磁懸浮列車的原理

1、磁懸浮列車磁懸浮列車相關(guān)內(nèi)容相關(guān)內(nèi)容一、電磁感應(yīng)一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象現(xiàn)象二、法拉第電磁感應(yīng)二、法拉第電磁感應(yīng)定律定律三、楞次三、楞次定律定律四、超導(dǎo)四、超導(dǎo)現(xiàn)象現(xiàn)象電磁感應(yīng)現(xiàn)象電磁感應(yīng)現(xiàn)象無論采用什么方式，只要引起穿無論采用什么方式，只要引起穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化，過閉合回路的磁通量發(fā)生變化，回路中一定產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流回路中一定產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流大小由回路電阻和感應(yīng)電動勢的大小由回路電阻和感應(yīng)電動勢的大小決定。大小決定。法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律電路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿電路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成過這一電路的磁通量的變化率成正比。正比。E=n/ t

2、楞次定律楞次定律感應(yīng)電流的磁場總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁場總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。感應(yīng)電流的磁通量的變化。超導(dǎo)現(xiàn)象超導(dǎo)現(xiàn)象金屬的電阻率隨溫度的降低而減小。金屬的電阻率隨溫度的降低而減小。有些物質(zhì)當溫度降低到絕對零度附近有些物質(zhì)當溫度降低到絕對零度附近時，它們的電阻率回突然減小到無法時，它們的電阻率回突然減小到無法測量的程度，可以認為它們的電阻突測量的程度，可以認為它們的電阻突然變?yōu)榱恪Ｈ蛔優(yōu)榱?。當電流通過超導(dǎo)材料時，電路中幾乎當電流通過超導(dǎo)材料時，電路中幾乎沒有電能的損失，同時電路中將產(chǎn)生沒有電能的損失，同時電路中將產(chǎn)生強磁場。強磁場。 什么是什么是磁懸浮磁懸浮 磁懸浮列車的磁懸

3、浮列車的種類種類 目前存在的目前存在的技術(shù)問題技術(shù)問題 磁懸浮列車的磁懸浮列車的優(yōu)點優(yōu)點磁懸浮列車綜述（一）磁懸浮列車綜述（一）磁懸浮技術(shù)的研究源于德國，早在磁懸浮技術(shù)的研究源于德國，早在1922年年Hermann Kemper先生就提出了電磁懸浮原先生就提出了電磁懸浮原理，并于理，并于1934年申請了磁浮列車的專利。年申請了磁浮列車的專利。70年代以后，根據(jù)當時輪軌極限速度的理論，年代以后，根據(jù)當時輪軌極限速度的理論，科研工作者們認為，輪軌方式運輸所能達到科研工作者們認為，輪軌方式運輸所能達到的極限速度為每小時的極限速度為每小時350公里左右，要想超公里左右，要想超越這一速度運行，必須采取不

4、依賴于輪軌的越這一速度運行，必須采取不依賴于輪軌的新式運輸系統(tǒng)。新式運輸系統(tǒng)。 磁懸浮列車綜述（二）磁懸浮列車綜述（二）德國開發(fā)的磁懸浮列車德國開發(fā)的磁懸浮列車Transrapid于于1989年在埃姆斯蘭試驗線上達到年在埃姆斯蘭試驗線上達到436km/h的速的速度。日本開發(fā)的磁懸浮列車度。日本開發(fā)的磁懸浮列車MAGLEV (Magnetically Levitated Trains)于于1997年年12月在山梨縣的試驗線上創(chuàng)造出月在山梨縣的試驗線上創(chuàng)造出550km/h的的世界最高紀錄。世界最高紀錄。磁懸浮列車綜述（三）磁懸浮列車綜述（三）雖然磁懸浮列車仍然屬于陸上有軌交通運雖然磁懸浮列車仍然屬

5、于陸上有軌交通運輸系統(tǒng)，并保留了軌道、道岔和車輛轉(zhuǎn)向輸系統(tǒng)，并保留了軌道、道岔和車輛轉(zhuǎn)向架及懸掛系統(tǒng)等許多傳統(tǒng)機車車輛的特點，架及懸掛系統(tǒng)等許多傳統(tǒng)機車車輛的特點，但由于列車在牽引運行時與軌道之間無機但由于列車在牽引運行時與軌道之間無機械接觸，因此從根本上克服了傳統(tǒng)列車輪械接觸，因此從根本上克服了傳統(tǒng)列車輪軌粘著限制、機械噪聲和磨損等問題，所軌粘著限制、機械噪聲和磨損等問題，所以它也許會成為人們夢寐以求的理想陸上以它也許會成為人們夢寐以求的理想陸上交通工具。交通工具。稍有物理知識的人都知道：把兩塊磁稍有物理知識的人都知道：把兩塊磁鐵相同的一極靠近，它們就相互排斥，鐵相同的一極靠近，它們就相互排

