第4章电力与电气工程技术4 2 7磁悬浮交通系统

电气工程学院

吴命利范瑜教授第四章交通运输电气技术4.2.7磁悬浮交通系统（1）磁悬浮交通系统的分类磁悬浮列车高速磁悬浮电磁式悬浮，长定子常导直线同步电动机驱动电动式悬浮，

长定子超导

直线同步电

动机驱动中低速磁悬浮电磁式悬浮，

常导短定子

直线感应电

动机驱动永磁（半）悬浮，常导短定子直线感应电动机驱动磁悬浮列车还有其他一些类型，上述分类只针对已经商业运营或已有1:1样车及试验线的磁悬浮交通系统。23上海高速磁悬浮（电磁式，运营）日本高速磁悬浮（电动式，试验）日本中低速磁悬浮（电磁式，运营）德国中低速磁悬浮（永磁式，拆除）（2）中低速电磁式磁悬浮列车中国首条自主设计制造的中低速磁浮线路——长沙磁浮线路，2016年试运营。北京中低速磁浮列车S1线“玲龙号”，2016年12月下线。5磁浮球系统：根据恩绍（Earnshaw）定律，仅仅依靠电磁铁或永久磁铁，不可能与另一铁磁或永磁体产生稳定的磁悬浮。但可以通过反馈控制来实现。电磁铁驱动

控制器器传感器传感器将铁球与电磁铁间隙大小的信号传递给控制器，控制器铁球调节驱动器的电流大小，使电磁铁的吸力得到调节，铁球稳定悬浮。电磁式（吸力型）磁悬浮原理传感器电磁铁轨道梁下方装有槽钢（F轨）电磁铁通电后与钢板互相吸引列车推进采用短定子直线感应电机，F轨上面铺设铝反应板车辆装有带电磁铁的“两臂”控制系统根据间隙控制电磁铁电流的大小，以保持稳定悬浮导向可由磁力线“对中效应”产生中低速电磁式磁悬浮列车原理上部槽钢的与U型电磁铁对准时磁阻最小。当车辆偏离中线时，为达到磁阻最小，下部磁铁与槽钢会有较大的水平（拉回）分力，起到导向作用。垂直分量水平分量磁力线1、为节省材料，驱动用的直线感应电机定子（铁心与绕组）在车上（短）；直线感应电机的反应板（铝板与槽钢复合）安装在轨道上（长）。中低速电磁式磁悬浮列车的特点2、由于车上的定子需要供电，所以一般用接触式受流系统（接触轨+集电器）。93、磁悬浮系统与驱动系统相互独立。4、因运行速度较低（一般<100km/h），磁浮的水平分力即可起到对中作用，所以无须专门的导向控制系统。10（3）高速电磁式磁悬浮列车直线感应电机虽然成本低，但功率因数与效率差，且对气隙敏感，因此，高速磁悬浮一般采用功率因数与效率高的直线同步电机驱动。上海磁悬浮悬浮原理与常导直线感应电机磁悬浮类似，但推进同步直线电机在轨道梁上，并与悬浮系统一体化。高速电磁式磁悬浮列车的原理直线同步电机的推进、悬浮一体化高速电磁式磁悬浮列车的特点1234同步电机的定子与磁极（动子）在车同步电机动子磁极需要单独的导向控磁极都需要供电，上，虽然功率小且是直流电磁铁，因制系统。但定子功率大电压为直流，可由车载此可以兼做悬浮磁高，且需要三相交电池供电，但电池铁，不需要独立的流变频电源，因此不能持久供电，需磁悬浮系统。一般安装在在轨道要由同步直线电机梁上（长定子），上附加的齿谐波发可解决高速接触轨电机“无线”充电供电的技术困难。。（4）高速电动式磁悬浮列车电磁式磁悬浮的悬浮高度仅为10mm左右，高速运行时对反馈控制系统的要求非常高，而加大气隙则能耗过大。为解决这个问题，提出了采用超导电机的高速磁悬浮列车方案。车上的磁极线圈采用了低温超导体，不需要很大的外部电源，又可以减小线圈尺寸。这个励磁线圈同时起悬浮电磁铁、同步电机磁极、导向线圈的作用。高速电动式磁悬浮列车原理悬浮与导向线圈定子推进线圈轨道梁侧壁车轮支撑轨道18S超导磁铁NS超导磁铁的N极接近一个

8字线圈时，根据楞次定律，下环将感应出一个N极磁场，抵抗磁通变化，根据下环电流方向，上环将产生一个S极磁场。下推上拉，产生磁悬浮。超导磁铁NS利用8字线圈产生电动式磁悬浮8字线圈导轨侧墙有8字形悬浮线圈与三相绕组车辆两侧有超导电磁铁三相绕组与车辆电磁铁作用高速前进8字线圈内感应出电流形成磁场，将超导线圈推拉上浮，同时可起到导向作用悬浮力需要车运动产生，故称为“电动式”磁悬浮高速电动式磁悬浮列车的特点1、由于采用了超导电机，不仅车辆与轨道之间的气隙大、节能、车辆轻，而且可以省去长定子的铁心。3、“8字线圈”不仅可以产生悬浮作用，还有对中作用，因此不需要独立的导向控制系统。2、由于电动式磁悬浮是自稳定的，故不需要复杂的反馈控制系统。4、列车只有高速运动时，才会产生磁悬浮，静止和低速时不能悬浮，因此需要像飞机起落架一样的车轮。（5）永磁式磁悬浮列车根据恩绍定律，完全采用永久磁铁，不能实现稳定的电磁式磁悬浮。但如果借助机械限位轮，可实现“半磁悬浮”，如前东德柏林的半磁浮列车M-Bahn。限位轮永磁式磁悬浮列车原理永磁式磁悬浮列车的特点特点—永磁同步电机兼悬浮与推进作用，类似常导电磁式长定子方案，但不能采用反馈控制，载客量受限。二三动子是永磁，不仅用于悬浮，还用做直线永磁推进电机的磁极，比较节能。由于限位轮存在摩擦，车速不能太高，而且永磁磁极吸附铁磁物质难以清除