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(wú)論采用什么方式，只要引起穿無(wú)論采用什么方式，只要引起穿過(guò)閉合回路的磁通量發(fā)生變化，過(guò)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(dòng)勢(shì)的大小由回路電阻和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)的大小，跟穿電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟穿過(guò)這一電路的磁通量的變化率成過(guò)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(chǎng)總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)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(dāng)溫度降低到絕對(duì)零度附近有些物質(zhì)當(dāng)溫度降低到絕對(duì)零度附近時(shí)，它們的電阻率回突然減小到無(wú)法時(shí)，它們的電阻率回突然減小到無(wú)法測(cè)量的程度，可以認(rèn)為它們的電阻突測(cè)量的程度，可以認(rèn)為它們的電阻突然變?yōu)榱恪Ｈ蛔優(yōu)榱?。?dāng)電流通過(guò)超導(dǎo)材料時(shí)，電路中幾乎當(dāng)電流通過(guò)超導(dǎo)材料時(shí)，電路中幾乎沒(méi)有電能的損失，同時(shí)電路中將產(chǎn)生沒(méi)有電能的損失，同時(shí)電路中將產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)。強(qiáng)磁場(chǎng)。 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(wèn)題技術(shù)問(wèn)題 磁懸浮列車的磁懸浮列車的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)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(guó)，早在磁懸浮技術(shù)的研究源于德國(guó)，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(qǐng)了磁浮列車的專利。年申請(qǐng)了磁浮列車的專利。70年代以后，根據(jù)當(dāng)時(shí)輪軌極限速度的理論，年代以后，根據(jù)當(dāng)時(shí)輪軌極限速度的理論，科研工作者們認(rèn)為，輪軌方式運(yùn)輸所能達(dá)到科研工作者們認(rèn)為，輪軌方式運(yùn)輸所能達(dá)到的極限速度為每小時(shí)的極限速度為每小時(shí)350公里左右，要想超公里左右，要想超越這一速度運(yùn)行，必須采取不

4、依賴于輪軌的越這一速度運(yùn)行，必須采取不依賴于輪軌的新式運(yùn)輸系統(tǒng)。新式運(yùn)輸系統(tǒng)。 磁懸浮列車綜述（二）磁懸浮列車綜述（二）德國(guó)開(kāi)發(fā)的磁懸浮列車德國(guó)開(kāi)發(fā)的磁懸浮列車Transrapid于于1989年在埃姆斯蘭試驗(yàn)線上達(dá)到年在埃姆斯蘭試驗(yàn)線上達(dá)到436km/h的速的速度。日本開(kāi)發(fā)的磁懸浮列車度。日本開(kāi)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(yàn)線上創(chuàng)造出月在山梨縣的試驗(yàn)線上創(chuàng)造出550km/h的的世界最高紀(jì)錄。世界最高紀(jì)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(yùn)雖然磁懸浮列車仍然屬

5、于陸上有軌交通運(yùn)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(jī)車車輛的特點(diǎn)，架及懸掛系統(tǒng)等許多傳統(tǒng)機(jī)車車輛的特點(diǎn)，但由于列車在牽引運(yùn)行時(shí)與軌道之間無(wú)機(jī)但由于列車在牽引運(yùn)行時(shí)與軌道之間無(wú)機(jī)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(jī)械噪聲和磨損等問(wèn)題，所軌粘著限制、機(jī)械噪聲和磨損等問(wèn)題，所以它也許會(huì)成為人們夢(mèng)寐以求的理想陸上以它也許會(huì)成為人們夢(mèng)寐以求的理想陸上交通工具。交通工具。稍有物理知識(shí)的人都知道：把兩塊磁稍有物理知識(shí)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(shí)際上是依靠電磁吸力或磁懸浮列車實(shí)際上是依靠電磁吸力或電動(dòng)斥力將列車懸浮于空中并進(jìn)行導(dǎo)電動(dòng)斥力將列車懸浮于空中并進(jìn)行導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)列車與地面軌道間的無(wú)機(jī)械向，實(shí)現(xiàn)列車與地面軌道間的無(wú)機(jī)械接觸，接觸，大大減小運(yùn)行阻力，達(dá)到高速大大減小運(yùn)行阻力，達(dá)到高速運(yùn)行的目的。運(yùn)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(zhǎng)定子同步直流電機(jī)將磁懸浮列車采用長(zhǎng)定子同步直流電機(jī)將電供至地面線圈，驅(qū)動(dòng)列車高速行駛。電供至地面線圈，驅(qū)動(dòng)列車高速行駛。磁懸浮列車主

