直線電機(jī)在城市軌道交通系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、直線電機(jī)在城市軌道交通系統(tǒng)中的應(yīng)用摘要：介紹了直線電機(jī)工作原理和直線電機(jī)電動車特點(diǎn)，以及日本利用直線電機(jī)的地鐵和常導(dǎo)磁懸浮交通系統(tǒng)開展的概況。關(guān)鍵詞：直線電機(jī)；城市軌道交通；地鐵；磁懸??；電動車城市交通在城市的開展過程中愈來愈重要，而城市軌道交通占據(jù)突出的位置。由于近年來科學(xué)技術(shù)的開展和進(jìn)步，包括地鐵、輕軌交通、單軌交通、新交通系統(tǒng)以及磁懸浮交通系統(tǒng)等城市軌道交通的形式變化多樣。在改善城市交通的時(shí)候，各個(gè)城市根據(jù)自己城市的詳細(xì)特點(diǎn)選擇交通系統(tǒng)的范圍也更寬。平安、舒適、高密度運(yùn)行，通過引入新技術(shù)到達(dá)節(jié)能，保護(hù)環(huán)境，降低本錢，從構(gòu)造和性能上采取措施，不斷進(jìn)展改良，保持先進(jìn)性是城市軌道交通存在的價(jià)值

2、。在城市軌道交通系統(tǒng)中，根據(jù)車輛的特點(diǎn)，采用直線電機(jī)作為驅(qū)動電機(jī)又提供了一種新的選擇。1直線電機(jī)的工作原理通常，電動機(jī)是旋轉(zhuǎn)型的。定子包圍著圓筒形的轉(zhuǎn)子，定子形成磁場，在轉(zhuǎn)子中流過電流，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩。而直線電機(jī)那么是將兩個(gè)圓筒形部件展開成平板狀，面對面，定子在相應(yīng)于轉(zhuǎn)子挪動的長度方向上延長，轉(zhuǎn)子通過一定的方式被支承起來，并保持穩(wěn)定，形成轉(zhuǎn)子和定子之間的空隙。直流電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)、同步電機(jī)等都可做成直線電機(jī)，但是，直流電機(jī)在構(gòu)造上無法做成無整流子型，所以，直線電機(jī)一般為感應(yīng)電動機(jī)和同步電動機(jī)。這些交流電動機(jī)的1次側(cè)有作為定子側(cè)的，也有作為轉(zhuǎn)子側(cè)即挪動體側(cè)的。例如，超導(dǎo)磁懸浮中，同步電動機(jī)的定

3、子地上是1次側(cè)，旋轉(zhuǎn)磁場在地上挪動；而地鐵的直線電機(jī)，感應(yīng)電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場裝在車上，2次側(cè)固定在地上。前者的空隙靠左右導(dǎo)向線圈保持，而后者靠車輪保持。產(chǎn)生推進(jìn)力的原理與電動機(jī)產(chǎn)生力矩的原理一樣，在直線電機(jī)地鐵中，安裝在轉(zhuǎn)向架上的直線電動機(jī)沿前進(jìn)方向產(chǎn)生挪動磁常讓面對該磁嘗安裝在地上的反作用板相當(dāng)于2次線圈中通過2次電流渦電流，由這個(gè)2次電流切割磁場產(chǎn)生的力作為反作用力，安裝在轉(zhuǎn)向架上的直線電動機(jī)得到推進(jìn)力。直線電機(jī)的根本缺點(diǎn)是很難將定子與轉(zhuǎn)子空隙做成象旋轉(zhuǎn)式電機(jī)那么小，旋轉(zhuǎn)式是無限循環(huán)的，而直線電動機(jī)是有端頭的。為此，泄漏磁通多，電氣機(jī)械能量轉(zhuǎn)換的效率低，假如要得到一樣的輸出，逆變器的容量需要

4、比旋轉(zhuǎn)式大。2直線電機(jī)電動車的特點(diǎn)在使用旋轉(zhuǎn)式電機(jī)的電動車中，一般是通過齒輪減速將旋轉(zhuǎn)力矩轉(zhuǎn)換為列車的牽引力，同時(shí)也受到輪軌間粘著的限制。直線電機(jī)電動車的推進(jìn)力和制動力都利用直線電機(jī)，如上所述，有1次側(cè)在車上和地上2種。1次側(cè)在車上時(shí)，要將vvvf逆變器和直線電機(jī)裝載在車上，使車輛重量增加，車輛價(jià)格高；但在地面上的設(shè)備僅只有反作用板，又降低了建立費(fèi)用。1次側(cè)在車上的方式已在一局部地鐵得到了實(shí)際應(yīng)用。在直線電機(jī)的電動車中，推進(jìn)力由鋪設(shè)在鋼軌間的反作用板直接傳遞，所以不受粘著的限制，有可能從滑行和空轉(zhuǎn)產(chǎn)生的各種問題中解脫出來，有利于通過大坡道最大坡度可達(dá)6080和小半徑曲線最小半徑為50的線路。此

