高速磁浮列車控制系統(tǒng)課件

第七章

高速磁浮列車控制系統(tǒng)第七章

高速磁浮列車控制系統(tǒng)17.1概述直線電機(jī)牽引是目前最先進(jìn)的牽引方式之一，技術(shù)成熟。用于地面運(yùn)輸車輛的直線電機(jī)，給人們印象最深的是高速磁懸浮列車，事實(shí)上，直線電機(jī)是用作為地鐵（或輕軌）車輛的動(dòng)力。在這種驅(qū)動(dòng)方式中，車輛的支撐和導(dǎo)向與傳統(tǒng)的用旋轉(zhuǎn)式電機(jī)驅(qū)動(dòng)的鐵道車輛一樣是依靠車輪和軌道來(lái)完成的，而推進(jìn)力則是由直線感應(yīng)電機(jī)（Linear

Induction

Motor簡(jiǎn)稱LIM）產(chǎn)生，車速最高達(dá)70km/h左右。7.1概述直線電機(jī)牽引是目前最先進(jìn)的牽2加拿大的多倫多溫哥華空中列車線馬來(lái)西亞吉隆坡PUTRAⅡ線紐約肯尼迪機(jī)場(chǎng)線LIM驅(qū)動(dòng)的輕軌車輛已運(yùn)營(yíng)多年。在日本大阪地鐵的鶴見綠地線電動(dòng)車輛（大阪交通局70型車輛）、東京地鐵的都營(yíng)12號(hào)線電動(dòng)車輛（東京交通局12-000型車輛），福岡地鐵3號(hào)線也計(jì)劃采用LIM驅(qū)動(dòng)方式。

