电磁学原理在磁悬浮技术_中的应用

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1、电磁学原理在磁悬浮技术中的应用易浩扬彭从安仲嘉斌陶昌港2016年12月23日11电磁学原理在磁悬浮技术中的应用彭从安易浩扬仲嘉斌陶昌港摘要:电磁学在我们的生活中应用的十分广泛，电磁学在磁悬浮列车（MAGLEV）上的应用是电磁在工程技术上达到了一个新的高潮。磁悬浮列车是一种新型的高速有轨地面运输系统，开创了铁路运输史上的新时代。论述磁悬浮列车应用电磁学的基本原理，探讨一些有待进一步完善的方面，并给出相关建议，最终对其发展前景作出评价。关键词：磁悬浮超导摩擦电磁悬浮电力悬浮永磁技术0.引言：磁悬浮列车是一种采用无接触的电

2、磁悬浮、导向和驱动系统的磁悬浮高速列车系统。磁悬浮列车是目前陆地上最快的交通工具，它被认为是21世纪最有潜力的交通工具。关于它的研究一直处于世界科技领域前沿。1.磁悬浮列车的基本物理原理1.1安培定律安培根据的实验总结得出安培定律，其表述为：在磁场中某点处的电流元Idl受到的磁场作用力dF大小与电流元的大小、电流元所在处的强度的大小以及电流元Idl和磁感强度B之间的夹角θ的正弦成正比，即11dF=Idl×B=I∙Bsinθdl其实质是形成电流的定向移动的电荷所受到的洛伦兹力的合力，示意图如下：1.2法拉第电磁感应定律

3、法拉第对电磁感应现象作了定量研究，分析了大量实验后得出如下结论：当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，精确的实验表明：导体回路中产生的感应电动势ε的大小与穿过回路的磁通量的变化率dΦdt成正比，表达式如下：ε=-dΦdt1.3应用磁悬浮列车在轨道上固定了许多线圈，利用车上超导电磁铁形成的磁场与轨道上线圈形成的磁场之间所产生的相斥力，使车体悬浮运行的铁路。或利用磁铁异性相吸原理而设计的电动力运行系统的磁悬浮列车，它是在车体底部及两侧倒转向上的顶部安装磁铁，在T形导轨的上方和伸臂部分下方分别设反作用板和感应钢板，控制电磁

4、铁的电流，使电磁铁和导轨间保持10—15毫米的间隙，并使导轨钢板的排11斥力与车辆的重力平衡，从而使车体悬浮于车道的导轨面上运行。2.磁悬浮列车的工作原理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，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。2.1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）。而中国采用的则是永磁悬浮技术，即永久磁铁与轨道（由电磁轨

5、道或导磁材料）相斥并保持在槽口中线可悬浮运行，电磁导向可实现零磨擦运行，机械向能接近零磨擦。永磁悬浮应用在交通优点是节能，它阻力系数约为滚动阻力的1/10，在100km/h运行速度内与汽车能耗比为1：10。永磁悬浮交通与有轨交通有着一样的安全性、永磁悬浮高度是工作在某区间近似弹簧受力状态的一种自由稳定悬浮。2.1.1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排斥产生悬浮。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排斥力，与地面轨道两侧的绕组发生磁铁反作用

6、将列车浮起。在车辆下部11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。图1常导磁吸式EMS2.1.2电力悬浮系统（EDS）日本磁悬浮铁路ML系统使用低温超导技术。它用液氮作为冷冻液，当线圈绕组达到-269摄氏度的温度时车载线圈绕组即进入超导状态。为了提高磁悬浮车辆上超导材料的稳定性，日本使用铌钛合金作为线圈绕组材料。11日本超导磁悬浮系统的悬浮力来自于车辆两侧。在导轨两侧的侧壁上，排列着一组组的导向绕组。当车辆高速通过时，车辆上的超导磁场会在

7、导轨侧壁的悬浮绕组中产生感应电流和感应磁场。控制每组悬浮绕组上侧的磁场极性与车辆超导磁场的极性相反从而产生引力，下侧极性与超导磁场极性相同同而产生斥力，使得车辆悬浮起来。图2超导磁斥式EDS2.1.3永磁悬浮系统即永久磁铁与轨道（由电磁轨道或导磁材料）相斥并保持在槽口中线可悬浮运行，电磁导向可实现零磨擦运行，机械向能接近零磨擦。电磁悬浮是不稳定悬浮。要靠复杂的控制技术实现悬浮，即使控制做得非常完善也不能保证永无保障，永不失磁，永磁悬浮能实现永不失磁。112.2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

8、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