中低速磁悬浮与轻轨、地铁的比较
16页1、1中低速磁悬浮在城市轨道交通中的运用磁悬浮技术的研究源于德国,1922 年德国工程师赫尔曼肯佩尔 提出了电磁悬浮原理,1934 年他申请了磁悬浮列车的专利,1953 年完 成科学报告电子悬浮导向的电力驱动铁路机车车辆。20 世纪 70 年代以后,世界工业化国家经济实力不断加强,为提高交通运输能力以 适应经济发展的需要,德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等发 达国家相继开始对磁悬浮运输系统进行开发,并取得令人瞩目的进展。磁悬浮列车与传统轮轨列车不同,它用电磁力将列车浮起,导向 和驱动。在运行时不与轨道发生摩擦,中低速磁悬浮列车(时速小于 200km)在运行时发出的噪声非常低。此外,磁悬浮列车还具有速度 高,制动快,爬坡能力强,转弯半径小,振动小,舒适性好等优点。 在修建城市轨道交通线路的造价攀升的情况下,中低速磁悬浮线的性 能价格比好的优势得以显示出来。1 磁悬浮技术的种类目前,载人试验获得成功的磁浮列车系统有 3 种,它们的磁悬原 理和系统技术完全不同,不能兼容。 (1)用常导磁吸式(EMS)进行悬浮导向,同步长定子直线电机驱动 的高速磁浮列车系统。以德国的 TR(Trans rap
2、id)磁浮列车系统为 代表。TR 采用常规电导吸引的方式进行悬浮和导向,悬浮的气隙较小, 一般为 10mm 左右;由地面一次控制的直线同步电机驱动。我国上海 机场磁悬浮线就是引进的德国 TR 系统 (2)采用超导磁斥式(EDS)进行悬浮和导向,同步长定子直线电机 驱动的高速磁浮列车系统。高速超导磁悬浮列车以日本的 ML 系统为代表。车上的超导线圈 在低温下进入超导状态,通电后产生很强的磁场,列车运动时,超导 磁体使线路上的导体产生感应电流,该电流也将产生磁场,并与车上 的超导磁体形成斥力,使车辆悬浮(悬浮高度较大,一般为 100mm 左 右)。列车由地面一次控制的线性同步电机进行驱动,同步电机定子2三相绕组铺设在地面线路两侧,无需通过弓网受电方式供电。 (3)采用常导磁吸式(EMS)进行悬浮和导向,异步短定子直线电机 驱动的中低速磁浮列车系统。以日本的 HSST 为代表,采用常规电导吸引的方式进行悬浮和导 向,悬浮的气隙较小,一般为 10mm 左右,采用车载一次控制的直线 感应电机驱动。由于需要通过导电轨和受流器向车辆供电而限制了提 速,列车最高速度比上述两种磁浮列车低。日本于 197
3、4 年开始 HSST 的开发,以最高速度以 100300km/h 为目标速度,用于城市近郊运输 以及市中心与机场之间的中转运输。2 中低速磁悬浮交通系统组成中低速磁悬浮交通系统主要由线路、车辆、轨道、道岔、供电、 信号、站场、等子系统构成。城市轨道交通系统都是以车辆为核心进 行设计、运营,中低速磁悬浮车辆与轮轨车辆在驱动方式、技术特征 方面的根本差异,导致其他子系统技术上也有很大的变化,某些技术 已经超出传统轨道交通的技术领域。 中低速磁悬浮交通系统供电、信号、线路、站场的设计与现运营 的轨道交通系统理念、技术路线相同,可采用已有的成熟可靠的技术, 仅针对磁悬浮车辆的技术特点进行专项设计和改进即可。但车辆、轨 道、道岔的设计策略由于磁悬浮技术的引入产生了根本性的变革,需 要专业的研发、验证。国内外研究机构、厂商已经进行了大量的前期 工作,其中日本 HSST 中低速磁悬浮系统已经商业运营近 10 年,运行 情况良好,充分展示了其技术成熟,独具特点和优势;国内也修建了 实验线路,已证明是安全可靠的。32.1 车辆技术从功能角度上看轨道车辆都是人员从一个地点安全、舒适地运送 到另一个地点,车
4、辆与人的人机界面都是一样的,与之对应的车体、 座椅、门、空调、灯、PIS 系统在技术层面不存在差异,可采用轨道 车辆成熟技术甚至产品。但如何开发运输装载人的车体则采用了不同 的思路,用磁悬浮技术代替了车轮,随之必须用直线电机替代旋转电 机和轮对组成的驱动系统,接着形成了承载车辆、悬挂电磁铁和直线 电机的悬浮架,与之配合的轨道也变成了 F 轨形状。从系统上看,正 是磁悬浮技术的应用改变了整个系统的技术形态。2.2 磁悬浮技术 磁悬浮系统有常导电磁吸力悬浮(Electrical Magnetic Suspension,EMS)、超导电动斥力悬浮、永久磁铁悬浮 3 种基本的悬 浮方式。这里讲述的车辆采用 EMS 技术。磁悬浮系统由控制器、传感 器、电磁铁、F 轨道构成。控制器采用二电平的 H 型斩波电路、电流 环和位置双环 PID 控制策略。测量间隙的传感器采用电涡流原理,冗 余设计,以适应轨缝和提高可靠性。电磁铁采用铝制导线绕制,选择 具有导磁性好、强度足够高的钢材作为铁心和极板。F 轨道用耐候钢 轧制而成。国内乘凉磁悬浮系统的关键部件技术、控制技术已经得到 充分验证,成熟可靠,技术水平完
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