浙江大学高速磁悬浮列车思考题.pdf

0.磁悬浮技术与高速轮轨技术相比优势何在？速度高常导磁悬浮可达４００—５００公里／小时，超导磁悬浮可达５００—６００公里／小时 轮轨高速的最高运营速度一般认为不宜超过４００公里／小时磁悬浮的高速度使其在１０００至１５００公里的距离范围可与航空竞争能耗低据德国资料， 在３００公里／小时的速度下，磁悬浮比ＩＣＥ３高速轮轨能耗少２８％维修少磁悬浮列车属于无磨损运行，要维修的主要是电气设备随着电子工业的发展，器件可靠性将不断提高无污染采用电力驱动，无需燃油， 无有害气体排放此外还有噪音小（在速度较低时极明显）、乘坐舒适、爬坡能力强、通过的曲线半径小、加速减速快等优点1.TR05 、 06、07、08 有什么不同，各有什么进步？解决了什么问题？1979年, 世界第一列准许载客的长定子动力装置磁悬浮列车TR05 在汉堡国际运输展览会运行在为期三周的展览会中,TR05客超过 50000 人1980 年, 在 Emsland 的 Transrapid 测试中心开始建筑导轨和TR06 试验车 该车有 2 节, 长 54m, 重 102t , 有 192 个座位 , 利用电磁悬浮和制导系统, 动力装置使用同步长定子线性感应电机 , 设计速度为400km/h 。

1988 年 1 月, TR06 创下载人时速为412.6km/h 的记录1987年,TVE建成了耗资7.8 亿马克 ,可以在与实际应用相似的条件下, 用于长期运行的有两个环、总长 31.5km 的闭合轨道 ;并开始研究设计目标最高速度为500km/h 的应用车 TR07 TR07由两节构成 ,总长 51m ; , 车重 92t, 利用电磁悬浮和导向系统, 使用同步长定子线性感应电动机作动力装置, 额定气隙10mm;, 运行速度在300-500km/h 1993 年 6 月 10 日, 在普通的运行条件下,TR07在 TVE创下了速度达450km/h 的新世界记录1997 年 4 月, 在汉诺威博览会上展出了transrapid 的最新产品—设计速度为550km/h 、有 6 节客车的 .TR08, 它就是将在柏林一汉堡的路线上运行的磁悬浮列车原型它比.TR07更轻, 更符合空气动力学, 噪声更小 , 更经济在气温不同的长大干线上，如果车辆过长会遇到什么问题？如何解决？利用电机学中学过的方法加以分析3直线电机与旋转电机有何异同？分析与计算难点何在？如何解决？旋转电机工作原理：通过定子的旋转磁场在转子中产生感应电流，从而产生电磁转矩，转子中并不直接产生磁场。

因此，转子的转速一定是小于同步速的，也因此叫做异步电机而同步电机转子本身产生固定方向的磁场，定子旋转磁场“拖着”转子磁场转动,因此转子的转速一定等于同步速，也因此叫做同步电机直线电机工作原理：直线电机的原理并不复杂．设想把一台旋转运动的感应电动机沿着半径的方向剖开，并且展平，这就成了一台直线感应电动机在直线电机中，相当于旋转电机定子的，叫初级；相当于旋转电机转子的，叫次级 初级中通以交流，次级就在电磁力的作用下沿着初级做直线运动这时初级要做得很长，延伸到运动所需要达到的位置，而次级则不需要那么长实际上， 直线电机既可以把初级做得很长，也可以把次级做得很长；既可以初级固定、次级移动，也可以次级固定、初级移动虽然直线电机的基本工作原理与旋转电机相似，但是直线电机由于铁芯的开断形成了两个边端， 因此存在着与旋转电机不同的地方，由于铁芯在磁场移动的方向上是开断的，长度也是有限的， 它不像旋转电机那样有闭合的圆环状态，在旋转电机中， 旋转磁场始终在这闭合的环形气隙中运动而在直线电机中，对移动磁场而言，存在一个“入口端”和一个“出口端” 初级绕组的不连续造成各相绕组所处磁场有差异，因而各相绕组的阻抗也不对称。

