磁悬浮列车的原理是什么?

题目

磁悬浮列车的原理是什么?

答案

磁悬浮列车利用“同名磁极相斥,异名磁极相吸”的原理,让磁铁具有抗拒地心引力的能力,使车体完全脱离轨道,悬浮在距离轨道约1厘米处,腾空行驶,创造了近乎“零高度”空间飞行的奇迹.
由于磁铁有同性相斥和异性相吸两种形式,故磁悬浮列车也有两种相应的形式：一种是利用磁铁同性相斥原理而设计的电磁运行系统的磁悬浮列车,它利用车上超导体电磁铁形成的磁场与轨道上线圈形成的磁场之间所产生的相斥力,使车体悬浮运行的铁路；另一种则是利用磁铁异性相吸原理而设计的电动力运行系统的磁悬浮列车,它是在车体底部及两侧倒转向上的顶部安装磁铁,在T形导轨的上方和伸臂部分下方分别设反作用板和感应钢板,控制电磁铁的电流,使电磁铁和导轨间保持10—15毫米的间隙,并使导轨钢板的吸引力与车辆的重力平衡,从而使车体悬浮于车道的导轨面上运行.
通俗的讲就是,在位于轨道两侧的线圈里流动的交流电,能将线圈变为电磁体.由于它与列车上的超导电磁体的相互作用,就使列车开动起来.列车前进是因为列车头部的电磁体(N极)被安装在靠前一点的轨道上的电磁体(S极)所吸引,并且同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体(N极)所排斥.当列车前进时,在线圈里流动的电流流向就反转过来了.其结果就是原来那个S极线圈,现在变为N极线圈了,反之亦然.这样,列车由于电磁极性的转换而得以持续向前奔驰.根据车速,通过电能转换器调整在线圈里流动的交流电的频率和电压.
磁悬浮分2类,其中推斥式的就是日本的,属于高速类型,需要起落架,推斥式是利用两个磁铁同极性相对而产生的排斥力,使列车悬浮起来.这种磁悬浮列车车厢的两侧,安装有磁场强大的超导电磁铁.
吸引式的,就是德意志的,也就是上海目前使用的 吸引式的,轨道不存在任何的电磁铁,他是用感应钢板安装在轨道外缘的,车上有电磁铁,使用车载电源吸引感应钢板悬浮和导向,利用直线电机对感应钢板的作用,产生推进,停止和倒退等动力输出.
超导磁悬浮列车的原理2007-02-05 21:35磁悬浮列车是一种采用无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统的磁悬浮高速列车系统.应用准确的定义来说,磁悬浮列车实际上是依靠电磁吸力或电动斥力将列车悬浮于空中并进行导向,实现列车与地面轨道间的无机械接触,再利用线性电机驱动列车运行.根据吸引力和排斥力的基本原理,国际上磁悬浮列车有两个发展方向.一个是以德国为代表的常规磁铁吸引式悬浮系统－－EMS系统,利用常规的电磁铁与一般铁性物质相吸引的基本原理,把列车吸引上来,悬空运行,悬浮的气隙较小,一般为10毫米左右.常导型高速磁悬浮列车的速度可达每小时400-500公里,适合于城市间的长距离快速运输；另一个是以日本的为代表的排斥式悬浮系统－－EDS系统,它使用超导的磁悬浮原理,使车轮和钢轨之间产生排斥力,使列车悬空运行,这种磁悬浮列车的悬浮气隙较大,一般为100毫米左右,速度可达每小时500公里以上.这两个国家都坚定地认为自己国家的系统是最好的,都在把各自的技术推向实用化阶段.估计到下一个世纪,这两种技术路线将依然并存.
自1825年世界上第一条标准轨铁路出现以来,随着火车速度的提高,轮子和钢轨之间产生的猛烈冲击引起列车的强烈震动,发出很强的噪音,当火车行驶速度超过每小时300公里时,就很难再提速了.
如果能够使火车从铁轨上浮起来,消除了火车车轮与铁轨之间的摩擦, 科学家想到了两种解决方法:一种是气浮法,即使火车向铁轨地面大量喷气而利用其反作用力把火车浮起;另一种是磁浮法,而且会产生很大的噪音,会对环境造成很大的污染,.
