《轨道交通车辆新技术》课件 5-2-1探究超导磁悬浮技术

日本技术引领全球革新超导磁悬浮技术01超导磁悬浮技术的应用02日本超导磁悬浮技术CONTENTS超导磁悬浮技术的应用超导磁浮原理将一块磁铁放在超导盘上，由于超导盘的排斥力，磁铁悬浮在超导盘的上方。磁铁与超导盘超导悬浮在工程技术中可以被大大利用，超导悬浮列车就是一例。超导悬浮列车使列车悬浮起来，与轨道脱离接触，这样列车在运行时的阻力降低很多。悬浮列车的作用沿轨道“飞行”的速度可达500km/h，远远高于传统列车。悬浮列车的速度超导磁浮优点超导磁浮应用利用超导磁体实现磁浮具有质量轻、耗电少的特点，适用于高铁等交通工具。低温系统优点利用超导磁体实现磁浮在低温系统方面具有低能耗、客运和货运的优势。推进效率高利用超导磁体实现磁浮可同时实现悬浮、导向和推进，提高推进直线同步电机效率。悬浮间隙大利用超导磁体实现磁浮具有悬浮间隙大，一般可大于100mm的特点。速度高利用超导磁体实现磁浮具有速度高，可达到500km/h以上的优势。日本超导磁悬浮技术超导磁铁材料日本超导磁浮列车上使用的超导绕组采用铌钛合金制造，在-269℃的温度下呈现超导状态。超导线圈超导线圈放置在低温容器内，上部为液氦冷冻机，每个容器需要100L液氦，每年液氦消耗量为百分之几。磁场极性一个超导磁铁共产生4个N、S极交叉排列的磁场极性，为了提高超导磁铁的热效率，还在绕组外面设置了防热辐射板。超导磁铁驱动原理常规电力机车通过受电弓从接触网接受电力，传送给设在转向架上的传统旋转电机，以驱动列车行驶。电力机车牵引方式日本ML超导磁浮列车采用长定子直线电机驱动，而德国TR磁浮系统和日本航空的HSST磁浮系统的驱动力均设在车辆的底部。ML超导磁浮列车驱动方式超高速磁浮铁路采用地面推进绕组相互串联的分区设计，只在车辆通过该分区时绕组才接通电流，以达到节约能源的目的。节能措施日本超导磁浮车辆通过安装超导磁铁，利用前方地面磁场与车辆超导磁场的极性相反而产生吸力，实现车辆向前运动。车辆推进原理悬浮系统电磁悬浮原理磁浮铁路利用电磁悬浮、电动悬浮的原理将列车悬浮在导轨上方，从而消除了轮轨接触所引起的摩擦、振动等不利因素。日本超高速磁浮列车的侧壁悬浮原理是，当车辆高速通过时，车辆上的超导磁场会在导轨侧壁的悬浮绕组中产生感应电流和感应磁场。控制每组悬浮组上侧的磁场极性与车辆超导磁场的极性相反从而产生引力，下侧极性与超导磁场极性相同而产生斥力，使得车辆悬浮起来。由于导轨产生的悬浮磁场为感应磁场，列车运行速度越高，则悬浮力越大。当列车运行速度低于120km/h时，超导磁浮车辆依靠安装在转向架底部的车轮支承行驶。侧壁悬浮原理悬浮磁场与速度关系运行速度与悬浮力关系导向原理导向定义导向是指在横断面上保证车辆的中心不偏离轨道中心，传统轮轨接触型铁路，列车的导向是通过轮缘与钢轨的相互作用实现的。磁浮车辆在高速运行过程中必须保证与导轨不能有任何形式的接触，不仅在车辆地面不能接触，而且当遇到曲线等情况时也不能与侧壁接触。因此需要建立完善的导向机制，日本的磁浮铁路在导轨侧壁安装有悬浮及导向绕组，当车辆偏离导轨中心时，系统会自动产生磁场。由于导轨产生的导向磁场也为感应磁场，所以列车运行速度越高，产生的导向力越大，当列车低速运行时，所产生的导向力较小。日本的超导磁浮车辆当列车低速运行时，所产生的导向力较小，不足以使车辆自动导向，此时依靠安装在转向架两侧的导向车轮完成导向功能。磁浮车辆导向导向力产生导向车轮导向机制建立供电技术变电站介绍01试验线专用变电站占地面积35000m²，内有接收电力设备及变电设备，于1995年10月在都留市小形山建成，从东京电力公司供电。供电设备运行02接收电力设备为双路(常用、备用),电压为154kV,主变压器的容量为60MV·A(东海道新干线为100MV·A)，故主变压器完全满足列车行驶要求。变流器控制03超导磁浮铁路的变电站需按列车运行控制要求及时改变输入电流及频率，使磁浮列车严格按照设定程序自动行驶，实现列车无人驾驶运行。供电技术变流器(Inverter)控制单元由整流器、中间直流环节和逆变器组成，构成“交-直-交”形式的变流结构。变流器组成变流器将交流电转换为直流电，然后再经逆变器将该直流电变换为频率、幅值和相位可控的三相交流电，经输出变压器提供给行驶中的列车。交流电变换超导磁浮铁路的轨道没有控制信号(轨道电路)，因此将驱动绕组按一定间隔分段，按列车的位置切换供电开关，确保前后列车的运行安全。供电系统应用变流器电力转换变流器将电力公司提供的商用频率的电力转换为控制列车速度所需要的频率，北线变流器提供的电力频率范围为0～56Hz，对应的列车速度为0～550km/h。非接触式供电形式处于超导状态的超导磁铁一旦通电后将半永久性地流动不息，行驶时没有必要像普通电力机车那样从外部供电，但车内电气设备也需要大量电力。供电技术供电技术感应发电装置对于超高速磁浮铁路，电力不可能像城市轨道交通那样靠供电轨或架空线提供，