此外在扁平型直线电机中，当电磁电隙与初级铁芯宽度的比值较大，而次级宽度又等于初级铁芯宽度时， 又会引起横向边缘处磁场的削弱，同时一般扁平型直线电机的次级均用整块导体板制成， 因此在次级导体板中所感应的电流是涡流，它不仅有横向的分量，还存在着纵向的分量 以上这些因素均为引起直线电机气隙中移动磁场的畸变，造成电机的出力减小和损耗增加德国 TR磁悬浮铁路和日本的HSST磁悬浮铁路牵引电机的主要区别是什么？德国 TR 采用同步的带轭铁的长定子直线电动机，三相交流（15Kv、1200A、250Hz） ；日本 MLU 采用同步的不用轭轨的长定子直线电动机，三相交流（22Kv、1000A、56Hz） 德国常导磁悬浮TR 系统采用了长定子直线同步电机（LSM）驱动，悬浮和导向采用电磁悬浮 EMS原理，利用在车体底部的可控悬浮电磁铁和安装在导轨底面的铁磁反应轨(定子部件 )之间的吸引力使列车浮起，导向磁铁从侧面使车辆与轨道保持一定的侧向距离，保持运行轨迹 高度可靠的电磁控制系统保证列车与轨道之间的平均悬浮间隙保持在10mm，两边横向气隙均为8～10mm日本超导磁悬浮MLX 系统采用了长定子直线同步电机（LSM）驱动。

在导轨侧壁安装有悬浮及导向绕组 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， 控制每组悬浮绕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产生斥力，使得车辆悬浮起来，悬浮高度为100mm如果车辆在平面上远离了导轨的中心位置，系统会自动在导轨每侧的悬浮绕组中产生磁场，并且使得偏离侧的地面磁场与车体的超导磁场产生吸引力，靠近侧的地面磁场与车体磁场产生排斥力，从而保持车体不偏离导轨的中心位置目前世界上主要有哪几种类型的磁悬浮铁路系统？其各自的主要技术特点是什么？磁悬浮列车从悬浮机理上可分为：电磁悬浮（EMS) 和电动悬浮 (EDS) 电磁悬浮 (EMS)也称为磁吸式悬浮1.一般采用 “ T” 形导轨，车辆环抱导轨运行2.导轨上的驱动、悬浮绕组安装在导轨侧翼底部，车辆上的驱动、悬浮绕组安装在车辆下翼的上缘，通过电磁作用将列车向上吸起悬浮于轨道上3.磁铁和铁磁轨道之间的悬浮气隙一般约为8-12mm 4.通过控制悬浮磁铁的励磁电流来保证稳定的悬浮气隙5.德国的 TR系统及日本的HSST系统均采用这种悬浮方式6.这种悬浮方式由于采用磁铁异性相吸的原理，磁场在直线电机的初级、次级线圈之间基本上可以形成闭合回路，磁场向外界扩散较少，电磁污染程度很低，磁场对人的影响可以忽略不计电动悬浮 (EDS) 也称为磁斥式磁悬浮1.当列车运动时，地面绕组产生的磁场与车辆绕组产生的磁场同性相斥将车辆悬浮起来2.电动悬浮的悬浮高度一般约为100-150mm 3.与电磁悬浮相比，电动悬浮系统在静止时不能悬浮，必须达到一定的运行速度（120-150km/h ）后才能起浮4.电动悬浮系统在应用速度下，悬浮间隙较大，不需要进行主动控制5.电动悬浮可以采用“ ⊥” 形、 “ 一” 形、 “ U”形导轨6.EDS 采用磁铁同性相斥的原理，初、次极线圈所产生的磁场在直线电机内部不能闭合，故其电磁污染比磁吸式磁悬浮要大许多6。

德国 Transrapid系统主要由哪几部分组成？其各自的主要功能是什么？磁悬浮列车大体可分为三个部分: a.悬浮系统 :主要依靠轨道底部线圈和车载电磁铁之间产生电动斥力来实现b.导向系统 :主要依赖于轨道侧壁线圈和车载电磁铁相互作用来实现c.动力系统 :根据 Maxwell 电磁场动力学理论,采用直线电机作为动力系统,并借助于在运行过程中产生电磁推力来推动和维持列车运行7上海磁悬浮交通示范线的基本技术参数及其特点上海磁悬浮列车设计时速431 公里 /小时，实际时速约380 公里 /小时，转弯处半径达8000 米，上海磁悬浮列车肉眼观察几乎是一条直线，最小的半径也达1300 米乘客不会有不适感轨道全线两边50 米范围内装有目前国际上最先进的隔离装置磁悬浮列车的车窗是减速玻璃， 乘客可以更好的观赏窗外的风景减速玻璃在与车体接触的边缘处有弧度变形，正因为这个弧度可以使车外景物在透过弧度时发生变形，从而影响车内乘客的视觉，产生减速的效果并且在挡风玻璃边缘都有渐淡的点状黑色装饰边，同样也起到一定效果上海磁悬浮列车是世界上第一段投入商业运行的高速磁悬浮列车，设计最高运行速度为每小时 430 公里，仅次于飞机的飞行时速。

