2.高速铁路技术设备-磁悬浮铁路
概述(高速磁悬浮)
高速磁悬浮交通技术
1.1 磁悬浮铁路的发展
1983年6月30日，随着TR06试验磁悬浮列车从试验中心大厅驶出，标
志着试验线第一段正式投入使用。1985年初，磁悬浮铁路试验和规划委员
会(MVP)作为试验设施的所有者与经营者接管了试验设施。考虑到将来的 实际应用，Transrapid系统以400km/h以上速度，按实际运营要求连续运 行的前提条件是一条闭合的环形试验线，因此德国联邦研究与技术部于19 84年决定在TVE扩建南环线，即试验线路的第二线路段。南环线1984年开 工，1987年竣工。至此，TVE的试验线总长达到31.5km。同年，TR06磁 悬浮列车在试验线上达到406km/h的速度。1988年，试验速度提高到412.6
路工业联合体首脑会谈后，交通部长宣布放弃柏林 -汉堡磁悬 浮铁路应用线，政府继续支持磁悬铁路的开发，并在两年内 在德国选定另一条新的线路，建设Transrapid高速磁悬浮铁路 样板线。
高速磁悬浮交通技术
1.1 磁悬浮铁路的发展
1999年日本决定建一条大约8.9km长的低速磁悬浮铁路商
业运行线，连接名古屋一个地铁车站和市郊的一个现代化居
（2）通过长定子同步直线电机，实现无接触的牵引和制动，
由地面固定的设备实现牵引功率的控制和变送。 （3）在行驶中，无接触地对列车提供车上所需电能。 （4）最高应用速度400~500km/h。 （5）加速能力比传统铁路更高。
高速磁悬浮交通技术
1.3 德国磁悬浮高速铁路系统特点
（6）选线参数较灵活；相同速度时，转弯半径比传统铁路
点是效率相对较低，运行中需要地面供电装置对磁悬浮列车
接触供电，不能实现车和线路之间完全无接触的运行，所以 更适合用在低速（最高运行速度大约100km/h）磁悬浮列车 上。
磁悬浮列车与重载运输—磁悬浮铁路的特点及原理
项目十 磁悬浮铁路与重载运输
任务1 磁悬浮铁路
一 磁悬浮铁路的特点及原理 二 磁悬浮铁路的基本设备
任务1 磁悬浮铁路 我国磁悬浮列车技术发展特点
我国磁悬浮列车技术研究始于上世纪80年代后期。1994年10月 ,西 南交通大学建成了首条磁悬浮铁路试验线 ,并同时开展了磁悬浮列车的载 人试验 ,成功地进行了4个座位 ,自重4t ,悬浮高度为8mm ,时速为30km/h 的磁悬浮列车试验 ,于1996年1月通过铁道部组织的专家鉴定。
任务1 磁悬浮铁路
我国磁悬浮列车技术发展特点
到2016年，我国已经掌握了中低速磁浮交通的核心技术、特殊技术、 试验验证技术和系统集成技术，并且具备了磁浮列车系统集成、轨道制 造、牵引与供电系统装备制造、通信信号系统装备制造和工程建设的能 力，拥有较完整的产业发展能力。
任务1 磁悬浮铁路
我国磁悬浮列车技术发展特点
任务1 磁悬浮铁路
磁悬浮列车的工作原理
（2）超导吸斥式EDS型电动悬浮就是当列车运动时，车载磁体的运 动磁场在安装于线路上的悬浮线圈中产生感应电流，两者相互作用，产 生一个向上的磁力将列车悬浮于轨面一定高度，列车运行靠直线电机牵 引。与电磁式相比，电动式悬浮系统不能实现静悬浮，必须达到一定速 度后才能起浮。
在JNR开发高速超导磁悬浮列车的同时，日航（JAL）为了解决成田 机场到东京市区之间的交通问题，开始研究中低速常导磁悬浮列车HSST （High Speed Surface Transport），先后研制了HSST-01～HSST-05 五个型号及HSST-100型。
HSST-100L
任务1 磁悬浮铁路
2015年12月，我国拥有完全自主知识产权的中低速磁悬浮示范线， 在长沙正式开通试运行。
对高速铁路和磁悬浮铁路的比较
对高速铁路和磁悬浮铁路的比较作者：杨军霞来源：《科学与财富》2018年第28期摘要：高速铁路和磁悬浮由于快速、安全、舒适等特点成为大众出行的首选交通运输工具。
