超导磁悬浮原理

姜芽2023-02-12  80

超导磁悬浮是利用

磁铁的

同极相斥

原理制造的,同时必须达到速度才可以建立起稳定的波浪电场。超导磁系列主要为日本制造的。现目前还没有正式投入使用的铁路

但要记住,上海龙阳路到浦东机场的磁悬浮列车,是德国,也就是德意志的技术,是常导磁系列,他没有利用磁铁的是否同极还是异极的问题

他是利用,磁铁对钢铁材料的吸引作用实现悬浮的,而电磁铁只能让他保持悬浮而不可以前进,

从而车上还有一个直线电机(相当于把电动机的绕组铺平)产生直线涡流,这个涡流由线圈作用于轨道上的感应钢板而前进。

所以,轨道不需要通电,轨道上只有感应钢板,感应钢板不仅作为车中电磁铁吸引感应钢板使其悬浮的作用,还具有使直线电机与感应钢板之间建立涡流而前进和制动的作用。(制动也是利用直线电机,利用电涡流效应)

超导磁悬浮车身必须是超导磁体,超导磁悬浮列车具有比常导型更高的速度,但同时相对的说,他看起来也更加的不太安全。

因为列车并不和常导型的那种那样扣在轨道上,而是悬浮于轨道上空,和轨道没有任何接触(这里指扣件),所以如果高速时候,假设轨道(超导型的轨道必须通电,就是说轨道有电磁铁)或车上任何一方电力中断,就会导致车辆脱离轨道,虽然日本人说这些事不会发生,但假设发生了怎么办?

但他可以轻松超过500公里的速度,而常导的一般就在400多公里速度几乎是极限了。但他由于是扣在轨道上,即使再严重事故,最多是车体和轨道摩擦,而不会脱落,除非扣件被彻底损坏,但那是车梁,也不容易损坏

鉴于这些那些的优点,超导磁悬浮列车就是利用目前书本常说的,利用磁铁的同性相斥原理制造的,但必须达到80公里左右,磁场才可以达到足够的波浪状滚转,使其稳定悬浮并且前进,他不需要使用直线电机,而且相比于常导的,拥有更加节能的特性(仅看车的一方,由于轨道通电,所以事实上也不节能)

但缺点比起常导的要多得多,最重要的就是安全了。还有就是轨道需要通电,消耗大量电能。

这些磁悬浮只分

超导磁和常导磁

两类

超导磁的意思就是说,他是将电磁铁线圈冷冻,让线圈电阻几乎为0,形成超导。从而几乎不发热。

常导磁就是普通环境下的电磁铁了

高温还是低温超导磁的意思其实是说,,该磁铁在那个温度时候,他的绕组线圈可以形成超导,比如通常都需要-200度一下,但开发出的新材料,却可以让他在-170度左右实现超导,从而减小制冷机组的负载

把一块磁铁放在超导盘上,由于超导盘把磁感应线排斥出去, 超导盘跟磁铁之间有排斥力,结果磁铁悬浮在超导盘的上方。这种超导悬浮在工程技术中是可以大大利用的, 超导悬浮列车就是一例。让列车悬浮起来,与轨道脱离接触,这样列车在运行时的阻力降低很多,沿轨道“飞行”的速度可达500公里/小时。高温超导体发现以后,超导态可以在液氮温区(零下196度以上)出现,超导悬浮的装置更为简单, 成本也大为降低。我国的西南交通大学于1994年成功地研制了高温超导悬浮实验车。

超导现象

1911年荷兰科学家翁纳斯(Onnes)在测量低温下水银电阻率的时候发现, 当温度降到零下269度附近, 水银的电阻竟然消失了!图1复制了当时的实验曲线。电阻的消失叫做零电阻性。所谓“电阻消失”,只是说电阻小于仪表的最小可测电阻。也许有人会产生疑问:如果仪表的灵敏度进一步提高,会不会测出电阻呢?用“持久电流”实验可以解决这个问题。

