磁懸浮力車(chē)工作原理

1、磁懸浮列車(chē)工作原理,陳述人：鄭文琛pb02011062,（一）應(yīng)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(yùn)輸能力,,輪軌極限速度,非接觸式運(yùn)輸系統(tǒng),V<=350km/h,,磁懸浮列車(chē),（二）磁懸浮系統(tǒng)類(lèi)型,電磁懸浮系統(tǒng)（Electro Magnetic System）:依靠在機(jī)車(chē)上的電磁鐵和導(dǎo)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(yīng)用于德國(guó)常導(dǎo)磁懸

2、浮列車(chē)系列.(左圖)電力懸浮系統(tǒng)（Electro Dynamic System）:將磁鐵使用在運(yùn)動(dòng)的機(jī)車(chē)上以在導(dǎo)軌上產(chǎn)生感應(yīng)電流,進(jìn)而產(chǎn)生電磁斥力以支撐和導(dǎo)向列車(chē).屬斥力懸浮系統(tǒng),并主要應(yīng)用于日本超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)系列.(右圖),(三)工作原理,磁懸浮列車(chē)大體可分為三個(gè)部分:懸浮系統(tǒng):主要依靠軌道底部線(xiàn)圈和車(chē)載電磁鐵之間產(chǎn)生電動(dòng)斥力來(lái)實(shí)現(xiàn).導(dǎo)向系統(tǒng):主要依賴(lài)于軌道側(cè)壁線(xiàn)圈和車(chē)載電磁鐵相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn).動(dòng)力系統(tǒng):根據(jù)Maxwell電磁場(chǎng)

3、動(dòng)力學(xué)理論,采用直線(xiàn)電機(jī)作為動(dòng)力系統(tǒng),并借助于在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生電磁推力來(lái)推動(dòng)和維持列車(chē)運(yùn)行.,1.懸浮系統(tǒng),Meissner效應(yīng):當(dāng)金屬處在超導(dǎo)狀態(tài)時(shí),超導(dǎo)體表面產(chǎn)生感應(yīng)電流,進(jìn)而產(chǎn)生附加磁場(chǎng)與外部磁場(chǎng)抵消,內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零.此時(shí)附加場(chǎng)和外部場(chǎng)相作用產(chǎn)生的電磁斥力可以將超導(dǎo)體懸起.超導(dǎo)體的兩個(gè)重要特性：零電阻和抗磁性。,實(shí)際模型,在列車(chē)每節(jié)車(chē)廂兩側(cè)底側(cè),裝載有6~8個(gè)超導(dǎo)磁體,并通過(guò)液氦作為冷卻系統(tǒng).當(dāng)列車(chē)起到或進(jìn)站時(shí),列車(chē)依靠

4、車(chē)輪行駛,隨著列車(chē)加速,導(dǎo)軌線(xiàn)圈通電,根據(jù)Meissner效應(yīng),車(chē)與軌之間產(chǎn)生電動(dòng)斥力,(數(shù)量級(jí)為103N/m2)從而實(shí)現(xiàn)懸浮.,2.懸浮系統(tǒng),導(dǎo)向系統(tǒng)依靠軌道兩側(cè)的線(xiàn)圈,按照實(shí)際所需的橫向傾角的大小,對(duì)線(xiàn)圈中的交變電流進(jìn)行調(diào)節(jié),進(jìn)而提供所需的導(dǎo)向力. 假設(shè)轉(zhuǎn)子受到擾動(dòng)，偏離其參考位置，這時(shí)傳感器檢測(cè)出轉(zhuǎn)子偏離參考點(diǎn)的位移，控制器將檢測(cè)的位移變換成控制信號(hào)，然后功率放大器將信號(hào)轉(zhuǎn)換成控制電流，并在執(zhí)行磁鐵中產(chǎn)生磁力，從而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子返

5、回到原來(lái)平衡位置。因此，不論轉(zhuǎn)子受到哪個(gè)方向的擾動(dòng)，轉(zhuǎn)子始終能處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。,3.動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng),直觀(guān)模擬:軌道兩側(cè)裝有線(xiàn)圈，交流電使線(xiàn)圈變?yōu)殡姶朋w，它與列車(chē)上的磁鐵相互作用。列車(chē)行駛時(shí),車(chē)頭的磁鐵（N極）被軌道上靠前一點(diǎn)的電磁體（S極）所吸引,同時(shí)被軌道上稍后一點(diǎn)的電磁體（N極）所排斥,使列車(chē)前進(jìn)。然后在線(xiàn)圈里流動(dòng)的電流反向,其結(jié)果就是原來(lái)那個(gè)S極線(xiàn)圈，現(xiàn)在變?yōu)镹極線(xiàn)圈了，反之亦然?！　∵@樣，列車(chē)由于電磁極性的轉(zhuǎn)換而得以持續(xù)向前

6、奔馳。,直線(xiàn)電機(jī),直線(xiàn)同步電機(jī):其初級(jí)繞組沿軌道鋪設(shè),次級(jí)繞組安裝在車(chē)體上, 在初級(jí)繞組中通入三相交流電, 氣隙中產(chǎn)生平移磁場(chǎng),該磁場(chǎng)切割次級(jí)導(dǎo)體, 產(chǎn)生電磁感應(yīng), 誘發(fā)磁場(chǎng),該磁場(chǎng)與原有平移磁場(chǎng)方向相反,最終在路軌和車(chē)體間產(chǎn)生電磁推力.,數(shù)學(xué)模擬(一),,數(shù)學(xué)模擬(二),,Maxwell方程組:,空間介質(zhì)條件:,,,(1),(低頻),數(shù)學(xué)模擬(三),1.定子繞組電流與轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流的組合效應(yīng)在定子表面產(chǎn)生磁場(chǎng):,其中:,為峰值,k為波數(shù)

7、,w為移動(dòng)磁場(chǎng)的角頻率,2.轉(zhuǎn)子板或反應(yīng)軌內(nèi)部:,3.在空氣隙:,,,,,(1),(1),數(shù)學(xué)模擬(四),電磁邊界條件:,1.y=0轉(zhuǎn)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(yīng)電流:,數(shù)學(xué)模擬(五),取近似條件:,則可以求得施加于轉(zhuǎn)子每單位體積的切向力:,,初略計(jì)算:取鋁電導(dǎo)率:,=3.54,107,轉(zhuǎn)差率: S=0.1,,磁場(chǎng)同步速度:,=500km/h,磁感應(yīng)強(qiáng)度: B=8.0

8、,10-3T,,=,15.7 KN,可見(jiàn),列車(chē)單位體積受力的數(shù)量級(jí)為KN,數(shù)學(xué)模擬(六),轉(zhuǎn)子每單位體積的凈輸出功率為:,初略計(jì)算:,=,19.7kw,,可見(jiàn),轉(zhuǎn)子單位體積凈輸出功率的數(shù)量級(jí)為kw,性能比較(一),1.安全:不會(huì)脫軌；單向行駛，不會(huì)相撞。,2.最大優(yōu)勢(shì)--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(chē)的懸浮高度為10~100mm，因此對(duì)線(xiàn)路的平整度、路基下沉量及道岔結(jié)構(gòu)方面的要求要比