交通运输工程学（第3版）课件 第十篇第2章 课件 磁悬浮交通

交通运输工程学

（第3版）教育部战略性新兴领域“十三五”高等教育教材第十篇第二章磁悬浮交通磁悬浮交通定义与分类常导电磁悬浮型磁浮交通超导电动悬浮型磁浮交通高温超导钉扎悬浮型磁浮交通

一定义与分类利用磁力支承/导向/推进列车的非接触式轨道交通系统，简称为“磁浮交通”车轨之间的作用力是非接触式分布力无脱轨风险，机械噪声和环境振动小速度可达600km/h以上，填补了高速列车和民航飞机之间的速度空白磁悬浮(MAGLEV)交通一定义与分类一定义与分类悬浮模式电磁悬浮型（EMS）电动悬浮型（EDS）高温超导钉扎悬浮型（SPL）超导EDS永磁EDS磁力类型电磁吸力电磁感应斥力电磁感应斥力磁通钉扎力悬浮高度8~10mm80~100mm50~100mm10~20mm悬浮稳定性本质不稳定需主动控制自稳定自稳定自稳定车载磁体常导电磁铁超导线圈磁体永磁体高温超导块材磁体运用温度常温极低温常温极低温地面导轨铁轨铝或铜制线圈铝板或铜板永磁导轨起浮时列车速度0120~150km/h30~50km/h0纵向磁阻力小低速大，高速小低速大，高速小小适用速度范围中低速，高速高速，超高速高速，超高速中低速，高速工程应用情况(截至2024年)中、日、韩运营线在建日本中央新干线无无不同悬浮模式磁浮车辆及轨道技术特点二常导电磁悬浮型磁浮交通——电磁悬浮原理电磁悬浮导向原理利用电磁铁与铁轨之间的吸力将车辆抬起吸力与电流平方成正比，与间隙平方成反比通过实时调节电流改变磁力，维持10mm悬浮间隙PID悬浮控制算法比例环节根据间隙偏差调节电磁铁电压积分环节消除荷载变化导致的间隙静态偏差微分环节根据间隙变化速度调节电磁铁电压二常导电磁悬浮型磁浮交通——电磁推进原理电磁推进技术原理长定子直线同步电机LSM：定子安装在轨道上，定子绕组通三相电流，励磁悬浮电磁铁为转子，用于高速磁浮交通短定子直线感应电机LIM：定子安装在车辆上，地面铝/铜板为转子，用于中低速磁浮交通二常导电磁悬浮型磁浮交通——车辆与轨道结构常导高速磁浮车辆结构示意图常导高速磁浮轨道结构示意图车辆底部两侧布满电磁铁，额定电流20~30A多个电磁铁在纵向上能以折线方式通过曲线链式走行结构允许前后电磁铁之间发生小范围的垂向和横向相对运动，实现电磁铁之间机械解耦车体和悬浮框之间横向和纵向相对运动通过摆杆摆动补偿，空气弹簧基本不承受横向力磁浮列车“抱”轨运行，大量采用了高架线路轨道功能件由定子铁芯、导向板、滑行板及连接件组成，与电磁铁一起实现悬浮/导向/驱动功能轨道功能件沿纵向间隔布置，磁浮线路是有缝的定子面既是电磁铁作用面，又是直线电机作用面，其安装精度要求很高桥梁长度必须是功能件单元长度的整数倍，严格控制控制其竖向变形，确保列车稳定舒适运行三超导电动悬浮型磁浮交通——悬浮与推进原理电磁推进原理恒定电流的超导磁体作为动子在U型轨道的侧壁安装驱动线圈（定子）驱动线圈中通三相电流，产生行波磁场，与超导线圈(动子)产生纵向力，驱动列车前进三相电流反相后，产生纵向制动力电动悬浮导向原理运动超导磁体使地面闭合线圈产生感应电流和感应磁场，与超导磁体相互作用，为车辆提供悬浮力电动磁力与列车速度成正比，理论上运行速度越高，悬浮力越大，悬浮间隙也越大列车速度较低时，需要胶轮为车辆提供辅助支撑三超导电动悬浮型磁浮交通——车辆与轨道结构地面线圈与U型轨道轨道侧壁梁和底座板分开预制，现场组装侧壁梁采用无磁钢筋混凝土制作悬浮导向线圈和驱动线圈在工厂内预先安装成标准模组，与侧壁梁预埋连接件相连超导电动磁浮车辆磁体磁场强度可达4T，列车采用了铰接式悬浮架悬浮架由超导磁体、构架、二系悬挂系统、液氦制冷系统、辅助支承导向系统等组成超导磁体含4个超导线圈，相邻线圈的极性相反，配备超低温维持系统四高温超导钉扎悬浮型磁浮交通——悬浮原理

使用非理想第二类高温超导体，人为通过加工变形、热处理、掺杂等方式造成材料的不均匀性，这些异常区形成的位能势阱，能制止超导体内部的磁通涡旋线移动，对穿透的磁通线进行“束缚”，这种现象被称为磁通钉扎。高温超导体在外磁场中的磁通钉扎力既能表现为吸力，也能表现为斥力

与常规导体不同，高温超导体的电阻近似为零，阻碍外磁场变化而产生的感应电流会在超导体内一直循环下去，感应电流产生的磁场与轨道磁场方向相反，产生悬浮力平衡悬浮体重量，并提供横向稳定所需的导向力，从而实现稳定悬浮四高温超导钉扎悬浮型磁浮交通——车辆与轨道结构

高温超导钉扎悬浮车辆的承载能力与永磁导轨上方的磁场强度和梯度有关，早期研究中永磁导轨上下具有对称的磁场分布，车辆悬浮导向仅利用了其上部