磁懸浮來了,上海到深圳只需3小時!磁懸浮列車的原理是什麼?如何實現懸浮?

2022-01-07 機械前沿

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近日,廣東省國土資源廳發布了《廣東省國土空間規劃2020-2035年》公眾版,對未來十五年的國土空間安排進行了解讀和展示。規劃提出全省域空間內將預留京港澳高速磁懸浮和滬(深)廣高速磁懸浮通道。值得一提的是,廣東首次提出預留建設滬(深)廣高速磁懸浮通道。深圳到上海約1500公裡,如時速以每小時600公裡算,大約2.5小時就可以互通深滬兩市。深圳至北京約2200公裡,如果乘坐京港澳高速磁懸浮,大約3.6小時可到達北京,比高鐵要節省超一半時間。

作為兩條磁懸浮列車的核心城市:廣、深磁懸浮預計將會提前開建。

今天咱們就講講磁懸浮列車的懸浮原理是什麼?它是如何實現懸浮的?

上海磁浮示範運營線,是世界上第一條投入商業化運營的磁懸浮列車示範線,西起上海軌道交通2號線龍陽路站,東到上海浦東國際機場站。線路正線全長約30公裡,雙線上下折返運行,設計最高運行速度為每小時430公裡,單線運行時間約8分鐘。

1922年,德國人赫爾曼·肯佩爾(Hermann Kemper) 提出了電磁浮原理,並在1934年獲得世界上第一項有關磁浮技術的專利。

肯佩爾先生利用磁鐵「同性相斥、異性相吸」的性質,把旋轉的同步電機攤開鋪平,把電機中的轉子裝在車廂底下,把電機中的定子和線圈鋪在整條軌道上,通上電後,機車和車軌組成了一個完整的直線電機,列車不依靠車輪懸浮在軌道上,輕鬆跑動。

磁浮列車按採用導體劃分,可分為常導磁浮列車和超導磁浮列車;按運行速度劃分,可分為高速磁浮列車和低速磁浮列車;按懸浮機理劃分,可分為電磁懸浮列車和電動懸浮列車

首先,磁浮列車的牽引和導向原理實現了「無接觸」運行,消除了傳統輪軌之間的機械摩擦、振動及噪聲。其次,磁浮列車運行採用了主動控制方式,通過實時反饋列車運行過程中的各種信息來及時調整列車運行狀態,以保障列車運行的安全性和舒適性,而輪軌列車運行是採用被動控制方式。

簡單的理解就是傳統輪軌是下面這樣的↓↓

而磁懸浮就是下面這樣的↓↓

磁浮上海示範運營線列車屬常導高速電磁懸浮列車,它是一種依據電磁相吸式原理,利用長定子直線同步電機產生的電磁懸浮力、導向力和驅動力實現列車的支承、導向、牽引和制動的新型無接觸高速軌道交通系統。

1)如何懸浮?

上海磁浮列車上的懸浮電磁鐵、導向電磁鐵和軌道上的定子線圈通電後,將列車向上吸起而「懸浮」於軌道上,並隨時控制以保持穩定的懸浮間隙和導向間隙,實現列車沿軌道的無接觸運行。

整輛列車浮了起來,懸於鐵軌之上10毫米,這樣設計不僅減少了磨損,同樣也能讓列車極快速,無摩擦地行駛。

磁浮列車能夠飛駛歸功於它的同步長定子線性發動機。軌道梁長定子線圈為鑲有三相行波線圈的電動機定子片,而列車彎曲部內側的牽引電磁鐵相當於電動機的轉子。當輸入三相電流,就會在定子片和牽引電磁鐵之間產生移動磁場,推動列車前進。列車可以根據三相電流的頻率實現無級變速。剎車時,只需改變移動工頻磁場的施力方向,使電動機變成發電機,列車即可不經任何摩擦得到制動。

磁浮列車行駛的電能是通過地面給軌道梁長定子線圈供電而獲得的。在地面變電站,先將110kV高壓電通過降壓變壓器降至20kV,經過整流變壓器整流變為直流電,再由逆變器變成0~300Hz交流電,然後通過電纜和開關站供給軌道梁長定子線圈。安裝在軌道梁的長定子線性發動機是分段的,只有列車所在的那一段被供電,一旦列車越過所在段的界限,就會自動停止供電,同時下段被自動供電,每段的距離一般為1200米,對呼嘯而過的列車只有數十秒鐘的時間。

來源:直觀學機械、廣東省自然資源廳、上海地鐵shmetro、上海新驀爾天縱檢測與鑑定、科普俠

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