磁懸浮力車工作原理

1、磁懸浮列車工作原理,陳述人：鄭文琛pb02011062,（一）應用背景,,1922 Hermann Kemper提出 電磁懸浮原理,1970’s,工業(yè)化發(fā)展,要求提高運輸能力,,輪軌極限速度,非接觸式運輸系統(tǒng),V<=350km/h,,磁懸浮列車,（二）磁懸浮系統(tǒng)類型,電磁懸浮系統(tǒng)（Electro Magnetic System）:依靠在機車上的電磁鐵和導軌上的鐵磁軌道相互吸引產(chǎn)生懸浮,屬吸力懸浮系統(tǒng),并主要應用于德國常導磁懸

2、浮列車系列.(左圖)電力懸浮系統(tǒng)（Electro Dynamic System）:將磁鐵使用在運動的機車上以在導軌上產(chǎn)生感應電流,進而產(chǎn)生電磁斥力以支撐和導向列車.屬斥力懸浮系統(tǒng),并主要應用于日本超導磁懸浮列車系列.(右圖),(三)工作原理,磁懸浮列車大體可分為三個部分:懸浮系統(tǒng):主要依靠軌道底部線圈和車載電磁鐵之間產(chǎn)生電動斥力來實現(xiàn).導向系統(tǒng):主要依賴于軌道側壁線圈和車載電磁鐵相互作用來實現(xiàn).動力系統(tǒng):根據(jù)Maxwell電磁場

3、動力學理論,采用直線電機作為動力系統(tǒng),并借助于在運行過程中產(chǎn)生電磁推力來推動和維持列車運行.,1.懸浮系統(tǒng),Meissner效應:當金屬處在超導狀態(tài)時,超導體表面產(chǎn)生感應電流,進而產(chǎn)生附加磁場與外部磁場抵消,內部的磁感應強度為零.此時附加場和外部場相作用產(chǎn)生的電磁斥力可以將超導體懸起.超導體的兩個重要特性：零電阻和抗磁性。,實際模型,在列車每節(jié)車廂兩側底側,裝載有6~8個超導磁體,并通過液氦作為冷卻系統(tǒng).當列車起到或進站時,列車依靠

4、車輪行駛,隨著列車加速,導軌線圈通電,根據(jù)Meissner效應,車與軌之間產(chǎn)生電動斥力,(數(shù)量級為103N/m2)從而實現(xiàn)懸浮.,2.懸浮系統(tǒng),導向系統(tǒng)依靠軌道兩側的線圈,按照實際所需的橫向傾角的大小,對線圈中的交變電流進行調節(jié),進而提供所需的導向力. 假設轉子受到擾動，偏離其參考位置，這時傳感器檢測出轉子偏離參考點的位移，控制器將檢測的位移變換成控制信號，然后功率放大器將信號轉換成控制電流，并在執(zhí)行磁鐵中產(chǎn)生磁力，從而驅動轉子返

5、回到原來平衡位置。因此，不論轉子受到哪個方向的擾動，轉子始終能處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。,3.動力推進系統(tǒng),直觀模擬:軌道兩側裝有線圈，交流電使線圈變?yōu)殡姶朋w，它與列車上的磁鐵相互作用。列車行駛時,車頭的磁鐵（N極）被軌道上靠前一點的電磁體（S極）所吸引,同時被軌道上稍后一點的電磁體（N極）所排斥,使列車前進。然后在線圈里流動的電流反向,其結果就是原來那個S極線圈，現(xiàn)在變?yōu)镹極線圈了，反之亦然?！　∵@樣，列車由于電磁極性的轉換而得以持續(xù)向前

6、奔馳。,直線電機,直線同步電機:其初級繞組沿軌道鋪設,次級繞組安裝在車體上, 在初級繞組中通入三相交流電, 氣隙中產(chǎn)生平移磁場,該磁場切割次級導體, 產(chǎn)生電磁感應, 誘發(fā)磁場,該磁場與原有平移磁場方向相反,最終在路軌和車體間產(chǎn)生電磁推力.,數(shù)學模擬(一),,數(shù)學模擬(二),,Maxwell方程組:,空間介質條件:,,,(1),(低頻),數(shù)學模擬(三),1.定子繞組電流與轉子感應電流的組合效應在定子表面產(chǎn)生磁場:,其中:,為峰值,k為波數(shù)

7、,w為移動磁場的角頻率,2.轉子板或反應軌內部:,3.在空氣隙:,,,,,(1),(1),數(shù)學模擬(四),電磁邊界條件:,1.y=0轉子板中心處:,2.y=b處的切向方向:,3.y=b處的法向方向:,,4.y=b+,處感應電流:,數(shù)學模擬(五),取近似條件:,則可以求得施加于轉子每單位體積的切向力:,,初略計算:取鋁電導率:,=3.54,107,轉差率: S=0.1,,磁場同步速度:,=500km/h,磁感應強度: B=8.0

8、,10-3T,,=,15.7 KN,可見,列車單位體積受力的數(shù)量級為KN,數(shù)學模擬(六),轉子每單位體積的凈輸出功率為:,初略計算:,=,19.7kw,,可見,轉子單位體積凈輸出功率的數(shù)量級為kw,性能比較(一),1.安全:不會脫軌；單向行駛，不會相撞。,2.最大優(yōu)勢--高速,性能比較(二),3.電磁輻射小,4.噪聲小,性能比較(三),磁懸浮列車的懸浮高度為10~100mm，因此對線路的平整度、路基下沉量及道岔結構方面的要求要比