輛與軌道之間的氣隙大、節(jié)能、車輛輕，而且可以省去長(zhǎng)定子的鐵心。3、“8字線圈”不僅可以產(chǎn)生懸浮作用，還有對(duì)中作用，因此不需要獨(dú)立的導(dǎo)向控制系統(tǒng)。2、由于電動(dòng)式磁懸浮是自穩(wěn)定的，故不需要復(fù)雜的反饋控制系統(tǒng)。4、列車只有高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生磁懸浮，靜止和低速時(shí)不能懸浮，因此需要像飛機(jī)起落架一樣的車輪。（5）永磁式磁懸浮列車根據(jù)恩紹定律，完全采用永久磁鐵，不能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電磁式磁懸浮。但如果借助機(jī)械限位輪，可實(shí)現(xiàn)“半磁懸浮”，如前東德柏林的半磁浮列車M-Bahn。限位輪永磁式磁懸浮列車原理永磁式磁懸浮列車的特點(diǎn)特點(diǎn)—永磁同步電機(jī)兼懸浮與推進(jìn)作用，類似常導(dǎo)電磁式長(zhǎng)定子方案，但不能采用反饋控制，載客量受限。二三動(dòng)子是永磁，不僅用于懸浮，還用做直線永磁推進(jìn)電機(jī)的磁極，比較節(jié)能。由于限位輪存在摩擦，車速不能太高，而且永磁磁極吸附鐵磁物質(zhì)難以清除