交通運(yùn)輸工程學(xué)（第3版）課件 第十篇第2章 課件 磁懸浮交通

交通運(yùn)輸工程學(xué)

（第3版）教育部戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域“十三五”高等教育教材第十篇第二章磁懸浮交通磁懸浮交通定義與分類常導(dǎo)電磁懸浮型磁浮交通超導(dǎo)電動(dòng)懸浮型磁浮交通高溫超導(dǎo)釘扎懸浮型磁浮交通

一定義與分類利用磁力支承/導(dǎo)向/推進(jìn)列車的非接觸式軌道交通系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱為“磁浮交通”車軌之間的作用力是非接觸式分布力無(wú)脫軌風(fēng)險(xiǎn)，機(jī)械噪聲和環(huán)境振動(dòng)小速度可達(dá)600km/h以上，填補(bǔ)了高速列車和民航飛機(jī)之間的速度空白磁懸浮(MAGLEV)交通一定義與分類一定義與分類懸浮模式電磁懸浮型（EMS）電動(dòng)懸浮型（EDS）高溫超導(dǎo)釘扎懸浮型（SPL）超導(dǎo)EDS永磁EDS磁力類型電磁吸力電磁感應(yīng)斥力電磁感應(yīng)斥力磁通釘扎力懸浮高度8~10mm80~100mm50~100mm10~20mm懸浮穩(wěn)定性本質(zhì)不穩(wěn)定需主動(dòng)控制自穩(wěn)定自穩(wěn)定自穩(wěn)定車載磁體常導(dǎo)電磁鐵超導(dǎo)線圈磁體永磁體高溫超導(dǎo)塊材磁體運(yùn)用溫度常溫極低溫常溫極低溫地面導(dǎo)軌鐵軌鋁或銅制線圈鋁板或銅板永磁導(dǎo)軌起浮時(shí)列車速度0120~150km/h30~50km/h0縱向磁阻力小低速大，高速小低速大，高速小小適用速度范圍中低速，高速高速，超高速高速，超高速中低速，高速工程應(yīng)用情況(截至2024年)中、日、韓運(yùn)營(yíng)線在建日本中央新干線無(wú)無(wú)不同懸浮模式磁浮車輛及軌道技術(shù)特點(diǎn)二常導(dǎo)電磁懸浮型磁浮交通——電磁懸浮原理電磁懸浮導(dǎo)向原理利用電磁鐵與鐵軌之間的吸力將車輛抬起吸力與電流平方成正比，與間隙平方成反比通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電流改變磁力，維持10mm懸浮間隙PID懸浮控制算法比例環(huán)節(jié)根據(jù)間隙偏差調(diào)節(jié)電磁鐵電壓積分環(huán)節(jié)消除荷載變化導(dǎo)致的間隙靜態(tài)偏差微分環(huán)節(jié)根據(jù)間隙變化速度調(diào)節(jié)電磁鐵電壓二常導(dǎo)電磁懸浮型磁浮交通——電磁推進(jìn)原理電磁推進(jìn)技術(shù)原理長(zhǎng)定子直線同步電機(jī)LSM：定子安裝在軌道上，定子繞組通三相電流，勵(lì)磁懸浮電磁鐵為轉(zhuǎn)子，用于高速磁浮交通短定子直線感應(yīng)電機(jī)LIM：定子安裝在車輛上，地面鋁/銅板為轉(zhuǎn)子，用于中低速磁浮交通二常導(dǎo)電磁懸浮型磁浮交通——車輛與軌道結(jié)構(gòu)常導(dǎo)高速磁浮車輛結(jié)構(gòu)示意圖常導(dǎo)高速磁浮軌道結(jié)構(gòu)示意圖車輛底部?jī)蓚?cè)布滿電磁鐵，額定電流20~30A多個(gè)電磁鐵在縱向上能以折線方式通過(guò)曲線鏈?zhǔn)阶咝薪Y(jié)構(gòu)允許前后電磁鐵之間發(fā)生小范圍的垂向和橫向相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電磁鐵之間機(jī)械解耦車體和懸浮框之間橫向和縱向相對(duì)運(yùn)動(dòng)通過(guò)擺桿擺動(dòng)補(bǔ)償，空氣彈簧基本不承受橫向力磁浮列車“抱”軌運(yùn)行，大量采用了高架線路軌道功能件由定子鐵芯、導(dǎo)向板、滑行板及連接件組成，與電磁鐵一起實(shí)現(xiàn)懸浮/導(dǎo)向/驅(qū)動(dòng)功能軌道功能件沿縱向間隔布置，磁浮線路是有縫的定子面既是電磁鐵作用面，又是直線電機(jī)作用面，其安裝精度要求很高橋梁長(zhǎng)度必須是功能件單元長(zhǎng)度的整數(shù)倍，嚴(yán)格控制控制其豎向變形，確保列車穩(wěn)定舒適運(yùn)行三超導(dǎo)電動(dòng)懸浮型磁浮交通——懸浮與推進(jìn)原理電磁推進(jìn)原理恒定電流的超導(dǎo)磁體作為動(dòng)子在U型軌道的側(cè)壁安裝驅(qū)動(dòng)線圈（定子）驅(qū)動(dòng)線圈中通三相電流，產(chǎn)生行波磁場(chǎng)，與超導(dǎo)線圈(動(dòng)子)產(chǎn)生縱向力，驅(qū)動(dòng)列車前進(jìn)三相電流反相后，產(chǎn)生縱向制動(dòng)力電動(dòng)懸浮導(dǎo)向原理運(yùn)動(dòng)超導(dǎo)磁體使地面閉合線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流和感應(yīng)磁場(chǎng)，與超導(dǎo)磁體相互作用，為車輛提供懸浮力電動(dòng)磁力與列車速度成正比，理論上運(yùn)行速度越高，懸浮力越大，懸浮間隙也越大列車速度較低時(shí)，需要膠輪為車輛提供輔助支撐三超導(dǎo)電動(dòng)懸浮型磁浮交通——車輛與軌道結(jié)構(gòu)地面線圈與U型軌道軌道側(cè)壁梁和底座板分開(kāi)預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)組裝側(cè)壁梁采用無(wú)磁鋼筋混凝土制作懸浮導(dǎo)向線圈和驅(qū)動(dòng)線圈在工廠內(nèi)預(yù)先安裝成標(biāo)準(zhǔn)模組，與側(cè)壁梁預(yù)埋連接件相連超導(dǎo)電動(dòng)磁浮車輛磁體磁場(chǎng)強(qiáng)度可達(dá)4T，列車采用了鉸接式懸浮架懸浮架由超導(dǎo)磁體、構(gòu)架、二系懸掛系統(tǒng)、液氦制冷系統(tǒng)、輔助支承導(dǎo)向系統(tǒng)等組成超導(dǎo)磁體含4個(gè)超導(dǎo)線圈，相鄰線圈的極性相反，配備超低溫維持系統(tǒng)四高溫超導(dǎo)釘扎懸浮型磁浮交通——懸浮原理

