磁悬浮列车的原理

1、磁悬浮列车磁悬浮列车相关内容相关内容v一、电磁感应现象一、电磁感应现象v二、法拉第电磁感应定律二、法拉第电磁感应定律v三、楞次定律三、楞次定律v四、超导现象四、超导现象电磁感应现象电磁感应现象v无论采用什么方式，只要引起穿无论采用什么方式，只要引起穿过闭合回路的磁通量发生变化，过闭合回路的磁通量发生变化，回路中一定产生感应电流，电流回路中一定产生感应电流，电流大小由回路电阻和感应电动势的大小由回路电阻和感应电动势的大小决定。大小决定。法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律v电路中感应电动势的大小，跟穿电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成过这一电路的磁通量的变化率成正比。正比。

2、vE=n/ t楞次定律楞次定律v感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。感应电流的磁通量的变化。超导现象超导现象v金属的电阻率随温度的降低而减小。金属的电阻率随温度的降低而减小。有些物质当温度降低到绝对零度附近有些物质当温度降低到绝对零度附近时，它们的电阻率回突然减小到无法时，它们的电阻率回突然减小到无法测量的程度，可以认为它们的电阻突测量的程度，可以认为它们的电阻突然变为零。然变为零。v当电流通过超导材料时，电路中几乎当电流通过超导材料时，电路中几乎没有电能的损失，同时电路中将产生没有电能的损失，同时电路中将产生强磁场。强磁场。v 什么是磁悬浮什么是磁

3、悬浮v 磁悬浮列车的种类磁悬浮列车的种类v 目前存在的技术问题目前存在的技术问题v 磁悬浮列车的优点磁悬浮列车的优点磁悬浮列车综述（一）磁悬浮列车综述（一）v 磁悬浮技术的研究源于德国，早在磁悬浮技术的研究源于德国，早在1922年年Hermann Kemper先生就提出了电磁悬浮原先生就提出了电磁悬浮原理，并于理，并于1934年申请了磁浮列车的专利。年申请了磁浮列车的专利。v 70年代以后，根据当时轮轨极限速度的理论，年代以后，根据当时轮轨极限速度的理论，科研工作者们认为，轮轨方式运输所能达到科研工作者们认为，轮轨方式运输所能达到的极限速度为每小时的极限速度为每小时350公里左右，要想超公里左

4、右，要想超越这一速度运行，必须采取不依赖于轮轨的越这一速度运行，必须采取不依赖于轮轨的新式运输系统。新式运输系统。 磁悬浮列车综述（二）磁悬浮列车综述（二）v 德国开发的磁悬浮列车德国开发的磁悬浮列车Transrapid于于1989年在埃姆斯兰试验线上达到年在埃姆斯兰试验线上达到436km/h的速的速度。日本开发的磁悬浮列车度。日本开发的磁悬浮列车MAGLEV (Magnetically Levitated Trains)于于1997年年12月在山梨县的试验线上创造出月在山梨县的试验线上创造出550km/h的的世界最高纪录。世界最高纪录。磁悬浮列车综述（三）磁悬浮列车综述（三）v 虽然磁悬浮列

5、车仍然属于陆上有轨交通运虽然磁悬浮列车仍然属于陆上有轨交通运输系统，并保留了轨道、道岔和车辆转向输系统，并保留了轨道、道岔和车辆转向架及悬挂系统等许多传统机车车辆的特点，架及悬挂系统等许多传统机车车辆的特点，但由于列车在牵引运行时与轨道之间无机但由于列车在牵引运行时与轨道之间无机械接触，因此从根本上克服了传统列车轮械接触，因此从根本上克服了传统列车轮轨粘着限制、机械噪声和磨损等问题，所轨粘着限制、机械噪声和磨损等问题，所以它也许会成为人们梦寐以求的理想陆上以它也许会成为人们梦寐以求的理想陆上交通工具。交通工具。v稍有物理知识的人都知道：把两块磁稍有物理知识的人都知道：把两块磁铁相同的一极靠近，

6、它们就相互排斥，铁相同的一极靠近，它们就相互排斥，反之，把相反的一极靠近，它们就互反之，把相反的一极靠近，它们就互相吸引。相吸引。v磁悬浮列车实际上是依靠电磁吸力或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向，实现列车与地面轨道间的无机械接触，接触，大大减小运行阻力，达到高速大大减小运行阻力，达到高速运行的目的。运行的目的。磁悬浮列车的原理（一）磁悬浮列车的原理（一）磁悬浮列车的原理（二）磁悬浮列车的原理（二）v磁悬浮列车采用长定子同步直流电机将磁悬浮列车采用长定子同步直流电机将电供至地面线圈，驱动列车高速行

