高速磁悬浮思考题.doc

0.磁悬浮技术与高速轮轨技术相比优势何在？磁悬浮(1) 速度高：常导磁悬浮可达4 0 0 — 5 0 0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/小时的高速度使其在1 0 0 0至1 5 0 0公里的距离 X围可与航空竞争2) 能耗低：据德国资料，在3 0 0公里/小时的速度下，磁悬浮比ICE3高速轮 轨能耗少2 8%3) 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 的开展，器件可靠性将不断提高4) 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TR05、06、07、08有什么不同，各有什么进步？解决了什么问题？〔1〕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〔2〕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，禾U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〔3〕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/h1993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〔4〕1997年4月，在汉诺威博览会上展出了 transrapid的最新产品一设计速度为 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？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，而次级如此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根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?15Kv、1200A、250Hz〕；德国TR采用同步的带轭铁的长定子直线电动机，三相交流〔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响轨 （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与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一样产生斥力，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系统与日本的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、次级线圈之间根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丨后才能起浮〔4〕电动悬浮系统在应用速度下，悬浮间隙较大，不需要进展主动控制〔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系统主要由哪几局部组成？其各自的主要功能是什么?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并借助于在运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 行过程中产生电磁推力来推动和维持列车运行7某某磁悬浮交通示 X线的根本技术参数与其特点某某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，某某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X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某某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， 铁路底部如此安装线圈。

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一样， 两者 同性相斥"，排斥力使列车悬浮起来铁轨两侧 某 某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〕所排斥一一结果是一推'’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，至U2014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〕大大防止路堤和路堑，因而防止对风景地貌的破坏〔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， 将减少有害物质与噪声的产生， 降低用于公路和 航空交通的能耗〔石油〕简要分析，为什么TR磁悬浮铁路在一样运行速度下， 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）假如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 X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、车厢门与电气线路耐火至少30 min，着火。