发布时间：2024-09-06 11:40:18 人气：
磁悬浮列车的原理是什么？
从20世纪60年代开始，磁悬浮技术为世界上科技先进国家所注目，各国都投入了大量的人力和物力。由于时速在300公里以上的高速列车采用的是传统的车轮一钢轨粘着方式，运行缺陷很多，因而促使科技界积极探索利用磁浮原理。但20多年来，仍然停留在很短距离的试验阶段。随着超导技术、线性牵引电机的迅速发展，磁悬浮列车正在加速走向实用化。1987年，日本成功地使用两辆连接在一起的磁悬浮轨创造了时速40公里的世界纪录。经过近几年的努力，自1993年开始，磁悬浮列车采取了实用化的举措。德国联邦政府1993年12月正式决定修建柏林至汉堡的284公里磁浮列车铁路，列车由4辆客车组成，座位332个，时速320公里，两市之间旅行时间53分钟，总投资2亿西德马克，预计2003年投入运营。美国已于1994年4月动工修建第一条自佛罗里达州的奥兰多机场至迪斯尼乐园长达21.7公里的市部短途磁浮列车线，投资为6.22亿美元。另外两条线路是肯尼迪航天中心至州际展览馆和匹兹堡国际机场至市区中。日本在宫崎试验中心进行了多年磁浮列车试验以后，决定在山梨县新建一条43公里的实用线路，作为磁浮列车试运线。这些进入实用性的科研项目，将为21世纪高速铁路的发展提供更方阔的前景。与现有的地面车辆相比，磁浮列车高速平稳，能耗低、电力驱动无污染，安全可靠，线路上可少开或不开隧道。这些不可比拟的优势，使交通运输有了划时代的突破。目前，日本研制的磁浮列车，其车上励磁使用了永久磁石，是迄今所研制的地上一次式线性尾动机驱动车辆的代表。
过去日本和德国都曾研制出高速运动装置，但是作为车上的励磁采用的却是普通电磁体。如今日本研制的高速运动装置，作为车上的励磁，采用的是超导电磁体。
超导电磁体重量轻，强度高，但必须使用昂贵的液体氦来，维持极低的超导临界温度；而普通电磁体则需要不断地供给励磁电流。相比之下，悬浮列车采用永久磁体后，使得车辆构造简单了。这种悬浮列车的驱动和制动力来自直线电动机的电磁力。
这种电磁力是靠电流流经导体产生的磁力线与磁体的磁力线相互作用而产生的。驱动系统使用的是可变频率的矩形波交流电。车辆的运行是靠控制电磁轨道上通过的电流实现的。为避免电力损失，要搞馈电分区控制，即把电磁轨道分成若干区间，对应列车运行顺次转换通电区间。
由于采用了永久磁体，悬浮列车不必为消磁担心。即使不用机械制动作备用，依据地上线圈的短路，电制动就足够了，整体系统也能更简捷。
对列车闭塞的基本想法与普通铁路相同。但地上一次式线性电动机驱动车由于系电力控制，可以准确把握列车的绝对位置，可引入近似移动闭塞的方法，从而实现高密度运转，由此又可提高地上设施的利用率，即使是小单位编成的列车也可确保较大输送能力。由于是小型车辆，有利于通过曲线，而且爬坡性能好，同时地上设施的轨道、电力设施等都可小型化。
这个系统由于在线性电动机驱动车长期研究的基础上，引进了强力永久磁体后，使这个领域的研制工作进入了新阶段，它对车辆构造、轨道构造、控制系统等整体研制能起很大作用。
这些进入实用性的科研项目，将为悬浮列车的日臻完善奠定扎实的基础，也将为21世纪超高速铁路的发展提供更广阔的前景。
磁悬浮列车的结构原理
悬浮系统：目前悬浮系统的设计，可以分为两个方向，分别是德国所采用的常导型和日本所采用的超导型。从悬浮技术上讲就是电磁悬浮系统（EMS）和电力悬浮系统（EDS）。图4给出了两种系统的结构差别。
电磁悬浮系统（EMS）是一种吸力悬浮系统，是结合在机车上的电磁铁和导轨上的铁磁轨道相互吸引产生悬浮。常导磁悬浮列车工作时，首先调整车辆下部的悬浮和导向电磁铁的电磁吸力，与地面轨道两侧的绕组发生磁铁反作用将列车浮起。在车辆下部的导向电磁铁与轨道磁铁的反作用下，使车轮与轨道保持一定的侧向距离，实现轮轨在水平方向和垂直方向的无接触支撑和无接触导向。车辆与行车轨道之间的悬浮间隙为10毫米，是通过一套高精度电子调整系统得以保证的。此外由于悬浮和导向实际上与列车运行速度无关，所以即使在停车状态下列车仍然可以进入悬浮状态。