7、驶。电供至地面线圈，驱动列车高速行驶。v磁悬浮列车主要依靠电磁力来实现传统磁悬浮列车主要依靠电磁力来实现传统铁路中的支撑、导向、牵引和制动功能。铁路中的支撑、导向、牵引和制动功能。列车在运行过程中，与轨道保持一定距列车在运行过程中，与轨道保持一定距离，处于一种离，处于一种“若即若离若即若离”的状态。的状态。磁悬浮列车的种类磁悬浮列车的种类v由于磁铁有同性相斥和异性相吸两种形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种类。式，故磁悬浮列车也有两种相应的种类。v常导磁吸型和超导磁斥型常导磁吸型和超导磁斥型v这两种磁悬浮列车各有优缺点和不同的这两种磁悬浮列车各有优缺点和不同的经

8、济技术指标，德国青睐前者，集中精经济技术指标，德国青睐前者，集中精力研制常导高速磁悬浮技术力研制常导高速磁悬浮技术;而日本则而日本则看好后者，全力投入高速超导磁悬浮技看好后者，全力投入高速超导磁悬浮技术之中。术之中。常导磁吸型常导磁吸型v常导型也称常导磁吸型，以德国高速常导型也称常导磁吸型，以德国高速常导磁浮列车常导磁浮列车transrapid为代表，它是为代表，它是利用普通直流电磁铁电磁吸力的原理利用普通直流电磁铁电磁吸力的原理将列车悬起，悬浮的间隙较小，一般将列车悬起，悬浮的间隙较小，一般为为10mm左右。常导型高速磁悬浮列左右。常导型高速磁悬浮列车的速度可达车的速度可达400500km/

9、h，适合于，适合于城市间的长距离快速运输。城市间的长距离快速运输。v在车体底部及两侧倒转向上的顶部安装在车体底部及两侧倒转向上的顶部安装磁铁，在磁铁，在T形导轨的上方和伸臂部分下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磁铁的电流，使电磁铁和导轨间保持1015mm的间隙，并使导轨钢板的吸的间隙，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。浮于车道的导轨面上运行。驱动原理驱动原理v 常导磁悬浮列车的驱动运用同步直线电动常导磁悬浮列车的驱动运用同步直线电

10、动机的原理。机的原理。v 车辆下部支撑电磁铁线圈的作用就象是同车辆下部支撑电磁铁线圈的作用就象是同步直线电动机的励磁线圈，地面轨道内侧步直线电动机的励磁线圈，地面轨道内侧的三相移动磁场驱动绕组起到电枢的作用，的三相移动磁场驱动绕组起到电枢的作用，它就象同步直线电动机的长定子绕组。它就象同步直线电动机的长定子绕组。v 当沿线布置的变电所向轨道内侧的驱动绕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，承载系统连组提供三相调频调幅电力时，承载系统连同列车一起就象电机的同列车一起就象电机的“转子转子”一样被推一样被推动做直线运动。动做直线运动。超导磁斥型超导磁斥型v超导型磁悬浮列车也称

11、超导磁斥型，以超导型磁悬浮列车也称超导磁斥型，以日本日本MAGLEV为代表。它是利用超导为代表。它是利用超导磁体产生的强磁场，列车运行时与布置磁体产生的强磁场，列车运行时与布置在地面上的线圈相互作用，产生电动斥在地面上的线圈相互作用，产生电动斥力将列车悬起，悬浮间隙较大，一般为力将列车悬起，悬浮间隙较大，一般为100mm左右，速度可达左右，速度可达500km/h以上。以上。v 随着超导和高温超导热的出现，推动了超随着超导和高温超导热的出现，推动了超导磁悬浮列车的研制。这种超导磁悬浮列导磁悬浮列车的研制。这种超导磁悬浮列车利用超导磁石使车体上浮，通过周期性车利用超导磁石使车体上浮，通过周期性地变

12、换磁极方向而获得推进动力。地变换磁极方向而获得推进动力。v 超导磁悬浮列车的最主要特征就是其超导超导磁悬浮列车的最主要特征就是其超导元件在相当低的温度下所具有的完全导电元件在相当低的温度下所具有的完全导电性和完全抗磁性。超导磁铁是由超导材料性和完全抗磁性。超导磁铁是由超导材料制成的超导线圈构成，它不仅电流阻力为制成的超导线圈构成，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。小功率强大的电磁铁。v超导磁悬浮列车的车辆上装有车载超导超导磁悬浮列车的车辆上装有车载超