高速铁路和磁悬浮是铁路的重大技术成就，集中体现了一个国家的科学技术和工业水平，不仅推动了国民经济的快速发展，同时又取得了良好的社会经济效益。
两者既有相似的共同点，又存在一些区别，现根据最新的高速铁路和磁悬浮的数据及运用经验，主要对高速铁路和磁悬浮在旅行时间、兼容性、成本和其他方面的因素进行比较讨论。
关键词：高速铁路；磁悬浮；交通运输工具引言：高速铁路是新建或是在既有线基础上进行改造的一项创新工程体系，在高速铁路上运行的列车是以轮轨作为运行导向，由动车提供列车前行的动力而运行的[1]。
然而，在磁悬浮铁路上运行的列车是利用电磁系统产生的排斥力将车辆托起，使整个列车悬浮在导轨上，并利用电磁力进行导向、利用直线电机将电能直接转换成推进力而运行的[2]。
这两种运输工具的运行方式不同，但在世界运输市场中都取得了较好的市场份额，社会经济效益十分显著[3]。
本文通过最新的高速铁路和磁悬浮的运行情况，对高速铁路和磁悬浮的几个方面进行比较讨论。
1 最高速度及旅行时间国外一些国家的高铁和磁悬浮的最高试验速度也有所差别，日本磁悬浮是551km/h，法国TGV是515km/h，德国“运捷”磁浮是450km/h。
我国高铁“复兴号”在京沪线的运营速度达到了350km/h，上海浦东磁悬浮线路的运营速度在430km/h，这两者的最高运营速度存在差距。
从现场运行情况来看，当磁悬浮的运行速度从350km/h运行到430km/h时，运行100km 的区段只能减少1min左右的运行时间。
因此，磁悬浮和高速铁路在旅行时间上的差别不大。
2联合运输的兼容性2.1网络互联在道岔使用方面，磁悬浮比高速铁路要复杂得多，磁悬浮在不同支线的网络线运行就受到束缚。
因此，磁悬浮主要在长距离的单线上进行往返运行，而不是网络互联的运行方式。
磁悬浮铁路
低速时运行 不用车轮支撑系统
必须有车轮支撑系统，用于低 速时启动或制动
车载励磁电源 必须具备
不用具备
车辆自重
强磁场影响 成本
较重，TR-08型1000座，492.8t
超导绕组是空心的，自重轻， MLX01型950座，270t
弱
强
较高
高
T型导轨
“U”形线路结构图
日本MLX01型磁浮列车
中国“世纪号”磁浮实验车
§11-3 磁浮列车的工作原理
1 长定子同步直线电机推进的常导吸引型 2 短定子感应直线电机推进的常导吸引 3 长定子同步直线电机推进的低温超导排斥型 4 常导吸引型与超导排斥型的比较
§11-3 磁浮列车的工作原理
§11-3 磁浮列车的工作原理
7) 列车信号传输
• 磁浮列车与地面的联系以无线通信方式进行。沿 线路每隔大约300m有一根无线电杆，通过38 MHz 的高频专用信道以安全编码方式与列车进行双向 通信，传输所有与安全有关的数据及指令。与安 全无关的信号（如语音）通过其他频道传输。
§11-3 磁浮列车的工作原理
1 长定子同步直线电机推进的常导吸引型
以德国TR系列常导吸引型磁浮列车为例介绍
1) 悬浮原理
• T型梁翼底部为同步直线电机的定子，其下方为安 装在车体上的悬浮电磁铁。
• 悬浮电磁铁通电时产生磁场，与直线电机定子的 铁心产生吸引力，把磁浮车往上拉向定子。
§11-3 磁浮列车的工作原理
2) 导向原理
• 列车的车体从两侧将T形轨道梁的翼缘围抱，T形梁 翼缘两侧面为导向轨，安装在车体上的导向电磁铁 通电后将与之产生吸引力。
第十一章 磁悬浮铁路
11.1 磁悬浮铁路的发展概况 11.2 磁浮系统的分类 11.3 磁浮列车的工作原理
磁悬浮列车技术的应用与发展前景
磁悬浮列车技术的应用与发展前景磁悬浮列车是一种利用磁力作为驱动力的高速列车，它不需要铁轨，能够在高速运行过程中实现悬浮运行。
磁悬浮列车技术应用于城市交通和高速铁路，具有运行速度高、安全稳定、能耗低等优势。
本文将探讨磁悬浮列车技术的应用和发展前景。
一、磁悬浮列车技术的应用磁悬浮列车技术的应用涵盖城市交通和高速铁路两个方面。
