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高速鐵路信號技術交流
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我們信號工作者日常所接觸到的均是輪軌鐵路列車，其實在輪軌鐵路列車之外還有一種鐵路列車，而且也已經投入了商業化運營，這就是磁懸浮列車。今天小編帶領大家來了解一下磁懸浮列車的原理。磁懸浮列車，顧名思義就是能夠使火車從鐵軌上浮起來，消除了火車車輪與鐵軌之間的摩擦，大幅度地提高火車的運行速度。
圖1 磁懸浮列車結構示意圖
1. 磁懸浮列車運行原理
其原理是利用電磁力抵消地球引力，通過直線電機進行牽引，使列車懸浮在軌道上運行（懸浮間隙約1釐米）。它與普通輪軌列車相比，具有低噪音、無汙染、安全舒適和高速高效的特點，有著「零高度飛行器」的美譽，是一種具有廣闊前景的新型交通工具，特別適合城市軌道交通。磁懸浮列車按懸浮方式不同一般分為超導推斥型和常導磁吸型兩種，按運行速度又有高速和中低速之分。
2. 磁懸浮列車的分類
2.1德國的常導磁懸浮列車
常導磁懸浮列車工作時，首先調整車輛下部的懸浮和導向電磁鐵的電磁吸力，與地面軌道兩側的繞組發生磁鐵反作用將列車浮起。在車輛下部的導向電磁鐵與軌道磁鐵的反作用下，使車輪與軌道保持一定的側向距離，實現輪軌在水平方向和垂直方向的無接觸支撐和無接觸導向。車輛與行車軌道之間的懸浮間隙為10毫米，是通過一套高精度電子調整系統得以保證的。此外由於懸浮和導向實際上與列車運行速度無關，所以即使在停車狀態下列車仍然可以進入懸浮狀態。
常導磁懸浮列車的驅動運用同步直線電動機的原理。車輛下部支撐電磁鐵線圈的作用就象是同步直線電動機的勵磁線圈，地面軌道內側的三相移動磁場驅動繞組起到電樞的作用，它就象同步直線電動機的長定子繞組。從電動機的工作原理可以知道，當作為定子的電樞線圈有電時，由於電磁感應而推動電機的轉子轉動。同樣，當沿線布置的變電所向軌道內側的驅動繞組提供三相調頻調幅電力時，由於電磁感應作用承載系統連同列車一起就象電機的「轉子」一樣被推動做直線運動。從而在懸浮狀態下，列車可以完全實現非接觸的牽引和制動。
圖2 常導磁浮列車原理示意圖
2.2日本的超導磁懸浮列車
超導磁懸浮列車的最主要特徵就是其超導元件在相當低的溫度下所具有的完全導電性和完全抗磁性。超導磁鐵是由超導材料製成的超導線圈構成，它不僅電流阻力為零，而且可以傳導普通導線根本無法比擬的強大電流，這種特性使其能夠製成體積小功率強大的電磁鐵。
超導磁懸浮列車的車輛上裝有車載超導磁體並構成感應動力集成設備，而列車的驅動繞組和懸浮導向繞組均安裝在地面導軌兩側，車輛上的感應動力集成設備由動力集成繞組、感應動力集成超導磁鐵和懸浮導向超導磁鐵三部分組成。當向軌道兩側的驅動繞組提供與車輛速度頻率相一致的三相交流電時，就會產生一個移動的電磁場，因而在列車導軌上產生磁波，這時列車上的車載超導磁體就會受到一個與移動磁場相同步的推力，正是這種推力推動列車前進。其原理就象衝浪運動一樣，衝浪者是站在波浪的頂峰並由波浪推動他快速前進的。與衝浪者所面對的難題相同，超導磁懸浮列車要處理的也是如何才能準確地駕馭在移動電磁波的頂峰運動的問題。為此，在地面導軌上安裝有探測車輛位置的高精度儀器，根據探測儀傳來的信息調整三相交流電的供流方式，精確地控制電磁波形以使列車能良好地運行。
超導磁懸浮列車也是由沿線分布的變電所向地面導軌兩側的驅動繞組提供三相交流電，並與列車下面的動力集成繞組產生電感應而驅動，實現非接觸性牽引和制動。但地面導軌兩側的懸浮導向繞組與外部動力電源無關，當列車接近該繞組時，列車超導磁鐵的強電磁感應作用將自動地在地面繞組中感生電流，因此在其感應電流和超導磁鐵之間產生了電磁力，從而將列車懸起，並經精密傳感器檢測軌道與列車之間的間隙，使其始終保持100毫米的懸浮間隙。同時，與懸浮繞組呈電氣連接的導向繞組也將產生電磁導向力，保證了列車在任何速度下都能穩定地處於軌道中心行駛。
圖3 超導磁浮列車原理示意圖
3. 磁懸浮列車運行原理
超導磁懸浮列車的車輛上裝有車載超導磁體並構成感應動力集成設備，而列車的驅動繞組和懸浮導向繞組均安裝在地面導軌兩側，車輛上的感應動力集成設備由動力集成繞組、感應動力集成超導磁鐵和懸浮導向超導磁鐵三部分組成。當向軌道兩側的驅動繞組提供與車輛速度頻率相一致的三相交流電時，就會產生一個移動的電磁場，因而在列車導軌上產生磁波，這時列車上的車載超導磁體就會受到一個與移動磁場相同步的推力，正是這種推力推動列車前進。其原理就像衝浪運動一樣，衝浪者是站在波浪的頂峰並由波浪推動他快速前進的。與衝浪者所面對的難題相同，超導磁懸浮列車要處理的也是如何才能準確地駕馭在移動電磁波的頂峰運動的問題。為此，在地面導軌上安裝有探測車輛位置的高精度儀器，根據探測儀傳來的信息調整三相交流電的供流方式，精確地控制電磁波形以使列車能良好地運行。
圖4 磁懸浮列車運行原理示意圖
4. 磁懸浮列車的優勢以及存在的問題
4.1優勢
（1）它克服了傳統輪軌鐵路提高速度的主要障礙，發展前景廣闊
（2）磁懸浮列車速度高
（3）磁懸浮列車能耗低
4.2存在問題
（1）由於磁懸浮系統是以電磁力完成懸浮、導向和驅動功能的，斷電後磁懸浮的安全保障措施，尤其是列車停電後的制動問題仍然是要解決的問題。其高速穩定性和可靠性還需很長時間的運行考驗。
（2）常導磁懸浮技術的懸浮高度較低，因此對線路的平整度、路基下沉量及道岔結構方面的要求較超導技術更高。
（3）超導磁懸浮技術由於渦流效應懸浮能耗較常導技術更大，冷卻系統重，強磁場對人體與環境都有影響。
5. 我國磁懸浮技術發展現狀
我國有世界第一條磁懸浮列車示範運營線——浦東龍陽路站到浦東國際機場，全程三十多公裡只需8分鐘，是世界第一條商業運營的磁懸浮專線。上海磁懸浮列車是「常導磁吸型」磁懸浮列車。是利用「異性相吸」原理設計，是一種吸力懸浮系統，利用安裝在列車兩側轉向架上的懸浮電磁鐵，和鋪設在軌道上的磁鐵，在磁場作用下產生的排斥力使車輛浮起來（利用同名磁極相互排斥）。
另外，2014年5月16日，我國首條具有自主智慧財產權的中低速磁浮交通線路——長沙磁浮工程正式開工。線路於2016年上半年建成通車，我國成為世界上第二個擁有這種先進軌道交通運營技術的國家。
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