7、要依靠電磁力來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)磁懸浮列車主要依靠電磁力來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)鐵路中的支撐、導(dǎo)向、牽引和制動(dòng)功能。鐵路中的支撐、導(dǎo)向、牽引和制動(dòng)功能。列車在運(yùn)行過(guò)程中，與軌道保持一定距列車在運(yùn)行過(guò)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(diǎn)和不同的這兩種磁懸浮列車各有優(yōu)缺點(diǎn)和不同的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，德國(guó)青睞前者，集中精經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，德國(guó)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(guó)高速常導(dǎo)型也稱常導(dǎo)磁吸型，以德國(guó)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(dá)車的速度可達(dá)400500km/h，適合于，適合于城市間的長(zhǎng)距離快速運(yùn)輸。城市間的長(zhǎng)距離快速

9、運(yùn)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(yùn)行。浮于車道的導(dǎo)軌面上運(yùn)行。驅(qū)動(dòng)原理驅(qū)動(dòng)原理常導(dǎo)磁懸浮列車的驅(qū)動(dòng)運(yùn)用同步直線電動(dòng)常導(dǎo)磁懸浮列車的驅(qū)動(dòng)運(yùn)用同步直線電動(dòng)機(jī)的原理。機(jī)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(dòng)機(jī)的勵(lì)磁線圈，地面軌道內(nèi)側(cè)步直線電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁線圈，地面軌道內(nèi)側(cè)的三相移動(dòng)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)繞組起到電樞的作用，的三相移動(dòng)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)繞組起到電樞的作用，它就象同步直線電動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)定子繞組。它就象同步直線電動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)定子繞組。當(dāng)沿線布置的變電所向軌道內(nèi)側(cè)的驅(qū)動(dòng)繞當(dāng)沿線布置的變電所向軌道內(nèi)側(cè)的驅(qū)動(dòng)繞組提供三相調(diào)頻調(diào)幅電力時(shí)，承載系統(tǒng)連組提供三相調(diào)頻調(diào)幅電力時(shí)，承載系統(tǒng)連同列車一起就象電機(jī)的同列車一起就象電機(jī)的“轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子”一樣被推一樣被推動(dòng)做直線運(yùn)動(dòng)。動(dòng)做直線運(yùn)動(dòng)。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(qiáng)磁場(chǎng)，列車運(yùn)行時(shí)與布置磁體產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)，列車運(yùn)行時(shí)與布置在地面上的線圈相互作用，產(chǎn)生電動(dòng)斥在地面上的線圈相互作用，產(chǎn)生電動(dòng)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(dá)左右，速度可達(dá)500km/h以上。以上。隨著超導(dǎo)和高溫超導(dǎo)熱的出現(xiàn)，推動(dòng)了超隨著超導(dǎo)和高溫超導(dǎo)熱的出現(xiàn)，推動(dòng)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?yán)贸瑢?dǎo)磁石使車體上浮，通過(guò)周期性車?yán)贸瑢?dǎo)磁石使車體上浮，通過(guò)周期性地變換磁極方向而獲得推進(jìn)動(dòng)力。地變換磁極方向而獲得推進(jìn)動(dòng)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(dāng)?shù)偷臏囟认滤哂械耐耆珜?dǎo)電元件在相當(dāng)?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(wú)法比擬零，而且可以傳導(dǎo)普通導(dǎo)線根本無(wú)法比擬的強(qiáng)大電流，這種特性使其能夠制成體積的強(qiáng)大電流，這種特性使其能夠制成體積小功率強(qiáng)大的電磁鐵。小功率強(qiáng)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(dòng)力集成設(shè)備，車輛上磁體并構(gòu)成感應(yīng)動(dòng)力集成設(shè)備，車輛上的感應(yīng)動(dòng)力集成設(shè)

13、備由動(dòng)力集成繞組、的感應(yīng)動(dòng)力集成設(shè)備由動(dòng)力集成繞組、感應(yīng)動(dòng)力集成超導(dǎo)磁鐵和懸浮導(dǎo)向超導(dǎo)感應(yīng)動(dòng)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(dòng)繞組和磁鐵三部分組成，而列車的驅(qū)動(dòng)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(dòng)原理驅(qū)動(dòng)原理當(dāng)向軌道兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)繞組提供與車輛速度頻當(dāng)向軌道兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)繞組提供與車輛速度頻率相一致的三相交流電時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)移率相一致的三相交流電時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)移動(dòng)的電磁場(chǎng)，因而在列車導(dǎo)軌上產(chǎn)生電磁波，動(dòng)的電磁場(chǎng)，因而在列車導(dǎo)軌上產(chǎn)生電磁波，這時(shí)列車上的車載超導(dǎo)磁體就會(huì)受到一個(gè)與這時(shí)列車上的車載超導(dǎo)磁體就會(huì)受到一個(gè)與移動(dòng)磁場(chǎng)相同步的推力