电力悬浮系统（EDS）将磁铁使用在运动的机车上以在导轨上产生电流。由于机车和导轨的缝隙减少时电磁斥力会增大，从而产生的电磁斥力提供了稳定的机车的支撑和导向。然而机车必须安装类似车轮一样的装置对机车在“起飞”和“着陆”时进行有效支撑，这是因为EDS在机车速度低于大约25英里/小时无法保证悬浮。EDS系统在低温超导技术下得到了更大的发展。
超导磁悬浮列车的最主要特征就是其超导元件在相当低的温度下所具有的完全导电性和完全抗磁性。超导磁铁是由超导材料制成的超导线圈构成，它不仅电流阻力为零，而且可以传导普通导线根本无法比拟的强大电流，这种特性使其能够制成体积小功率强大的电磁铁。
超导磁悬浮列车的车辆上装有车载超导磁体并构成感应动力集成设备，而列车的驱动绕组和悬浮导向绕组均安装在地面导轨两侧，车辆上的感应动力集成设备由动力集成绕组、感应动力集成超导磁铁和悬浮导向超导磁铁三部分组成。当向轨道两侧的驱动绕组提供与车辆速度频率相一致的三相交流电时，就会产生一个移动的电磁场，因而在列车导轨上产生磁波，这时列车上的车载超导磁体就会受到一个与移动磁场相同步的推力，正是这种推力推动列车前进。其原理就像冲浪运动一样，冲浪者是站在波浪的顶峰并由波浪推动他快速前进的。与冲浪者所面对的难题相同，超导磁悬浮列车要处理的也是如何才能准确地驾驭在移动电磁波的顶峰运动的问题。为此，在地面导轨上安装有探测车辆位置的高精度仪器，根据探测仪传来的信息调整三相交流电的供流方式，精确地控制电磁波形以使列车能良好地运行。
推进系统：磁悬浮列车的驱动运用同步直线电动机的原理。车辆下部支撑电磁铁线圈的作用就像是同步直线电动机的励磁线圈，地面轨道内侧的三相移动磁场驱动绕组起到电枢的作用，它就像同步直线电动机的长定子绕组。从电动机的工作原理可以知道，当作为定子的电枢线圈有电时，由于电磁感应而推动电机的转子转动。同样，当沿线布置的变电所向轨道内侧的驱动绕组提供三相调频调幅电力时，由于电磁感应作用承载系统连同列车一起就像电机的"转子"一样被推动做直线运动。从而在悬浮状态下，列车可以完全实现非接触的牵引和制动。
通俗的讲就是，在位于轨道两侧的线圈里流动的交流电，能将线圈变为电磁体。由于它与列车上的超导电磁体的相互作用，就使列车开动起来。列车前进是因为列车头部的电磁体（N极）被安装在靠前一点的轨道上的电磁体（S极）所吸引，并且同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体（N极）所排斥。当列车前进时，在线圈里流动的电流流向就反转过来了。其结果就是原来那个S极线圈，现在变为N极线圈了，反之亦然。这样，列车由于电磁极性的转换而得以持续向前奔驰。根据车速，通过电能转换器调整在线圈里流动的交流电的频率和电压。
推进系统可以分为两种。“长固定片”推进系统使用缠绕在导轨上的线性电动机作为高速磁悬浮列车的动力部分。由于高的导轨的花费而成本昂贵。而“短固定片”推进系统使用缠绕在被动的轨道上的线性感应电动机（LIM）。虽然短固定片系统减少了导轨的花费，但由于LIM过于沉重而减少了列成的有效负载能力，导致了比长固定片系统的高的运营成本和低的潜在收入。而采用非磁力性质的能量系统，也会导致机车重量的增加，降低运营效率。
导向系统：导向系统是一种测向力来保证悬浮的机车能够沿着导轨的方向运动。必要的推力与悬浮力相类似，也可以分为引力和斥力。在机车底板上的同一块电磁铁可以同时为导向系统和悬浮系统提供动力，也可以采用独立的导向系统电磁铁。
动力集中式动车和普通火车的区别
1、优点不一样动车集中式列车，维修一部机车比多部动车容易；把动力系统放在远离乘客的机车较安全等。
火车，如电力机车马力大，拉得多、跑得快、爬坡的劲头足。
内燃机车能较好地利用燃料的热能、适合缺水地区使用等优点。
2、运行方式不一样
火车，火车的转向架卡在轨道上沿着轨道行驶，转弯时转向架转动，让火车沿着轨道继续行驶。 转弯时外轨高于内轨。
动车集中式列车，由一台动力机车牵引数个无动力车辆，在轨道上行驶，机车大多是在列车的最前端牵引车辆，亦有自车尾逆推牵引。
扩展资料：
火车的发展历史：
在1781年，火车先驱乔治.斯蒂芬森出生在一个英国矿工家庭，直到18岁，他还是一个目不识丁的文盲。他不顾别人的嘲笑，和七八岁的孩子一起坐在课堂里学习。1810年，他开始制造蒸汽机车。