6、斥，反之，把相反的一極靠近，它們就互反之，把相反的一極靠近，它們就互相吸引。相吸引。磁懸浮列車實際上是依靠電磁吸力或磁懸浮列車實際上是依靠電磁吸力或電動斥力將列車懸浮于空中并進行導(dǎo)電動斥力將列車懸浮于空中并進行導(dǎo)向，實現(xiàn)列車與地面軌道間的無機械向，實現(xiàn)列車與地面軌道間的無機械接觸，接觸，大大減小運行阻力，達到高速大大減小運行阻力，達到高速運行的目的。運行的目的。磁懸浮列車的原理（一）磁懸浮列車的原理（一）磁懸浮列車的原理（二）磁懸浮列車的原理（二）磁懸浮列車采用長定子同步直流電機將磁懸浮列車采用長定子同步直流電機將電供至地面線圈，驅(qū)動列車高速行駛。電供至地面線圈，驅(qū)動列車高速行駛。磁懸浮列車主

7、要依靠電磁力來實現(xiàn)傳統(tǒng)磁懸浮列車主要依靠電磁力來實現(xiàn)傳統(tǒng)鐵路中的支撐、導(dǎo)向、牽引和制動功能。鐵路中的支撐、導(dǎo)向、牽引和制動功能。列車在運行過程中，與軌道保持一定距列車在運行過程中，與軌道保持一定距離，處于一種離，處于一種“若即若離若即若離”的狀態(tài)。的狀態(tài)。磁懸浮列車的種類磁懸浮列車的種類由于磁鐵有同性相斥和異性相吸兩種形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)的種類。式，故磁懸浮列車也有兩種相應(yīng)的種類。常導(dǎo)常導(dǎo)磁吸磁吸型和超導(dǎo)型和超導(dǎo)磁斥磁斥型型這兩種磁懸浮列車各有優(yōu)缺點和不同的這兩種磁懸浮列車各有優(yōu)缺點和不同的經(jīng)濟技術(shù)指標，德國青睞前者，集中精經(jīng)濟技術(shù)指標，德國青睞前者

8、，集中精力研制常導(dǎo)高速磁懸浮技術(shù)力研制常導(dǎo)高速磁懸浮技術(shù);而日本則而日本則看好后者，全力投入高速超導(dǎo)磁懸浮技看好后者，全力投入高速超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)之中。術(shù)之中。常導(dǎo)磁吸型常導(dǎo)磁吸型常導(dǎo)型也稱常導(dǎo)磁吸型，以德國高速常導(dǎo)型也稱常導(dǎo)磁吸型，以德國高速常導(dǎo)磁浮列車常導(dǎo)磁浮列車transrapid為代表，它是為代表，它是利用普通直流電磁鐵電磁吸力的原理利用普通直流電磁鐵電磁吸力的原理將列車懸起，懸浮的間隙較小，一般將列車懸起，懸浮的間隙較小，一般為為10mm左右。常導(dǎo)型高速磁懸浮列左右。常導(dǎo)型高速磁懸浮列車的速度可達車的速度可達400500km/h，適合于，適合于城市間的長距離快速運輸。城市間的長距離快速

9、運輸。在車體底部及兩側(cè)倒轉(zhuǎn)向上的頂部安裝在車體底部及兩側(cè)倒轉(zhuǎn)向上的頂部安裝磁鐵，在磁鐵，在T形導(dǎo)軌的上方和伸臂部分下形導(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)軌間保持磁鐵的電流，使電磁鐵和導(dǎo)軌間保持1015mm的間隙，并使導(dǎo)軌鋼板的吸的間隙，并使導(dǎo)軌鋼板的吸引力與車輛的重力平衡，從而使車體懸引力與車輛的重力平衡，從而使車體懸浮于車道的導(dǎo)軌面上運行。浮于車道的導(dǎo)軌面上運行。驅(qū)動原理驅(qū)動原理常導(dǎo)磁懸浮列車的驅(qū)動運用同步直線電動常導(dǎo)磁懸浮列車的驅(qū)動運用同步直線電動機的原理。機的原理。車輛下部支撐電磁鐵線圈的作用就象是同車輛下部

