高速环形管道SS-HTS磁悬浮列车系统研究

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1、国内图书分类号：TM346密级：公开国际图书分类号：621.3西南交通大学博士研究生学位论文高速环形管道SS-HTS磁悬浮列车系统研究年级2012级姓名周大进申请学位级别博士专业电气工程指导老师赵勇教授二零一七年十一月ClassifiedIndex:TM346U.D.C:621.3SouthwestJiaotongUniversityDoctorDegreeDissertationTHESTUDYOFHIGHT-SPEEDCIRCULARTUBESS-HTSMAGLEVSYSTEMINANCIRCULARTEST

2、TRACKGrade:2012Candidate:DajinZhouAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofPhilosophySpeciality:ElectricalEngineeringSupervisor:Professor.YongZhaoNov.2017西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有

3、关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密□，在年解密后适用本授权书；2．不保密□，使用本授权书。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导老师签名：日期：日期：西南交通大学博士学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担

4、。本学位论文的主要创新点如下：（1）首次提出侧挂悬浮型高温超导（SS-HTS）磁悬浮列车系统，并整合真空管道技术、SS-HTS磁悬浮技术、直线电机驱动与分段供电控制技术，以及无线数据传输技术，首次建成真空管道高温超导侧挂悬浮环线试验系统。该系统克服了高速、大曲率弯道运行时磁浮车向心力不足的难题，实现了磁浮车在低压管道内的高速稳定运行。在运行试验中，磁浮车的速度达到了150km/h，创造了高温超导磁浮列车实际运行下的最高速度记录，管道内的最低气压达到了650Pa。（第4，5章）（2）首次对侧挂悬浮型高温超导-永磁悬

5、浮系统在环形轨道运行中的悬浮力和导向力进行了理论和实验研究。结果表明，磁浮车动态运行时的导向力变化由高温超导体与永磁轨道之间的垂直位移δ和径向位移γ共同决定。因前者变化产生的导向力称为第一类导向力，后者变化产生的导向力称为第二类导向力。当超导体沿轨道中心两侧排列时，第一类导向力占主导地位，导向力随着悬浮间隙的减小而增加；当超导体靠近轨道中心集中排列时，第二类导向力占主导地位，导向力随着悬浮间隙的减小而降低。（第2，3章）（3）首次在低压管道内，对长初级直线感应电动机的动态驱动特性进行了实验研究。结果表明，降低管道

6、内的气压，可以抑制电机推力波动，减小电机转差率，有效提高直线电机的驱动效率和稳定性。（第5章）（4）首次对真空管道侧挂悬浮型高温超导磁浮车的牵引阻力进行了实验研究。结果表明，常压条件下的空气阻力占总牵引阻力的80%以上，是磁浮车的主要牵引阻力。当4管道气压低于2×10Pa时，磁阻力逐渐接近并大于空气阻力，成为磁浮车的主要牵引阻力。磁阻力的大小与磁浮车的运行速度成正比，与悬浮间隙成反比。（第5章）学位论文作者签名：日期：西南交通大学博士研究生学位论文第I页摘要在稠密的大气层下，列车行驶速度超过400km/h后，会产

7、生巨大的气动阻力、振动及噪声，从环保和节能的角度而言，并非地面交通的最佳形式。为了克服气动阻力障碍及轮轨列车系统中的轮轨黏着限制，实现超高速地面交通运输，真空管道高温超导磁悬浮列车的概念应运而生。相比发展更早应用更加成熟的真空技术，高温超导磁浮列车技术仍处于实验室研究阶段，虽然已经进行了一些动态运行实验研究，但都是在短距离直线或小半径环线上的低速试验，鲜有高速下的实验验证。为了尽快将这一具有巨大应用潜力的技术服务于社会，满足人们对高速、便捷、安全、舒适、节能、环保的新型交通工具的需求，有必要对高温超导磁浮列车在高

8、速下的动态特性进行深入而系统的研究。本论文探讨在小半径环线轨道上，创造性引入了侧挂悬浮型高温超导（SS-HTS）磁浮系统，即将永磁轨道固定在壁面上，使磁浮车贴壁运行，从而克服了高速、大曲率弯道运行时磁浮车向心力不足的难题，实现了高温超导磁浮车的高速稳定运行，避免了磁浮车沿切向脱轨的危险。首先，本论文从超导的宏观唯象理论和经典电磁理论出发，建立了高温超导永磁轨道（HTS-P