1817年，当斯蒂芬森决定他主持修建从利物浦到曼彻斯特的铁路线上完全用蒸汽机车承担运输一条完全靠蒸汽机运输的铁路线，从此火车开始奔腾在人类的历史舞台。
1879年，德国西门子电气公司研制了第一台电力机车，重约954公斤，只在一次柏林贸易展览会上做了一次表演。1903年10月27日，西门子与通用电气公司研制的第一台实用电力机车投入使用。
1894年，德国研制成功了第一台汽油内燃机车。并将它应用于铁路运输，开创了内燃机车的新纪元。但这种机车烧汽油，耗费太高，不易推广。
1924年，德、美、法等国成功研制了柴油内燃机车，并在世界上得到广泛使用。
21世纪10年代以来，各国都大力发展高速列车，例如法国巴黎至里昂的高速列车，时速到达300公里；日本东京至盛冈的高速列车时这也达到250公里以上。人们对这样的高速列车仍贪心不满足。法国、德国等国率先开发了磁悬浮列车。中国也在上海修建了世界第一条商用磁悬浮列车线，由地铁龙阳路站到浦东机场。
百度百科-动力集中式列车
百度百科-火车
上海磁悬浮列车的工作原理
上海磁悬浮列车是“常导磁吸型”（简称“常导型”）磁悬浮列车。磁悬浮列车是利用“异性相吸”原理设计，是一种吸力悬浮系统，利用安装在列车两侧转向架上的悬浮电磁铁，和铺设在轨道上的磁铁。
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”，在磁场作用下产生的吸力使车辆浮起来。
磁悬浮列车头部的电磁体N极被安装在靠前一点的轨道上的电磁体S极所吸引，同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体N极所排斥。列车前进时，线圈里流动的电流方向就反过来，即原来的S极变成N极，N极变成S极。循环交替，列车就向前奔驰。 稳定性由导向系统来控制。
磁悬浮列车底部及两侧转向架的顶部安装电磁铁，在“工”字轨的上方和上臂部分的下方分别设反作用板和感应钢板，控制电磁铁的电流使电磁铁和轨道间保持1厘米的间隙，让转向架和列车间的吸引力与列车重力相互平衡，利用磁铁吸引力将列车浮起1厘米左右，使列车悬浮在轨道上运行。这必须精确控制电磁铁的电流。
铁轨两侧也装有线圈，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—35年。磁悬浮列车路轨的寿命是80年，普通路轨有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。
一个供电区内只能允许一辆列车运行，轨道两侧25米处有隔离网，上下两侧也有防护设备。转弯处半径达8000米，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。
悬浮列车的驱动即在位于轨道两侧的线圈里流动的交流电，能将线圈变成电磁体，由于它于列车上的电磁体的相互作用，使列车开动。
中国的磁悬浮列车是哪国制造的
2016年5月以后的中国的磁悬浮列车是中国制造的。我国第一辆磁悬浮列车是从德国购买来的，并且在2003年1月开始在上海磁浮线运行。2015年10月中国首条国产磁悬浮线路长沙磁浮线成功试跑。
2016年5月6日，中国首条具有完全自主知识产权的中低速磁悬浮商业运营示范线，长沙磁浮快线开通试运营。
该线路也是世界上最长的中低速磁浮运营线。2018年6月，我国首列商用磁浮2.0版列车在中车株洲电力机车有限公司下线。
由此可见，在2016年以前中国还没有自主生产磁悬浮列车，而随着2016年5月6日中国自己生产的磁悬浮列车开通运营以后，中国的磁悬浮列车是中国自己制造的。
扩展资料：
2019年09月17日，记者从中车株洲电机有限公司获悉，其参与的国家十三五重点研发计划“高速磁浮交通系统关键技术研究”专项子课题。
已自主研发出长定子直线电机和悬浮电磁铁，并成功应用于我国600公里时速磁悬浮列车样机，截至目前运行良好。这意味着，我国高速磁浮列车关键技术走在世界前列。
中车株洲电机磁浮产品研究所副所长何云风介绍，高速磁浮列车与中低速磁浮列车对电机驱动的需求不同。
中低速磁浮列车主要通过接触网供电，但这类供电方式无法确保大功率高速磁浮列车的供电稳定。此外，列车要贴地高速飞行，也需尽量降低车体自身重量。