10、支撐電磁鐵線圈的作用就象是同步直線電動機的勵磁線圈，地面軌道內(nèi)側(cè)步直線電動機的勵磁線圈，地面軌道內(nèi)側(cè)的三相移動磁場驅(qū)動繞組起到電樞的作用，的三相移動磁場驅(qū)動繞組起到電樞的作用，它就象同步直線電動機的長定子繞組。它就象同步直線電動機的長定子繞組。當沿線布置的變電所向軌道內(nèi)側(cè)的驅(qū)動繞當沿線布置的變電所向軌道內(nèi)側(cè)的驅(qū)動繞組提供三相調(diào)頻調(diào)幅電力時，承載系統(tǒng)連組提供三相調(diào)頻調(diào)幅電力時，承載系統(tǒng)連同列車一起就象電機的同列車一起就象電機的“轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子”一樣被推一樣被推動做直線運動。動做直線運動。超導(dǎo)磁斥超導(dǎo)磁斥型型超導(dǎo)型磁懸浮列車也稱超導(dǎo)磁斥型，以超導(dǎo)型磁懸浮列車也稱超導(dǎo)磁斥型，以日本日本MAGLEV為代表。

11、它是利用超導(dǎo)為代表。它是利用超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的強磁場，列車運行時與布置磁體產(chǎn)生的強磁場，列車運行時與布置在地面上的線圈相互作用，產(chǎn)生電動斥在地面上的線圈相互作用，產(chǎn)生電動斥力將列車懸起，懸浮間隙較大，一般為力將列車懸起，懸浮間隙較大，一般為100mm左右，速度可達左右，速度可達500km/h以上。以上。隨著超導(dǎo)和高溫超導(dǎo)熱的出現(xiàn)，推動了超隨著超導(dǎo)和高溫超導(dǎo)熱的出現(xiàn)，推動了超導(dǎo)磁懸浮列車的研制。這種超導(dǎo)磁懸浮列導(dǎo)磁懸浮列車的研制。這種超導(dǎo)磁懸浮列車利用超導(dǎo)磁石使車體上浮，通過周期性車利用超導(dǎo)磁石使車體上浮，通過周期性地變換磁極方向而獲得推進動力。地變換磁極方向而獲得推進動力。超導(dǎo)磁懸浮列車的最主要特

12、征就是其超導(dǎo)超導(dǎo)磁懸浮列車的最主要特征就是其超導(dǎo)元件在相當?shù)偷臏囟认滤哂械耐耆珜?dǎo)電元件在相當?shù)偷臏囟认滤哂械耐耆珜?dǎo)電性和完全抗磁性。超導(dǎo)磁鐵是由超導(dǎo)材料性和完全抗磁性。超導(dǎo)磁鐵是由超導(dǎo)材料制成的超導(dǎo)線圈構(gòu)成，它不僅電流阻力為制成的超導(dǎo)線圈構(gòu)成，它不僅電流阻力為零，而且可以傳導(dǎo)普通導(dǎo)線根本無法比擬零，而且可以傳導(dǎo)普通導(dǎo)線根本無法比擬的強大電流，這種特性使其能夠制成體積的強大電流，這種特性使其能夠制成體積小功率強大的電磁鐵。小功率強大的電磁鐵。超導(dǎo)磁懸浮列車的車輛上裝有車載超導(dǎo)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)動力集成設(shè)備，車輛上磁體并構(gòu)成感應(yīng)動力集成設(shè)備，車輛上的感應(yīng)動力集成設(shè)

13、備由動力集成繞組、的感應(yīng)動力集成設(shè)備由動力集成繞組、感應(yīng)動力集成超導(dǎo)磁鐵和懸浮導(dǎo)向超導(dǎo)感應(yīng)動力集成超導(dǎo)磁鐵和懸浮導(dǎo)向超導(dǎo)磁鐵三部分組成，而列車的驅(qū)動繞組和磁鐵三部分組成，而列車的驅(qū)動繞組和懸浮導(dǎo)向繞組均安裝在地面導(dǎo)軌兩側(cè)。懸浮導(dǎo)向繞組均安裝在地面導(dǎo)軌兩側(cè)。驅(qū)動原理驅(qū)動原理當向軌道兩側(cè)的驅(qū)動繞組提供與車輛速度頻當向軌道兩側(cè)的驅(qū)動繞組提供與車輛速度頻率相一致的三相交流電時，就會產(chǎn)生一個移率相一致的三相交流電時，就會產(chǎn)生一個移動的電磁場，因而在列車導(dǎo)軌上產(chǎn)生電磁波，動的電磁場，因而在列車導(dǎo)軌上產(chǎn)生電磁波，這時列車上的車載超導(dǎo)磁體就會受到一個與這時列車上的車載超導(dǎo)磁體就會受到一個與移動磁場相同步的推力