1.城市交通城市交通是磁悬浮列车技术的重要应用领域之一。
磁悬浮列车可以实现高速行驶，运行速度可以达到每小时400-500公里，远远超过传统地铁和轻轨交通的速度。
同时，磁悬浮列车不需要铁轨，可以在城市中的高架桥和地下隧道里运行，克服了传统地铁和轻轨交通受地形、交通和建筑物影响的局限。
在城市中应用磁悬浮列车技术可以缓解城市交通拥堵问题，提高城市交通效率。
目前，上海和广州已建成了磁悬浮列车线路。
上海磁浮线路连接虹桥机场和浦东机场，全长30公里，最高运行速度可达每小时431公里。
广州磁悬浮列车线路连接广州市和佛山市，全长33公里，最高运行速度可达每小时100公里。
这些磁悬浮列车线路的运行证明了磁悬浮列车技术在城市交通中的可行性和优越性。
2.高速铁路磁悬浮列车技术在高速铁路领域也有着广阔的应用前景。
相比于传统高速动车组，磁悬浮列车的运行速度更高，能耗更低，运行效率更高。
磁悬浮列车可以实现每小时600公里的运行速度，这是目前传统高速动车组所无法达到的。
同时，磁悬浮列车的电动机能够将制动能量转化为电能储存起来，再次使用，能耗要比传统高速动车组低约30%。
目前，我国已经开始了磁悬浮列车在高铁领域的应用研究。
我国第一条磁悬浮高速铁路——长沙磁浮快线已经开工建设，将连接长沙和湘西。
在未来，中国还计划建设包括京沪磁悬浮高速铁路在内的多个磁悬浮高速铁路项目，预计到2030年，中国磁悬浮列车里程将超过5000公里。
二、磁悬浮列车技术的发展前景随着城市化、工业化、信息化的加速发展，交通运输领域的需求越来越高。
磁浮铁路技术标准
磁浮铁路技术标准磁浮铁路技术标准的制订是为了规范和指导磁浮铁路的建设和运营，保障磁浮铁路的安全、可靠、高效运营。
磁浮铁路技术标准必须符合国家法律法规和相关政策规定，同时还需综合考虑国际标准和行业最佳实践，确保磁浮铁路系统在国内外具有竞争力。
磁浮铁路技术标准包括磁浮列车、轨道、供电系统、信号系统、车站设备等方面的技术规范。
一、磁浮列车技术标准1. 列车设计标准：包括列车车身结构、车轮、悬挂系统、车辆控制系统等方面的设计要求，保证列车的安全、稳定、舒适。
2. 列车运营标准：明确列车的起动加速度、制动性能、最大运行速度等指标，确保列车在实际运营过程中的安全和运行效率。
3. 列车车辆检修标准：规定列车的检修周期、检修项目、检修设备和工艺流程，保证列车设备的可靠性和安全性。
二、轨道技术标准1. 轨道设计标准：包括轨道几何、轨道结构、轨道连接等方面的设计要求，确保轨道的平顺度和稳定性。
2. 轨道施工标准：规定轨道的施工工艺、施工设备、施工质量等要求，确保轨道施工的安全和质量。
3. 轨道维护标准：明确轨道的巡检周期、维修项目、维护设备和工艺流程，保证轨道的长期稳定运行。
三、供电系统技术标准1. 供电系统设计标准：包括供电模式、供电设备、接触网等方面的设计要求，确保磁浮铁路的能量供应稳定可靠。
2. 供电系统施工标准：规定供电系统的施工工艺、施工设备、施工质量等要求，保证供电系统施工的安全和质量。
3. 供电系统运行维护标准：明确供电系统的运行监测、故障处理、维护周期等要求，保证供电系统的长期稳定运行。
四、信号系统技术标准1. 信号系统设计标准：包括列车控制系统、通信系统、信号设备等方面的设计要求，确保磁浮铁路的列车运行安全。
2. 信号系统施工标准：规定信号系统的施工工艺、施工设备、施工质量等要求，保证信号系统施工的安全和质量。
3. 信号系统运行维护标准：明确信号系统的运行监测、故障处理、维护周期等要求，保证信号系统的长期稳定运行。
《高速铁路概论》——08-高速铁路前沿技术
由于磁悬浮系统是以电磁力完成悬浮、导向和驱动功能的，断电后磁悬浮的安全保 障措施，尤其是列车停电后的制动问题仍然是要解决的问题。其高速稳定性和可靠性还 需很长时间的运行考验。 常导磁悬浮技术的悬浮高度较低，因此对线路的平整度、路 基下沉量及道岔结构方面的要求较超导技术更高。 超导磁悬浮技术由于悬浮能耗较常 导技术更大，冷却系统重，强磁场对人体与环境都有影响。
