《軌道交通車輛新技術(shù)》課件 5-2-1探究超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)

日本技術(shù)引領(lǐng)全球革新超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)01超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)的應(yīng)用02日本超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)CONTENTS超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)的應(yīng)用超導(dǎo)磁浮原理將一塊磁鐵放在超導(dǎo)盤上，由于超導(dǎo)盤的排斥力，磁鐵懸浮在超導(dǎo)盤的上方。磁鐵與超導(dǎo)盤超導(dǎo)懸浮在工程技術(shù)中可以被大大利用，超導(dǎo)懸浮列車就是一例。超導(dǎo)懸浮列車使列車懸浮起來(lái)，與軌道脫離接觸，這樣列車在運(yùn)行時(shí)的阻力降低很多。懸浮列車的作用沿軌道“飛行”的速度可達(dá)500km/h，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)列車。懸浮列車的速度超導(dǎo)磁浮優(yōu)點(diǎn)超導(dǎo)磁浮應(yīng)用利用超導(dǎo)磁體實(shí)現(xiàn)磁浮具有質(zhì)量輕、耗電少的特點(diǎn)，適用于高鐵等交通工具。低溫系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)利用超導(dǎo)磁體實(shí)現(xiàn)磁浮在低溫系統(tǒng)方面具有低能耗、客運(yùn)和貨運(yùn)的優(yōu)勢(shì)。推進(jìn)效率高利用超導(dǎo)磁體實(shí)現(xiàn)磁浮可同時(shí)實(shí)現(xiàn)懸浮、導(dǎo)向和推進(jìn)，提高推進(jìn)直線同步電機(jī)效率。懸浮間隙大利用超導(dǎo)磁體實(shí)現(xiàn)磁浮具有懸浮間隙大，一般可大于100mm的特點(diǎn)。速度高利用超導(dǎo)磁體實(shí)現(xiàn)磁浮具有速度高，可達(dá)到500km/h以上的優(yōu)勢(shì)。日本超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)超導(dǎo)磁鐵材料日本超導(dǎo)磁浮列車上使用的超導(dǎo)繞組采用鈮鈦合金制造，在-269℃的溫度下呈現(xiàn)超導(dǎo)狀態(tài)。超導(dǎo)線圈超導(dǎo)線圈放置在低溫容器內(nèi)，上部為液氦冷凍機(jī)，每個(gè)容器需要100L液氦，每年液氦消耗量為百分之幾。磁場(chǎng)極性一個(gè)超導(dǎo)磁鐵共產(chǎn)生4個(gè)N、S極交叉排列的磁場(chǎng)極性，為了提高超導(dǎo)磁鐵的熱效率，還在繞組外面設(shè)置了防熱輻射板。超導(dǎo)磁鐵驅(qū)動(dòng)原理常規(guī)電力機(jī)車通過(guò)受電弓從接觸網(wǎng)接受電力，傳送給設(shè)在轉(zhuǎn)向架上的傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)，以驅(qū)動(dòng)列車行駛。電力機(jī)車牽引方式日本ML超導(dǎo)磁浮列車采用長(zhǎng)定子直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，而德國(guó)TR磁浮系統(tǒng)和日本航空的HSST磁浮系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力均設(shè)在車輛的底部。ML超導(dǎo)磁浮列車驅(qū)動(dòng)方式超高速磁浮鐵路采用地面推進(jìn)繞組相互串聯(lián)的分區(qū)設(shè)計(jì)，只在車輛通過(guò)該分區(qū)時(shí)繞組才接通電流，以達(dá)到節(jié)約能源的目的。節(jié)能措施日本超導(dǎo)磁浮車輛通過(guò)安裝超導(dǎo)磁鐵，利用前方地面磁場(chǎng)與車輛超導(dǎo)磁場(chǎng)的極性相反而產(chǎn)生吸力，實(shí)現(xiàn)車輛向前運(yùn)動(dòng)。