磁悬浮交通系统 交通运输概论教学PPT课件

高速电动式磁悬浮列车的特点
1、由于采用了超导电机， 不仅车辆与轨道之间的气隙 大、节能、车辆轻，而且可 以省去长定子的铁心。
3、“8字线圈”不仅可以 产生悬浮作用，还有对中作 用，因此不需要独立的导向 控制系统。
2、由于电动式磁悬浮是自 稳定的，故不需要复杂的反 馈控制系统。
4、列车只有高速运动时， 才会产生磁悬浮，静止和低 速时不能悬浮，因此需要像 飞机起落架一样的车轮。
磁浮球系统： 根据恩绍（Earnshaw） 定律，仅仅依靠电磁 铁或永久磁铁，不可 能与另一铁磁或永磁 体产生稳定的磁悬浮。 但可以通过反馈控制 来实现。
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电磁铁 电磁铁
传感器
传感器
铁球
驱
动
控制器
器
传感器将铁球与电磁 铁间隙大小的信号传 递给控制器，控制器 调节驱动器的电流大 小，使电磁铁的吸力 得到调节，铁球稳定 悬浮。
高速电磁式磁悬浮列车的特点
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同步电机的定子与 磁极都需要供电， 但定子功率大电压 高，且需要三相交 流变频电源，因此 一般安装在在轨道 梁上（长定子）， 可解决高速接触轨 供电的技术困难。
磁极（动子）在车 上，虽然功率小且 为直流，可由车载 电池供电，但电池 不能持久供电，需 要由同步直线电机 上附加的齿谐波发 电机“无线”充电 。
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上海高速磁悬浮（电磁式，运营）
日本高速磁悬浮（电动式，试验）
日本中低速磁悬浮（电磁式，运营）
德国中低速磁悬浮（永磁式，拆除） 2
（2）中低速电磁式磁悬浮列车
中国首条自主设计制造的中低速磁浮线路——长沙 北京中低速磁浮列车S1线“玲龙号”，2016年
磁浮线路，2016年试运营。
12月下线。
电磁式（吸力型）磁悬浮原理
同步电机动子磁极 是直流电磁铁，因 此可以兼做悬浮磁 铁，不需要独立的 磁悬浮系统。
需要单独的导向控 制系统。
（4） 高速电动式磁悬浮列车
电磁式磁悬浮的悬浮高度仅为10mm左右，高速运行时对反馈控制系统的要 求非常高，而加大气隙则能耗过大。为解决这个问题，提出了采用超导电机的高 速磁悬浮列车方案。
载客量受限。
二
动子是永磁，不仅用于悬浮，还用做直线永
磁推进电机的磁极，比较节能。
三
由于限位轮存在摩擦，车速不能太高，而且
永磁磁极吸附铁磁物质难以清除，维护困难
。
目前还有一种永磁-电磁混合磁悬浮方案，但还没有1:1的样车。 还有一种永磁与高温超导块材结合的磁悬浮，是基于超导的迈斯纳效应，具有自稳定悬浮的优点， 但磁浮力难以实时控制，而且需要独立的直线电机推进系统。
中低速电磁式磁悬浮列车原理
轨道梁下方装有槽钢（F轨）
电磁铁通电后与钢板互相吸引
列车推进采用短定子直线感应 电机，F轨上面铺设铝反应板
车辆装有带电磁铁的“两臂”
控制系统根据间隙控制电磁铁 电流的大小，以保持稳定悬浮
导向可由磁力线“对中效应” 产生
磁力线
垂 直 分 量
水平分量
上部槽钢的与U型电磁铁对准时磁阻最小。当车辆偏离中线时，为达到磁阻 最小，下部磁铁与槽钢会有较大的水平（拉回）分力，起到导向作用。
（5）永磁式磁悬浮列车
根据恩绍定律，完全采用永久磁铁，不能实现稳定的电磁式磁悬浮。但如果 借助机械限位轮，可实现“半磁悬浮”，如前东德柏林的半磁浮列车M-Bahn。
永磁式磁悬浮列车原理
限位轮
永磁式磁悬浮列车的特点
特点
一
永磁同步电机兼悬浮与推进作用，类似常导
电磁式长定子方案，但不能采用反馈控制，
高速电动式磁悬浮列车原理
车上的磁极线圈采用了低温超导体，不需要很大的外部电源，又可以减小线 圈尺寸。
这个励磁线圈同时起悬浮电磁铁、同步电机磁极、导向线圈的作用。
悬浮与导向线圈 定子推进线圈
轨道梁侧壁
车轮支撑轨道
利用8字线圈产生电动式磁悬浮
超导磁铁的N极接近一个
8字线圈时，根据楞次定
律，下环将感应出一个N
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（3） 高速电磁式磁悬浮列车
直线感应电机虽然成本低，但功率因数与效率差，且对气隙敏感，因此， 高速磁悬浮一般采用功率因数与效率高的直线同步电机驱动。
高速电磁式磁悬浮列车的原理
悬浮原理与常导直线感应电机磁悬浮类似，但推进同步直线电机在轨道梁上， 并与悬浮系统一体化。
上海磁悬浮
直线同步电机的推进、悬浮一体化
中低速电磁式磁悬浮列车的特点
1、为节省材料，驱动用的直线感应电机定子（铁心与绕组）在车上（短）；直 线感应电机的反应板（铝板与槽钢复合）安装在轨道上（长）。
2、由于车上的定子需要供电，所以一般用接触式受流系统（接触轨+集 电器）。
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3、磁悬浮系统与驱动系统相互独立。 4、因运行速度较低（一般<100km/h），磁浮的水平分力即可起到对中 作用，所以无须专门的导向控制系统。
交通运输电气技术
4.2.7 磁悬浮交通系统
（1）磁悬浮交通系统的分类
磁悬浮列车
高速磁悬浮
中低速磁悬浮
电磁式悬浮， 长定子常导 直线同步电 动机驱动
电动式悬浮， 长定子超导 直线同步电 动机驱动
电磁式悬浮， 常导短定子 直线感应电 动机驱动
永磁（半）悬 浮，常导短定 子直线感应电 动机驱动
磁悬浮列车还有其他一些类型，上述分类只针对已经商业运营或已有1:1样车及 试验线的磁悬浮交通系统。
谢谢！
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极磁场，抵抗磁通变化， 根据下环电流方向，上环
S
将产生一个S极 磁场。下
推上拉，产生磁悬浮。
8字线圈
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N
S 超导磁铁
S 超导磁铁
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导轨侧墙有8字形悬浮线圈与 三相绕组
车辆两侧有超导电磁铁
三相绕组与车辆电磁铁作用 高速前进
8字线圈内感应出电流形成磁 场，将超导线圈推拉上浮，同 时可起到导向作用
悬 浮 力 需 要 车 运 动 产 生 ， 故 称为“电动式”磁悬浮