5、外，由于直線電機(jī)無轉(zhuǎn)動部件，所以不需要軸承和光滑機(jī)構(gòu)，使之構(gòu)造簡單，延長壽命，這是其最大的特點(diǎn)。在旋轉(zhuǎn)電動機(jī)中，旋轉(zhuǎn)力矩與其直徑的平方成正比，所以要得到大的旋轉(zhuǎn)力矩，電動機(jī)的直徑就要增大，在直線電機(jī)中，這相當(dāng)于將相應(yīng)的局部在長度方向延長，而高度方向可以減校在大型電機(jī)中，假如是1級齒輪減速，車輪直徑也必須加大；而在直線電機(jī)驅(qū)動中，那么不必如此，所以，可以減小車輪的直徑，這將使車輛的地板面的高度降低。以上的優(yōu)點(diǎn)就是小斷面地鐵采用直線電機(jī)電動車的理由。但是，直線電機(jī)的效率低，與一樣的地鐵比，電力的消耗量多，除這個(gè)缺點(diǎn)外，上述的優(yōu)點(diǎn)也有不能充分發(fā)揮的時(shí)候。因?yàn)椴皇苷持拗疲栽跔恳龝r(shí)，線路的坡度可以

6、取大；但是，在制動時(shí)，假如電氣制動失效，就必須依賴于機(jī)械制動，這受粘著控制，所以，線路的坡度又不能太大。此外，由于直線電機(jī)是扁平狀的設(shè)備，車輛地板面的高度可以降低，這時(shí)車輪的直徑也可以減校但直徑小的車輪磨耗會加快，所以實(shí)際上不能太校由于扁平狀直線電機(jī)的長度可以加長，所以，一臺轉(zhuǎn)向架裝一臺電機(jī)即可，這就是如今的直線電機(jī)地鐵為全動車編組的理由之一。3直線電機(jī)電動車在日本的應(yīng)用和開展3.1直線電機(jī)地鐵在建立地鐵的本錢中，開鑿地下隧道的本錢占了很大一塊，采用直線電機(jī)電動車對降低開鑿地下隧道的本錢，從而對降低整個(gè)地鐵的建立本錢非常有利。以日本為例，普通地下鐵隧道的直徑為5.8，而直線電機(jī)地鐵隧道的直徑為

7、4.04.3，見圖1?？梢怨浪?，后者隧道工程的開鑿量可比前者減少1/3左右，這意味著地鐵的本錢將大大下降。此外，與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相比，直線電機(jī)的形狀平坦，因此可以降低車輛地板面高度和減少整個(gè)車輛尺寸，但這并不影響車輛內(nèi)部的空間，即不會對旅客帶來不便。直線電機(jī)只是產(chǎn)生車輛的驅(qū)動力，車輛仍使用鋼制車輪和鋼軌作為支承和導(dǎo)向系統(tǒng)。在日本，直線電機(jī)地鐵已在東京和大阪投入運(yùn)用，這2個(gè)直線電機(jī)地鐵的概況見表1。表中直線電機(jī)地鐵車輛的控制系統(tǒng)均為帶再生制動的vvvf逆變器控制，并均采用鋁合金車體，車輛定員為90100人。圖2為東京都營12-000型直線電機(jī)地鐵動車的外形照片。橫濱、神戶、福岡的直線電機(jī)地鐵也正在建立

8、或規(guī)劃中。3.2常導(dǎo)磁懸浮交通系統(tǒng)常導(dǎo)磁懸浮交通系統(tǒng)與現(xiàn)行的鐵道相比，是全新的交通系統(tǒng)。由于走行裝置與軌道不接觸，所以，噪聲與振動很小，根本上不發(fā)生磨耗，在環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)性和維修方面都較為優(yōu)越，利用其可通過大坡道和小半徑曲線線路的特點(diǎn)，作為一種新型城市軌道交通是可行的，經(jīng)過多年的開發(fā)研究，最高速度為100k/h的hsst-100型車輛將在名古屋等城市得到應(yīng)用。表2是hsst-100s型和hsst-100l型2種試驗(yàn)車輛的主要參數(shù)。圖3是hsst-100l型試驗(yàn)車輛系統(tǒng)斷面圖。在名古屋采用hsst的線路稱作東部丘陵線，總投資額1000億日元，全長9k，設(shè)9個(gè)車站，預(yù)估客流量3萬人/日，最大坡度60，最小曲線半徑75，無人駕駛，每列3輛編組，共8列，頂峰時(shí)每編組乘車人員約400人，供電電源為d1500v，由梁兩側(cè)剛性接觸網(wǎng)供電，在線路中間地點(diǎn)設(shè)置1個(gè)變電所，另外，還設(shè)有車輛檢修基地。這條線路預(yù)計(jì)2022年3月開業(yè)通車。直線電機(jī)地鐵雖然有不少優(yōu)點(diǎn)，如建立本錢低、通過大坡道才能強(qiáng)、轉(zhuǎn)彎曲線半徑孝維修少、運(yùn)行平穩(wěn)等，并已經(jīng)在一些城市得到運(yùn)用，但其載客量少，所以，目前只能作為現(xiàn)有地鐵的補(bǔ)充。常導(dǎo)磁懸浮交通系統(tǒng)與現(xiàn)行的