磁悬浮列车上装有电磁体，铁路底部则安装线圈通电后， 地面线圈产生的磁场极性与列车上的电磁体极性总保持相同，两者“同性相斥”，排斥力使列车悬浮起来铁轨两侧上海磁悬浮列车也装有线圈，交流电使线圈变为电磁体它与列车上的电磁体相互作用，使列车前进列车头的电磁体（N 极）被轨道上靠前一点的电磁体（S极）所吸引，同时被轨道上稍后一点的电磁体（N 极）所排斥——结果是一“推”一“拉”磁悬浮列车运行时与轨道保持一定的间隙（一般为1—10cm） ，因此运行安全、平稳舒适、无噪声，可以实现全自动化运行 磁悬浮列车的使用寿命可达35 年，而普通轮轨列车只有20—25 年磁悬浮列车路轨的寿命是80 年，普通路轨只有60 年此外，磁悬浮列车启动后39 秒内即达到最高速度目前的最高时速是日本磁浮火车在2003 年达到的581 公里 /小时据德国科学家预测，到 2014 年，磁悬浮列车采用新技术后，时速将达1000 公里而目前中国的轮轨列车运营速度最高时速为486 公里（法国TGV 电气火车最高时速在2007 年的测试中达到过574.8公里 /小时）为什么说磁悬浮铁路是有利于环境保护的有轨交通系统？磁悬浮高速铁路符合经济性和生态保护的要求，因为其新的技术构思使其投入不仅具有经济性， 而且与环境具有较好的相容性。

与其它交通系统相比，磁悬浮高速铁路环境方面具有以下特点 : （1）由于采用无接触技术，没有滚动和牵引噪声（2）不依赖于天然能源，如石油（3）不排放废气和其它有害物质，无橡胶磨损碎末，不会因换道碴而产生碎石粉末（4）线路（高架或地面低置）占地少（5）不妨害野生动物、两栖动物、微生物的通道（6）不必沿线路留出绝对无植被的路带（7）大大避免路堤和路堑，因而避免对风景地貌的破坏（8）由于线路采用架空型式，且可以使用较大的坡度和较小的转弯半径，使磁悬浮高速铁路具有良好的适应地势的能力（9）对地质结构和水文地质状况影响小（与公路和传统铁路相比）此外，由于使用汽车和飞机的旅客往这一新的交通系统转移，将减少有害物质及噪声的 产生，降低用于公路和航空交通的能耗（石油）简要分析，为什么TR 磁悬浮铁路在相同运行速度下，转弯半径可以比传统的轮轨铁路小？列车在曲线上的允许通过速度主要取决于由舒适度决定的未平衡离心加速度的限值，欧美国家一般规定不超过0．1g(约 1m／s2)若要提高曲线的通过速度，就要设置大的外轨超高来平衡离心加速度，超高越大，允许的通过速度越高轮轨高速铁路最大超高一般不大于200mm(约相当于80)，而德国常导磁悬浮允许的最大曲线超高为120，这样以同样速度通过曲线时，磁悬浮可以把曲线半径做得更小。

10为什么说磁悬浮铁路比传统铁路更安全，更舒适？根据分析已确认: TR磁悬浮高速列车系统是目前世界范围内最安全的交通系统，其原因如下 : （1）列车环抱着线路，因而脱轨是绝对不可能的2）由于采用线路侧同步直线电机驱动，线路分段供电，在同一供电线路段内，只可能有一列列车，列车对撞或追尾相撞都是绝对不可能的3）车体防火严格按民航飞机的标准，车体采用阻燃材料电气线路中采用不含卤族元素的电线，在车箱底板下设置防火报警器即使意外着火， 舱壁、车厢门及电气线路耐火至少30 min，着火的车厢中的乘客可疏散到相邻的车厢列车可以保持悬浮达到就近的停车点疏散乘客并实施其他救援工作在紧急情况下， 磁悬浮列车辆可超载50%，以保证着火的车厢的乘客向相邻两节车厢疏散4）救援停车点每隔十到几十公里一个，视线路具体情况而定，保证列车在运行中的任何位置仅依靠已有的动能和势能，借助涡流制动器。