当今,世界上的磁悬浮列车主要有两种"悬浮"形式,一种是推斥式;,这种电磁铁的磁场切割轨道两侧安装的铝环,致使其中产生感应电流,同时产生一个同极性反磁场,静止时,由于没有切割电势与电流,车辆不能产生悬浮,速度达到80公里/小时以上时,将电磁铁置于轨道下方并固定在车体转向架上,两者之间产生一个强大的磁场,并相互吸引时,我国自行开发的中低速磁悬浮列车就属于这个类型.
"若即若离",车体与轨道处于一种"若即若离"的状态,磁悬浮间隙约1厘米,因而有"零高度飞行器",具有低噪音,低能耗,无污染,安全舒适和高速高效的特点,由于具有转弯半径小,爬坡能力强等优点,特别适合城市轨道交通.
德国和日本是世界上最早开展磁悬浮列车研究的国家, (Magnetically Levitated Trains),均认为有可能于下个世纪中叶以前使磁悬浮列车在本国投入运营.
磁悬浮列车运行原理
,通过直线电机进行牵引,使列车悬浮在轨道上运行(悬浮间隙约1厘米).其研究和制造涉及自动控制,电力电子技术,直线推进技术,机械设计制造,故障监测与诊断等众多学科,技术十分复杂,具有低噪音,无污染,安全舒适和高速高效的特点,有着"零高度飞行器"的美誉,是一种具有广阔前景的新型交通工具,按运行速度又有高速和中低速之分,这次国防科大研制开发的磁悬浮列车属于中低速常导吸力型磁悬浮列车.
磁悬浮列车的种类
,以德国高速常导磁浮列车transrapid为代表,它是利用普通直流电磁铁电磁吸力的原理将列车悬起,悬浮的气隙较小,～500公里,列车运行时与布置在地面上的线圈相互作用,产生电动斥力将列车悬起,悬浮气隙较大,一般为100毫米左右,德国青睐前者,集中精力研制常导高速磁悬浮技术;而日本则看好后者,全力投入高速超导磁悬浮技术之中.
德国的常导磁悬浮列车
常导磁悬浮列车工作时,首先调整车辆下部的悬浮和导向电磁铁的电磁吸力,使车轮与轨道保持一定的侧向距离,所以即使在停车状态下列车仍然可以进入悬浮状态.
,地面轨道内侧的三相移动磁场驱动绕组起到电枢的作用,当作为定子的电枢线圈有电时,当沿线布置的变电所向轨道内侧的驱动绕组提供三相调频调幅电力时,由于电磁感应作用承载系统连同列车一起就象电机的"转子",列车可以完全实现非接触的牵引和制动.
日本的超导磁悬浮列车
,它不仅电流阻力为零,而且可以传导普通导线根本无法比拟的强大电流,这种特性使其能够制成体积小功率强大的电磁铁.
超导磁悬浮列车的车辆上装有车载超导磁体并构成感应动力集成设备,而列车的驱动绕组和悬浮导向绕组均安装在地面导轨两侧,车辆上的感应动力集成设备由动力集成绕组,就会产生一个移动的电磁场,因而在列车导轨上产生磁波,这时列车上的车载超导磁体就会受到一个与移动磁场相同步的推力,在地面导轨上安装有探测车辆位置的高精度仪器,根据探测仪传来的信息调整三相交流电的供流方式,精确地控制电磁波形以使列车能良好地运行.
超导磁悬浮列车也是由沿线分布的变电所向地面导轨两侧的驱动绕组提供三相交流电,并与列车下面的动力集成绕组产生电感应而驱动,当列车接近该绕组时,列车超导磁铁的强电磁感应作用将自动地在地面绕组中感生电流,因此在其感应电流和超导磁铁之间产生了电磁力,从而将列车悬起,并经精密传感器检测轨道与列车之间的间隙,与悬浮绕组呈电气连接的导向绕组也将产生电磁导向力,保证了列车在任何速度下都能稳定地处于轨道中心行驶.
目前存在的技术问题
尽管磁悬浮列车技术有上述的许多优点,但仍然存在一些不足:
(1)由于磁悬浮系统是以电磁力完成悬浮,导向和驱动功能的,断电后磁悬浮的安全保障措施,.
(2)常导磁悬浮技术的悬浮高度较低,因此对线路的平整度,路基下沉量及道岔结构方面的要求较超导技术更高.
(3)超导磁悬浮技术由于涡流效应悬浮能耗较常导技术更大,冷却系统重,强磁场对人体与环境都有影响.