13、导磁体并构成感应动力集成设备，车辆上磁体并构成感应动力集成设备，车辆上的感应动力集成设备由动力集成绕组、的感应动力集成设备由动力集成绕组、感应动力集成超导磁铁和悬浮导向超导感应动力集成超导磁铁和悬浮导向超导磁铁三部分组成，而列车的驱动绕组和磁铁三部分组成，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。悬浮导向绕组均安装在地面导轨两侧。驱动原理驱动原理v 当向轨道两侧的驱动绕组提供与车辆速度频当向轨道两侧的驱动绕组提供与车辆速度频率相一致的三相交流电时，就会产生一个移率相一致的三相交流电时，就会产生一个移动的电磁场，因而在列车导轨上产生电磁波，动的电磁场，因而在列车导轨上产生电磁波，这时列

14、车上的车载超导磁体就会受到一个与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，正是这种推力推动移动磁场相同步的推力，正是这种推力推动列车前进。列车前进。v 超导磁悬浮列车也是由沿线分布的变电所向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，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并与列车下面的动力集成绕组产生电感应而驱动，实现非接触性牵引和制动。驱动，实现非接触性牵引和制动。磁悬浮列车的优点磁悬浮列车的优点v一、快速一、快速v二、低耗、经济二、低耗、经济v三、舒适、安全三、舒适、安全v四、无污染四、无污染v五、爬坡

15、能力强五、爬坡能力强v汽车的速度为汽车的速度为50-150km/h，高速列车，高速列车为为250-350km / h；v常导磁悬浮列车可达常导磁悬浮列车可达400-500km/hv超导磁悬浮列车可达超导磁悬浮列车可达500-600km/h。v它的高速度使其在它的高速度使其在1000至至1500公里之公里之间的旅行距离中比乘坐飞机更优越。间的旅行距离中比乘坐飞机更优越。v由于没有轮子、无磨擦等因素，运行由于没有轮子、无磨擦等因素，运行成本和能耗低是它的又一优点。其能成本和能耗低是它的又一优点。其能源消耗仅是汽车的一半、飞机的四分源消耗仅是汽车的一半、飞机的四分之一；之一；v因无轮轨接触，震动小、

16、舒适性好，因无轮轨接触，震动小、舒适性好，对车辆和路轨的维修费用也大大减少。对车辆和路轨的维修费用也大大减少。v 磁悬浮列车在路轨上运行，按飞机的防火标磁悬浮列车在路轨上运行，按飞机的防火标准实行配置。准实行配置。v 它的车厢下端像伸出了两排弯曲的胳膊，将它的车厢下端像伸出了两排弯曲的胳膊，将路轨紧紧搂住，绝对不可能出轨。路轨紧紧搂住，绝对不可能出轨。v 列车运行的动力来自固定在路轨两侧的电磁列车运行的动力来自固定在路轨两侧的电磁流，同一区域内的电磁流强度相同，不可能流，同一区域内的电磁流强度相同，不可能出现几辆列车速度不同或相向而动的现象，出现几辆列车速度不同或相向而动的现象，从而排除了列车

17、追尾或相撞的可能。从而排除了列车追尾或相撞的可能。v 列车的整个安全系统可以相互检测，自动替列车的整个安全系统可以相互检测，自动替补，这在其它交通工具是不具备的，因而它补，这在其它交通工具是不具备的，因而它是一种高安全度的交通工具。是一种高安全度的交通工具。v 当磁悬浮列车时速达当磁悬浮列车时速达300公里以上时，噪声公里以上时，噪声只有只有656分贝，仅相当于一个人大声地说话，分贝，仅相当于一个人大声地说话，比汽车驶过的声音还小；比汽车驶过的声音还小；v 它的磁感应强度非常低，与地球磁场相当，它的磁感应强度非常低，与地球磁场相当，远低于家用电器。由于它以电为动力，在远低于家用电器。由于它以电

18、为动力，在轨道沿线不会排放废气，无污染，是一种轨道沿线不会排放废气，无污染，是一种名副其实的绿色交通工具。名副其实的绿色交通工具。v 磁悬浮列车一般以磁悬浮列车一般以4.5米以上的高架通过平米以上的高架通过平地或翻越山丘，从而避免了开山挖沟对生地或翻越山丘，从而避免了开山挖沟对生态环境造成的破坏。态环境造成的破坏。v磁悬浮列车的爬坡能力为磁悬浮列车的爬坡能力为100%，而，而一般铁路的最高坡度只有一般铁路的最高坡度只有40%。目前存在的技术问题目前存在的技术问题v 由于磁悬浮系统是以电磁力完成悬浮、导向和驱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，尤其动功能的，断电后磁悬浮的安