7.1 认识磁浮铁路
磁浮铁路是近几十年发展起来的 一种新型轨道交通运输工具，与传统 的轮轨铁路相比，它具有能耗低、速 度高、安全性高、噪声小、维修少等 优点，因而得到了广泛关注。
7.1.1 磁浮铁路的基本原理
磁浮铁路的核心是磁浮系统。磁浮系统是利 用异性相吸、同性相斥的电磁感应原理，以直线 电机驱动列车的。列车运行时，车体悬浮或吸浮 于导轨上方，并与导轨保持一定间隙。因磁浮列 车运行时不与导轨接触，没有轮轨摩擦，因此不 受黏着条件限制。
高架线路的横断面常采用的形式有U形、T形和倒T形。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（a）U形
（b）T形 磁悬浮铁路高架线路的横断面
（c）倒T形
7.1.2 磁浮铁路的基本设备
高铁论坛
请同学们观察上图，思考：磁浮铁路高 架线路常采用的横断面形式U形、T形和倒T 形有什么不同？
7.1.2 磁浮铁路的基本设备
1．磁浮铁路线路
2）磁浮铁路高架线路的构造
7.1.1 磁浮铁路的基本原理
（a）EMS型磁悬浮车示意简图 （b）EDS型磁悬浮车示意简图 EMS型和EDS型磁悬浮车对比图
1—前导磁铁；2—导向与制动轨；3—磁悬浮与推进电磁铁；4—前导轮； 5—磁悬浮磁铁；6—支撑轮；7—推进磁铁；8—超导磁铁
根据电磁吸引力和电磁排斥力的基本 原理，目前国际上磁浮列车有两个发展方 向：一个是以德国为代表的常导吸引型磁 浮系统（EMS型，也称电磁悬浮型），如 图（a）所示；另一个是以日本为代表的 超导排斥型磁浮系统（EDS型，也称电动 悬浮型），如图（b）所示。
高速铁路技术的新发展趋势
高速铁路技术的新发展趋势随着国家经济的不断发展和人民生活水平的提高，对于交通运输行业的需求也越来越高。
高速铁路技术是目前世界上最为先进的铁路技术，在中国的成功应用更是引领了全世界的发展趋势。
本文将从技术、经济和环保三个方面来探讨高速铁路技术的新发展趋势。
一、技术方面1. 超高速铁路技术现有的高速铁路技术中，时速最高的是中国的复兴号高速动车组，最高时速可达350公里/小时。
然而，距离真正的超高速铁路技术还有很大的距离。
超高速铁路技术的目标是实现超过600公里/小时的时速，以满足日益增长的高速交通需求。
在实现超高速铁路技术的过程中，需要克服许多技术难题，如牵引力、制动力、安全等方面。
因此，超高速铁路技术仍然处于研究和试验阶段。
2. 磁悬浮列车技术磁悬浮列车技术是目前高速铁路技术中的一种先进技术。
磁悬浮列车不需要轨道，而是通过磁悬浮技术悬浮在轨道上运行。
磁悬浮列车具有运行平稳、时速快等优点，已成为未来高速铁路技术的一个方向。
中国目前已经建成了世界上最长的磁悬浮列车线路——上海磁浮示范运营线，未来还将继续推进磁悬浮列车技术的研究和应用。
二、经济方面1. 转向智能化在高速铁路的建设及运营过程中，传统的轨道工程及设备维护费用十分昂贵，尤其是对于那些需要大量维护人员及设备的交锋轨道及轮轨系统（如复兴号高速动车组）。
为了降低这些成本、提高系统运行效率，需要加强对于高速铁路智能系统的研发及应用。
这些智能系统包括智能交通调度系统、智能轨道崩溃检测及预测系统等。
通过这些先进的智能化技术的应用，既可以提高高速铁路运输的安全性，又可以降低运营成本。
2. 数据化管理高速铁路与信息化的结合是必要的，数据化管理可以实现对于高速铁路系统、行车机组、车站及运输等方面的信息化管理、统计及分析。
数据化管理可以加强对高速铁路的整体管理，包括客流管理、检测监测、运营调整、可持续性评估等，从而优化运营管理效能，提升运输质量。
三、环保方面1. 车体材料的研发及应用高速铁路列车的重量较大，在运营过程中会产生一定的能源消耗及噪音污染。