車輛推進(jìn)原理懸浮系統(tǒng)電磁懸浮原理磁浮鐵路利用電磁懸浮、電動(dòng)懸浮的原理將列車懸浮在導(dǎo)軌上方，從而消除了輪軌接觸所引起的摩擦、振動(dòng)等不利因素。日本超高速磁浮列車的側(cè)壁懸浮原理是，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時(shí)，超導(dǎo)磁浮車輛依靠安裝在轉(zhuǎn)向架底部的車輪支承行駛。側(cè)壁懸浮原理懸浮磁場(chǎng)與速度關(guān)系運(yùn)行速度與懸浮力關(guān)系導(dǎo)向原理導(dǎo)向定義導(dǎo)向是指在橫斷面上保證車輛的中心不偏離軌道中心，傳統(tǒng)輪軌接觸型鐵路，列車的導(dǎo)向是通過(guò)輪緣與鋼軌的相互作用實(shí)現(xiàn)的。磁浮車輛在高速運(yùn)行過(guò)程中必須保證與導(dǎo)軌不能有任何形式的接觸，不僅在車輛地面不能接觸，而且當(dāng)遇到曲線等情況時(shí)也不能與側(cè)壁接觸。因此需要建立完善的導(dǎo)向機(jī)制，日本的磁浮鐵路在導(dǎo)軌側(cè)壁安裝有懸浮及導(dǎo)向繞組，當(dāng)車輛偏離導(dǎo)軌中心時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生磁場(chǎng)。由于導(dǎo)軌產(chǎn)生的導(dǎo)向磁場(chǎng)也為感應(yīng)磁場(chǎng)，所以列車運(yùn)行速度越高，產(chǎn)生的導(dǎo)向力越大，當(dāng)列車低速運(yùn)行時(shí)，所產(chǎn)生的導(dǎo)向力較小。日本的超導(dǎo)磁浮車輛當(dāng)列車低速運(yùn)行時(shí)，所產(chǎn)生的導(dǎo)向力較小，不足以使車輛自動(dòng)導(dǎo)向，此時(shí)依靠安裝在轉(zhuǎn)向架兩側(cè)的導(dǎo)向車輪完成導(dǎo)向功能。磁浮車輛導(dǎo)向?qū)蛄Ξa(chǎn)生導(dǎo)向車輪導(dǎo)向機(jī)制建立供電技術(shù)變電站介紹01試驗(yàn)線專用變電站占地面積35000m2，內(nèi)有接收電力設(shè)備及變電設(shè)備，于1995年10月在都留市小形山建成，從東京電力公司供電。供電設(shè)備運(yùn)行02接收電力設(shè)備為雙路(常用、備用),電壓為154kV,主變壓器的容量為60MV·A(東海道新干線為100MV·A)，故主變壓器完全滿足列車行駛要求。變流器控制03超導(dǎo)磁浮鐵路的變電站需按列車運(yùn)行控制要求及時(shí)改變輸入電流及頻率，使磁浮列車嚴(yán)格按照設(shè)定程序自動(dòng)行駛，實(shí)現(xiàn)列車無(wú)人駕駛運(yùn)行。供電技術(shù)變流器(Inverter)控制單元由整流器、中間直流環(huán)節(jié)和逆變器組成，構(gòu)成“交-直-交”形式的變流結(jié)構(gòu)。變流器組成變流器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，然后再經(jīng)逆變器將該直流電變換為頻率、幅值和相位可控的三相交流電，經(jīng)輸出變壓器提供給行駛中的列車。交流電變換超導(dǎo)磁浮鐵路的軌道沒(méi)有控制信號(hào)(軌道電路)，因此將驅(qū)動(dòng)繞組按一定間隔分段，按列車的位置切換供電開(kāi)關(guān)，確保前后列車的運(yùn)行安全。供電系統(tǒng)應(yīng)用變流器電力轉(zhuǎn)換變流器將電力公司提供的商用頻率的電力轉(zhuǎn)換為控制列車速度所需要的頻率，北線變流器提供的電力頻率范圍為0～56Hz，對(duì)應(yīng)的列車速度為0～550km/h。非接觸式供電形式處于超導(dǎo)狀態(tài)的超導(dǎo)磁鐵一旦通電后將半永久性地流動(dòng)不息，行駛時(shí)沒(méi)有必要像普通電力機(jī)車那樣從外部供電，但車內(nèi)電氣設(shè)備也需要大量電力。供電技術(shù)供電技術(shù)感應(yīng)發(fā)電裝置對(duì)于超高速磁浮鐵路，電力不可能像城市軌道交通那樣靠供電軌或架空線提供，