14、，正是這種推力推動移動磁場相同步的推力，正是這種推力推動列車前進。列車前進。超導(dǎo)磁懸浮列車也是由沿線分布的變電所向超導(dǎo)磁懸浮列車也是由沿線分布的變電所向地面導(dǎo)軌兩側(cè)的驅(qū)動繞組提供三相交流電，地面導(dǎo)軌兩側(cè)的驅(qū)動繞組提供三相交流電，并與列車下面的動力集成繞組產(chǎn)生電感應(yīng)而并與列車下面的動力集成繞組產(chǎn)生電感應(yīng)而驅(qū)動，實現(xiàn)非接觸性牽引和制動。驅(qū)動，實現(xiàn)非接觸性牽引和制動。磁懸浮列車的優(yōu)點磁懸浮列車的優(yōu)點一、一、快速快速二、二、低耗、經(jīng)濟低耗、經(jīng)濟三、三、舒適、安全舒適、安全四、四、無污染無污染五、五、爬坡能力強爬坡能力強汽車的速度為汽車的速度為50-150km/h，高速列車，高速列車為為250-350k

15、m / h；常導(dǎo)磁懸浮列車可達常導(dǎo)磁懸浮列車可達400-500km/h超導(dǎo)磁懸浮列車可達超導(dǎo)磁懸浮列車可達500-600km/h。它的高速度使其在它的高速度使其在1000至至1500公里之公里之間的旅行距離中比乘坐飛機更優(yōu)越。間的旅行距離中比乘坐飛機更優(yōu)越。由于沒有輪子、無磨擦等因素，運行由于沒有輪子、無磨擦等因素，運行成本和能耗低是它的又一優(yōu)點。其能成本和能耗低是它的又一優(yōu)點。其能源消耗僅是汽車的一半、飛機的四分源消耗僅是汽車的一半、飛機的四分之一；之一；因無輪軌接觸，震動小、舒適性好，因無輪軌接觸，震動小、舒適性好，對車輛和路軌的維修費用也大大減少。對車輛和路軌的維修費用也大大減少。磁懸浮

16、列車在路軌上運行，按飛機的防火標磁懸浮列車在路軌上運行，按飛機的防火標準實行配置。準實行配置。它的車廂下端像伸出了兩排彎曲的胳膊，將它的車廂下端像伸出了兩排彎曲的胳膊，將路軌緊緊摟住，絕對不可能出軌。路軌緊緊摟住，絕對不可能出軌。列車運行的動力來自固定在路軌兩側(cè)的電磁列車運行的動力來自固定在路軌兩側(cè)的電磁流，同一區(qū)域內(nèi)的電磁流強度相同，不可能流，同一區(qū)域內(nèi)的電磁流強度相同，不可能出現(xiàn)幾輛列車速度不同或相向而動的現(xiàn)象，出現(xiàn)幾輛列車速度不同或相向而動的現(xiàn)象，從而排除了列車追尾或相撞的可能。從而排除了列車追尾或相撞的可能。列車的整個安全系統(tǒng)可以相互檢測，自動替列車的整個安全系統(tǒng)可以相互檢測，自動替補

17、，這在其它交通工具是不具備的，因而它補，這在其它交通工具是不具備的，因而它是一種高安全度的交通工具。是一種高安全度的交通工具。當磁懸浮列車時速達當磁懸浮列車時速達300公里以上時，噪聲公里以上時，噪聲只有只有656分貝，僅相當于一個人大聲地說話，分貝，僅相當于一個人大聲地說話，比汽車駛過的聲音還小；比汽車駛過的聲音還??；它的磁感應(yīng)強度非常低，與地球磁場相當，它的磁感應(yīng)強度非常低，與地球磁場相當，遠低于家用電器。由于它以電為動力，在遠低于家用電器。由于它以電為動力，在軌道沿線不會排放廢氣，無污染，是一種軌道沿線不會排放廢氣，無污染，是一種名副其實的綠色交通工具。名副其實的綠色交通工具。磁懸浮列車一般以磁懸浮列車一般以4.5米以上的高架通過平米以上的高架通過平地或翻越山丘，從而避免了開山挖溝對生地或翻越山丘，從而避免了開山挖溝對生態(tài)環(huán)境造成的破壞。態(tài)環(huán)境造成的破壞。磁懸浮列車的爬坡能力為磁懸浮列車的爬坡能力為100%，而，而一般鐵路的最高坡度只有一般鐵路的最高坡度只有40%。目前存在的技術(shù)問題目前存在的技術(shù)問題由于磁懸浮系統(tǒng)是以電磁力完成懸浮、導(dǎo)向和驅(qū)由于磁懸浮系統(tǒng)是以電磁力完成懸浮、導(dǎo)向和驅(qū)動功能的，斷電后磁懸浮的安全保障措施，尤其動功能的，斷電后磁懸浮的安