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磁悬浮原理比较图
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导向原理
• 超导磁斥式的导向系统，可以采用以下三种方式构成： ▫ 在车辆上安装机械导向装置实现列车导向。 ▫ 在车辆上安装专用的导向超导磁体，使之与导轨侧 向的地面线圈或金属带产生磁斥力，该力与列车的 侧向作用力相平衡，使列车保持正确的运行方向。 ▫ 利用磁力进行导引的“零磁通量”导向系统。
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2.6 磁悬浮铁路
• 概述 • 磁悬浮铁路的基本制式和工作原理 • 磁悬浮铁路的基本设备
2
2.6.1 概述
• 与传统铁路相比，磁悬浮铁路由于消除了轮轨 之间的接触，时速可达500公里以上；无废气 排出和污染，有利于环境保护；由于磁悬浮系 统采用导轨结构，不会发生脱轨和颠覆事故、 车轮、接触导线等摩擦部件，可以省去大量的 维修工作和维修费用
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磁悬浮铁路的发展
• 1.日本 • 2.德国 • 3.中国 • 4.其他国家
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磁悬浮铁路的特点及优越性
• 速度高，旅行时间短 • 安全可靠 • 对社会无公害、无污染 • 能源消耗低 • 故障少，维修费用低 • 采用线性电机，减少占用空间 • 旅行环境舒适、线路建设成本相对不高
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磁悬浮铁路与其他高速交通工具的比较
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超导磁悬浮车辆的构成
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日本MLU001试验车及U型轨道断面图
Hale Waihona Puke 23德国EMS式TRANSRAPID06磁悬浮列车
三、磁悬浮铁路的供电系统
• 1.区段供电
由地面设置的大功率变流器来控制地面推进绕组的 三相交流电。
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• 2.列车供电
（1）采用一台功率变换器对应一个列车的一对一的 供电方式； （2）由地面自动控制列车的运行； （3）高精度位置检测； （4）只在列车的走行区段进行供电控制。
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• 磁悬浮铁路与现代铁路一样，可以修建在路基上 或类似地下铁道的隧道内，或者修建在高架桥上。 采用最多的是高架式线路。
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• 磁悬浮列车施加于线路上 的载荷，与传统铁路不同， 并非集中荷载，而是分布 荷载。因此，其桥梁设计 荷载不但大大低于传统铁 路，甚至低于公路。于是， 磁悬浮铁路的高架桥体尺 寸可以明显减小，造价也 可大大降低。
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导向原理
• 常导磁吸式的导向系统，是在车辆侧面安装一组专门 用于导向的电磁铁，当车辆运行发生左右偏移时，车 上的导向电磁铁与导向轨的侧面相互作用，产生一种 排斥力，使车辆恢复到正常位置，和导轨侧面之间保 持一定的间隙。当车辆的运行状态发生变化时，例如 运行在曲线或坡道上时，控制系统通过对导向磁铁中 的电流进行控制来保持这一侧向间隙，从而达到控制 列车运行方向的目的。