目前至少5個(gè)國(guó)家、9條軌道交通線中得到應(yīng)用，建成的線路總里程超過(guò)180km。

一、應(yīng)用情況加拿大的多倫多一、應(yīng)用情況3二、主要特點(diǎn)然而，降低工程造價(jià)又是我國(guó)發(fā)展城市軌道交通的首要問(wèn)題，我國(guó)地鐵造價(jià)中土建費(fèi)占35%-45%。日本專家認(rèn)為地鐵建設(shè)費(fèi)中約60%為隧道建設(shè)費(fèi)。在地鐵造價(jià)日益膨脹的今天，LIM驅(qū)動(dòng)的小斷面地鐵車輛為我們提供了一種降低造價(jià)的選擇。二、主要特點(diǎn)然而，降低工程造價(jià)又是我國(guó)發(fā)展城4二、主要特點(diǎn)LTM車輛有著斷面小、爬坡能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)彎半徑小、良好的牽引和制動(dòng)性能、噪聲小、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。但是與普通的旋轉(zhuǎn)電機(jī)相比，它的效率和功率因數(shù)低。直線電機(jī)系統(tǒng)一次側(cè)和二次側(cè)的氣隙對(duì)LIM的性能影響較大，所以對(duì)軌道、反作用板、軌枕的尺寸精度及安裝精度，LIM的安裝精度及支撐結(jié)構(gòu)都相應(yīng)有較高的要求。二、主要特點(diǎn)LTM車輛有著斷面小、爬坡能力5三、我國(guó)直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)展我國(guó)早在上世紀(jì)80年代已開始這種渠道方式的運(yùn)載系統(tǒng)，但一直處于系統(tǒng)選擇可行性研究，到了上世紀(jì)90年代，隨著磁懸浮鐵路系統(tǒng)試驗(yàn)線及試驗(yàn)車的研制，開始了直線電機(jī)及其控制系統(tǒng)設(shè)備研制。但至今還未在城市軌道交通直線電機(jī)運(yùn)載系統(tǒng)這個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)廣泛的科技攻關(guān)研究工作。三、我國(guó)直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)展我國(guó)早在上世紀(jì)806三、我國(guó)直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)展其中北京市軌道交通首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)線，為體現(xiàn)機(jī)場(chǎng)線的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)北京市軌道交通跨越式發(fā)展，根據(jù)沿線的環(huán)境要求，最后決定采用低噪音的新型交通制式直線電機(jī)系統(tǒng)。廣州市地質(zhì)條件復(fù)雜，建成區(qū)建筑物密集，加上珠江水系的影響，線路必須多次穿越珠江。廣州市軌道交通四、五號(hào)線車輛供應(yīng)商是日本川崎重工業(yè)公司，四號(hào)線直線電機(jī)系統(tǒng)采用日本技術(shù)。三、我國(guó)直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)展其中北京市軌道交通首都國(guó)7上海磁浮車（德國(guó)TR08）磁浮車是一種新的交通工具，研究的重點(diǎn)上海磁浮車（德國(guó)TR08）磁浮車是一種新的交通工具，研究的重8HSST磁浮車（日本）HSST磁浮車（日本）9西南交大MST-1磁浮車高速磁浮列車控制系統(tǒng)ppt課件10青城山磁浮車青城山磁浮車11國(guó)防科大磁浮車國(guó)防科大磁浮車12一、基本結(jié)構(gòu)7.2直線感應(yīng)電機(jī)的基本運(yùn)行原理簡(jiǎn)單地說(shuō)，直線電機(jī)的初級(jí)就好象把普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子按徑向剖開并將它拉直，次級(jí)亦按這種方式處理，作為初級(jí)的一列線圈按一定的相序通電流，初、次級(jí)之間就會(huì)產(chǎn)生電磁力。一、基本結(jié)構(gòu)7.2直線感應(yīng)電機(jī)的基本運(yùn)行原理13一、基本結(jié)構(gòu)允許次級(jí)（或初級(jí)）運(yùn)動(dòng)，就意味著“籠型”在一端出現(xiàn)而使初級(jí)線圈在另一端裸露時(shí)電動(dòng)機(jī)失去了越來(lái)越大的部分，由此可見，如果需要以一定功率運(yùn)動(dòng)較長(zhǎng)距離，初級(jí)或次級(jí)就必須延長(zhǎng)。