由正常导体组成的回路是有电阻的,而电阻意味着电能的损耗,即电能转化为热。这样, 如果没有电源不断地向回路补充能量,回路中的电能在极短时间( 以微秒计)里全部消耗完,电流衰减到零。如果回路没有电阻,自然就没有电能的损耗。一旦在回路中激励起电流,不需要任何电源向回路补充能量,电流可以持续地存在下去。

磁悬浮列车的工作原理:

世界上的磁悬浮列车主要有两种“悬浮”形式,一种是推斥式;另一种为吸力式。

推斥式是利用两个磁铁同极性相对而产生的排斥力,使列车悬浮起来。这种磁悬浮列车车厢的两侧,安装有磁场强大的超导电磁铁。车辆运行时,这种电磁铁的磁场切割轨道两侧安装的铝环,致使其中产生感应电流,同时产生一个同极性反磁场,并使车辆推离轨面在空中悬浮起来。但是,静止时,由于没有切割电势与电流,车辆不能产生悬浮,只能像飞机一样用轮子支撑车体。当车辆在直线电机的驱动下前进,速度达到80公里/小时以上时,车辆就悬浮起来了。

吸力式是利用两个磁铁异性相吸的原理,将电磁铁置于轨道下方并固定在车体转向架上,两者之间产生一个强大的磁场,并相互吸引时,列车就能悬浮起来。这种吸力式磁悬浮列车无论是静止还是运动状态,都能保持稳定悬浮状态。这次,我国自行开发的中低速磁悬浮列车就属于这个类型。

“若即若离”,是磁悬浮列车的基本工作状态。磁悬浮列车利用电磁力抵消地球引力,从而使列车悬浮在轨道上。在运行过程中,车体与轨道处于一种“若即若离”的状态,磁悬浮间隙约1厘米,因而有“零高度飞行器”的美誉。它与普通轮轨列车相比,具有低噪音、低能耗、无污染、安全舒适和高速高效的特点,被认为是一种具有广阔前景的新型交通工具。特别是这种中低速磁悬浮列车,由于具有转弯半径小、爬坡能力强等优点,特别适合城市轨道交通。

磁悬浮列车运行原理 :

是利用电磁力抵消地球引力,通过直线电机进行牵引,使列车悬浮在轨道上运行(悬浮间隙约1厘米)。

磁悬浮列车的种类:

磁悬浮列车分为常导型和超导型两大类。

常导型也称常导磁吸型,以德国高速常导磁浮列车transrapid为代表,它是利用普通直流电磁铁电磁吸力的原理将列车悬起,悬浮的气隙较小,一般为10毫米左右。常导型高速磁悬浮列车的速度可达每小时400~500公里,适合于城市间的长距离快速运输。

超导型磁悬浮列车也称超导磁斥型,以日本MAGLEV为代表。它是利用超导磁体产生的强磁场,列车运行时与布置在地面上的线圈相互作用,产生电动斥力将列车悬起,悬浮气隙较大,一般为100毫米左右,速度可达每小时500公里以上。

这两种磁悬浮列车各有优缺点和不同的经济技术指标,德国青睐前者,集中精力研制常导高速磁悬浮技术而日本则看好后者,全力投入高速超导磁悬浮技术之中。

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吸力,与地面轨道两侧的绕组发生磁铁反作用将列车浮起。在车辆下部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。车辆与行车轨道之间的悬浮间隙为10毫米,是通过一套高精度电子调整系统得以保证的。此外由于悬浮和导向实际上与列车运行速度无关,所以即使在停车状态下列车仍然可以进入悬浮状态。

常导磁悬浮列车的驱动运用同步直线电动机的原理。车辆下部支撑电磁铁线圈的作用就象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,它就象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象电机的“转子”一样被推动做直线运动。从而在悬浮状态下,列车可以完全实现非接触的牵引和制动。

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