使用非理想第二類高溫超導(dǎo)體，人為通過(guò)加工變形、熱處理、摻雜等方式造成材料的不均勻性，這些異常區(qū)形成的位能勢(shì)阱，能制止超導(dǎo)體內(nèi)部的磁通渦旋線移動(dòng)，對(duì)穿透的磁通線進(jìn)行“束縛”，這種現(xiàn)象被稱為磁通釘扎。高溫超導(dǎo)體在外磁場(chǎng)中的磁通釘扎力既能表現(xiàn)為吸力，也能表現(xiàn)為斥力

與常規(guī)導(dǎo)體不同，高溫超導(dǎo)體的電阻近似為零，阻礙外磁場(chǎng)變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電流會(huì)在超導(dǎo)體內(nèi)一直循環(huán)下去，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與軌道磁場(chǎng)方向相反，產(chǎn)生懸浮力平衡懸浮體重量，并提供橫向穩(wěn)定所需的導(dǎo)向力，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定懸浮四高溫超導(dǎo)釘扎懸浮型磁浮交通——車輛與軌道結(jié)構(gòu)

高溫超導(dǎo)釘扎懸浮車輛的承載能力與永磁導(dǎo)軌上方的磁場(chǎng)強(qiáng)度和梯度有關(guān)，早期研究中永磁導(dǎo)軌上下具有對(duì)稱的磁場(chǎng)分布，車輛懸浮導(dǎo)向僅利用了其上部