14、，正是這種推力推動(dòng)移動(dòng)磁場(chǎng)相同步的推力，正是這種推力推動(dòng)列車前進(jìn)。列車前進(jìn)。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(dòng)繞組提供三相交流電，地面導(dǎo)軌兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)繞組提供三相交流電，并與列車下面的動(dòng)力集成繞組產(chǎn)生電感應(yīng)而并與列車下面的動(dòng)力集成繞組產(chǎn)生電感應(yīng)而驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)非接觸性牽引和制動(dòng)。驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)非接觸性牽引和制動(dòng)。磁懸浮列車的優(yōu)點(diǎn)磁懸浮列車的優(yōu)點(diǎn)一、一、快速快速二、二、低耗、經(jīng)濟(jì)低耗、經(jīng)濟(jì)三、三、舒適、安全舒適、安全四、四、無(wú)污染無(wú)污染五、五、爬坡能力強(qiáng)爬坡能力強(qiáng)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(dá)常導(dǎo)磁懸浮列車可達(dá)400-500km/h超導(dǎo)磁懸浮列車可達(dá)超導(dǎo)磁懸浮列車可達(dá)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(jī)更優(yōu)越。間的旅行距離中比乘坐飛機(jī)更優(yōu)越。由于沒(méi)有輪子、無(wú)磨擦等因素，運(yùn)行由于沒(méi)有輪子、無(wú)磨擦等因素，運(yùn)行成本和能耗低是它的又一優(yōu)點(diǎn)。其能成本和能耗低是它的又一優(yōu)點(diǎn)。其能源消耗僅是汽車的一半、飛機(jī)的四分源消耗僅是汽車的一半、飛機(jī)的四分之一；之一；因無(wú)輪軌接觸，震動(dòng)小、舒適性好，因無(wú)輪軌接觸，震動(dòng)小、舒適性好，對(duì)車輛和路軌的維修費(fèi)用也大大減少。對(duì)車輛和路軌的維修費(fèi)用也大大減少。磁懸浮

16、列車在路軌上運(yùn)行，按飛機(jī)的防火標(biāo)磁懸浮列車在路軌上運(yùn)行，按飛機(jī)的防火標(biāo)準(zhǔn)實(shí)行配置。準(zhǔn)實(shí)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(duì)不可能出軌。路軌緊緊摟住，絕對(duì)不可能出軌。列車運(yùn)行的動(dòng)力來(lái)自固定在路軌兩側(cè)的電磁列車運(yùn)行的動(dòng)力來(lái)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(qiáng)度相同，不可能流，同一區(qū)域內(nèi)的電磁流強(qiáng)度相同，不可能出現(xiàn)幾輛列車速度不同或相向而動(dòng)的現(xiàn)象，出現(xiàn)幾輛列車速度不同或相向而動(dòng)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(gè)安全系統(tǒng)可以相互檢測(cè)，自動(dòng)替列車的整個(gè)安全系統(tǒng)可以相互檢測(cè)，自動(dòng)替補(bǔ)

17、，這在其它交通工具是不具備的，因而它補(bǔ)，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(dāng)磁懸浮列車時(shí)速達(dá)當(dāng)磁懸浮列車時(shí)速達(dá)300公里以上時(shí)，噪聲公里以上時(shí)，噪聲只有只有656分貝，僅相當(dāng)于一個(gè)人大聲地說(shuō)話，分貝，僅相當(dāng)于一個(gè)人大聲地說(shuō)話，比汽車駛過(guò)的聲音還?。槐绕囻傔^(guò)的聲音還??；它的磁感應(yīng)強(qiáng)度非常低，與地球磁場(chǎng)相當(dāng)，它的磁感應(yīng)強(qiáng)度非常低，與地球磁場(chǎng)相當(dāng)，遠(yuǎn)低于家用電器。由于它以電為動(dòng)力，在遠(yuǎn)低于家用電器。由于它以電為動(dòng)力，在軌道沿線不會(huì)排放廢氣，無(wú)污染，是一種軌道沿線不會(huì)排放廢氣，無(wú)污染，是一種名副其實(shí)的綠色交通工具。名副其實(shí)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(guò)平米以上的高架通過(guò)平地或翻越山丘，從而避免了開(kāi)山挖溝對(duì)生地或翻越山丘，從而避免了開(kāi)山挖溝對(duì)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(wèn)題目前存在的技術(shù)問(wèn)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(dòng)功能的，斷電后磁懸浮的安全保障措施，尤其動(dòng)功能的，斷電后磁懸浮的安