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磁悬浮列车导轨装置
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二、磁悬浮铁路的车辆
• 车辆是磁悬浮铁路的重要组成部分,是一种不 与地面接触的运载工具。从此悬浮铁路产生到 现在，随着时代的发展和制式的不同要求车辆 了不断地更新。 • 日本从1962年起，经过广泛深入的分析和论 证，决定采用超导磁斥式悬浮系统。 • 德国从70年代初开始研制磁悬浮列车，采用 常导磁吸式。
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2.6.3 磁悬浮铁路的基本设备
一、磁悬浮铁路的线路 二、磁悬浮铁路的车辆 三、磁悬浮铁路的供电系统 四、磁悬浮铁路的列车控制系统
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一、磁悬浮铁路的线路
线路，作为磁悬浮铁路的基本组成部分和走行基础， 在构造上应能满足磁悬浮列车的基本要求。线路结构必须 与磁悬浮铁路的悬浮、导向和推进设备相适应。尤其是直 线电机，对线路平面的要求是较为严格的。
四、磁悬浮铁路的列车控制系统
• 1.中央控制中心
自动列车运行控制系统、参考信息储存系统、远程诊断系统、行 政管理系统。
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• 2.分区控制中心（每个牵引变电所设1个）
接收并执行中央控制中心下达的行车命令，控制若干安全牵引切 断装置、道岔防护装置及车站防护装置，向各通信基站下达控制信 息，同时向总控制中心传递采集的联锁、诊断信息；维修中心。
此种型式在车辆底部安装超导磁体
（放在液态氦贮存槽内），在轨道两侧铺设一系列铝环线圈。列车 运行时，给车上线圈（超导磁体）通电流，产生强磁场，地上线圈 （铝环）与之相切割，在铝环内产生感应电流。感应电流产生的磁 场与车辆上超导磁体的磁场方向相反，两个磁场产生排斥力。当排 斥力大于车辆重量时，车辆就浮起来。（电动式悬浮）
二、磁悬浮列车的工作原理 • 悬浮原理 • 导向原理 • 推进原理
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悬浮原理
• 常导磁吸式（EMS型） 是利用装在车辆两侧转向架上的常导
电磁铁（悬浮电磁铁），和铺设在线路导向轨上的磁铁，在磁场作 用下产生的吸引力使车辆浮起，车辆和轨面之间的间隙与吸引力的 大小成反比。（电磁式悬浮）
• 超导磁斥式（ EDS 型）
推进原理
• 磁悬浮列车由于悬浮起一定的高度，使车轮与 钢轨脱离，故不能依靠它们之间的摩擦力产生 牵引力使车辆前进，而是采用一种叫做直线电 机的推进装置作为列车的牵引动力。 • 直线电机是从旋转电机演变而来的，它的基本 构成和作用原理与普通旋转电机类似，就如同 将旋转电机沿半径方向切开展平而成。于是， 其传动方式也就由旋转运动变为直线运动。
• 3.列车控制系统
监视速度、运行状态，发送给分区控制中心，进而中央控制中心。
谢谢！
7
2.6.2 磁悬浮铁路的基本制式和工作原理
一、磁悬浮铁路的基本制式
• 常导磁吸式 • 超导磁斥式
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• 常导磁吸式（EMS型） 是利用装在车辆两侧转向架上的常
导电磁铁（悬浮电磁铁），和铺设在线路导向轨上的磁铁，在磁 场作用下产生的吸引力使车辆浮起，车辆和轨面之间的间隙与吸 引力的大小成反比。
• 超导磁斥式（EDS型） 此种型式在车辆底部安装超导磁体