为此，公司研发出长定子直线电机，将中低速磁浮列车采用的短定子直线电机中定子部分，从车体内挪到列车轨道上，由地面供电设备直接供电，确保供电稳定。
同时，大功率逆变器也从车上转移到地面，大大降低了列车自身重量。据悉，该长定子直线电机既能满足车辆高速运行的高功率要求。
还能同时提供车辆所需的悬浮力和牵引力。相比中低速磁浮的短定子结构，其采用的同步控制方式，可提高电机效率20%，提高电机电压10倍以上。
百度百科—磁悬浮列车
人民网—我国突破高速磁浮列车“动力心脏”关键技术
磁悬浮列车工作原理到底是？
磁悬浮列车是由无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统组成的新型交通工具，磁悬浮列车分为超导型和常导型两大类。简单地说，从内部技术而言，两者在系统上存在着是利用磁斥力、还是利用磁吸力的区别。从外部表象而言，两者存在着速度上的区别：超导型磁悬浮列车最高时速可达500公里以上（高速轮轨列车的最高时速一般为300—350公里），在1000至1500公里的距离内堪与航空竞争；而常导型磁悬浮列车时速为400～500公里，它的中低速则比较适合于城市间的长距离快速运输。
上海磁悬浮列车是“常导磁吸型”（简称“常导型”）磁悬浮列车。
磁悬浮列车技术基础
磁悬浮列车主要由悬浮系统、推进系统和导向系统三大部分组成，见图。尽管可以使用与磁力无关的推进系统，但在目前的绝大部分设计中，这三部分的功能均由磁力来完成。
磁悬浮列车工作原理
磁悬浮列车利用“同性相斥，异性相吸”的原理，让磁铁具有抗拒地心引力的能力，使车体完全脱离轨道，悬浮在距离轨道约1厘米处，腾空行驶，创造了近乎“零高度”空间飞行的奇迹。
磁悬浮列车是怎样运行的？
磁悬浮列车是利用磁极吸引力和排斥力的高科技交通工具。
排斥力使列车悬起来，吸引力让列车开动。
磁悬浮列车车厢上装有超导磁铁，铁路底部安装线圈。通电后，地面线圈产生的磁场极性与车厢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，常规机车的动力来自于机车头，磁悬浮列车的动力来自于轨道。轨道两侧装有线圈，交流电使线圈变为电磁体，它与列车上的磁铁相互作用。列车行驶时，车头的磁铁（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———结果是前面“拉”，后面“推”，使列车前进。
当到列车达图所标的位置时，在线圈里流动的电流流向就反转过来了。其结果就是原来那个s极线圈，现在变为n极线圈了，反之亦然。
当到列车达图所标的位置时，在线圈里流动的电流流向就反转过来了。其结果就是原来那个s极线圈，现在变为n极线圈了，反之亦然。
直线同步电机:其初级绕组沿轨道铺设,次级绕组安装在车体上,
在初级绕组中通入三相交流电,
气隙中产生平移磁场,该磁场切割次级导体,
产生电磁感应,
诱发磁场,该磁场与原有平移磁场方向相反,最终在路轨和车体间产生电磁推力.
什么是磁悬浮列车，工作原理是什么？
是利用电磁力抵消地球引力，通过直线电机进行牵引，使列车悬浮在轨道上运行（悬浮间隙约1厘米）。磁悬浮列车分为常导型和超导型两大类。常导型也称常导磁吸型，以德国高速常导磁浮列车transrapid为代表，它是利用普通直流电磁铁电磁吸力的原理将列车悬起，悬浮的气隙较小，一般为10毫米左右。常导型高速磁悬浮列车的速度，适合于城市间的长距离快速运输。
常导磁悬浮列车工作时，首先调整车辆下部的悬浮和导向电磁铁的电磁吸力，与地面轨道两侧的绕组发生磁铁反作用。车辆与行车轨道之间的悬浮间隙为10毫米，是通过一套高精度电子调整系统得以保证的。此外由于悬浮和导向实际上与列车运行速度无关，所以即使在停车状态下列车仍然可以进入悬浮状态。
磁浮技术分为轨道、车辆、牵引、运行控制四大系统，有16项核心技术。德国、日本与中国为世界上目前有磁浮列车试验或营运路线的国家。磁悬浮列车利用电磁力的作用进行导向。现按常导磁吸式和超导磁斥式两种情况
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