由此得到兩類不同的直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，即“短初級(jí)（或短定子）電機(jī)”和“短次級(jí)（或長(zhǎng)定子）電機(jī)”。一、基本結(jié)構(gòu)允許次級(jí)（或初級(jí)）運(yùn)動(dòng)，就意味著“籠型14一、基本結(jié)構(gòu)一般地說(shuō)，短初級(jí)電機(jī)的制造成本和運(yùn)行成本要比短次級(jí)低得多。另外，次級(jí)在結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化，通常制成為一片導(dǎo)體.在這種結(jié)構(gòu)中，除了電機(jī)所產(chǎn)生的切向電磁推力外，在初、次級(jí)內(nèi)表面之間還存大著一種純磁拉力。為了消除這種因結(jié)構(gòu)不對(duì)稱而引起的失衡磁拉力，人們?cè)O(shè)計(jì)了一種雙邊型直線電機(jī)，次級(jí)導(dǎo)體不再嵌在槽中而是在氣隙中工作。在結(jié)構(gòu)上是一片結(jié)實(shí)的導(dǎo)體。電機(jī)的初級(jí)有二個(gè)，分別對(duì)稱布置在次級(jí)兩邊，這種電機(jī)亦稱為“片狀轉(zhuǎn)子”的直線感應(yīng)電機(jī)。一、基本結(jié)構(gòu)一般地說(shuō)，短初級(jí)電機(jī)的制造成本15一、基本結(jié)構(gòu)一、基本結(jié)構(gòu)16磁浮列車?yán)弥本€電機(jī)實(shí)現(xiàn)牽引、制動(dòng)磁浮列車?yán)弥本€電機(jī)實(shí)現(xiàn)牽引、制動(dòng)17短初級(jí)直線異步電機(jī)（HSST）短初級(jí)直線異步電機(jī)（HSST）18長(zhǎng)初級(jí)直線異步電機(jī)（西南交大）長(zhǎng)初級(jí)直線異步電機(jī)（西南交大）19一、基本結(jié)構(gòu)直線電機(jī)用于牽引應(yīng)用，把初級(jí)裝在車上，次級(jí)作為軌道本身是最佳方案。這時(shí)次級(jí)又稱為反應(yīng)板或反應(yīng)軌道，初級(jí)和次級(jí)之間表面之間存在的磁拉力（推力），這種磁拉力有助于減小輪軌之間的壓力，減小磨損。一、基本結(jié)構(gòu)直線電機(jī)用于牽引應(yīng)用，把初級(jí)裝20二、運(yùn)行原理定子通入上述交流電產(chǎn)生的磁通，根據(jù)楞次定律，將在動(dòng)體的金屬板上感應(yīng)出渦流。根據(jù)費(fèi)萊明法則，渦流電流Ie和磁通密度B將產(chǎn)生連續(xù)的推力F，由于正推力遠(yuǎn)大于負(fù)推力，作用于車輛的力主要是正推力，這就是LIM的工作原理。二、運(yùn)行原理定子通入上述交流電產(chǎn)生的磁通，根據(jù)楞次21三、LIM特點(diǎn)1）LIM的形狀是扁平形的，且不需減速裝置，如采用小直徑的車輪則車廂距軌面的高度可以降低，有利于車輛的小型化，降低車輛地板面高度，這也可以使隧道的斷面面積大大減小，從而使地鐵的建設(shè)費(fèi)用降低。東京地鐵的都營(yíng)12號(hào)線與都營(yíng)新宿線的隧道斷面比較圖，前者的隧道內(nèi)斷面的面積只相當(dāng)于后者的48.1%。三、LIM特點(diǎn)1）LIM的形狀是扁平形的，且不需減22三、LIM特點(diǎn)2）LIM驅(qū)動(dòng)的地鐵車輛不是依賴輪軌的粘著來(lái)推動(dòng)和制動(dòng)的，它的爬坡能力不受粘著的限制，與傳統(tǒng)的地鐵車輛相比，它能行走在更陡的坡道上。日本的實(shí)驗(yàn)車輛的爬坡能力為80‰，大阪地鐵鶴見綠地線的最大坡道為50‰，采用較大的坡道有利于將地鐵車站設(shè)置在距地面較淺的位置，這樣可以節(jié)省建設(shè)費(fèi)用，并使乘客感到方便。三、LIM特點(diǎn)2）LIM驅(qū)動(dòng)的地鐵車輛不是依23三、LIM特點(diǎn)3）LIM驅(qū)動(dòng)的地鐵車輛的車輪只起到支撐及導(dǎo)向的作用，故左右車輪可以做成獨(dú)立旋轉(zhuǎn)的，從而克服急轉(zhuǎn)彎時(shí)內(nèi)軌和外軌產(chǎn)生路徑差的問(wèn)題。同時(shí)由于轉(zhuǎn)向架上不用安裝旋轉(zhuǎn)式電機(jī)，增大了轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)的自由度，使LIM驅(qū)動(dòng)的地鐵車輛能夠行走在更小的轉(zhuǎn)彎半徑上。日本的實(shí)驗(yàn)線路的最小轉(zhuǎn)彎半徑為50m，大阪地鐵鶴見綠地線的最小轉(zhuǎn)彎半徑為100m。采用小轉(zhuǎn)彎半徑及大坡道使地鐵選線的自由度大大提高，便于回避地下的障礙物，節(jié)省建設(shè)費(fèi)用。三、LIM特點(diǎn)3）LIM驅(qū)動(dòng)的地鐵車輛的車輪只24三、LIM特點(diǎn)4）由于LIM驅(qū)動(dòng)不用減速裝置，所以沒(méi)有電機(jī)的旋