磁懸浮列車的原理分析

鄧明達

摘 要：在技術(shù)的發(fā)展下，磁懸浮列車開始進入到人們的生活中，磁懸浮列車運行速度可以達到500km/h，牽引不會受到輪軌因素的限制，能耗低，噪聲低，還具備線路適應(yīng)性強、無污染、安全舒適的優(yōu)勢，是交通業(yè)的重點研究對象。本文主要針對磁懸浮列車的原理進行分析。

關(guān)鍵詞：磁懸浮列車；原理；運行方式

磁懸浮列車是根據(jù)磁鐵同性相斥、異性相吸的原理而設(shè)計的，它依靠電磁吸力或電磁斥力將列車懸浮于空中，經(jīng)由線性電機對列車進行驅(qū)動行駛，雖然仍然被人們稱為陸上的交通工具，但已經(jīng)摒棄了列車和地面軌道的機械接觸，擺脫了傳統(tǒng)列車車輪和車軌的黏著限制，再沒有機械噪音的產(chǎn)生和車輪與車軌等的磨損產(chǎn)生，因摩擦而產(chǎn)生的阻力消失，能夠?qū)崿F(xiàn)列車的高速甚至超高速運行。

1 磁懸浮列車的應(yīng)用原理

磁懸浮列車根據(jù)磁鐵異性相吸的原則設(shè)計制造了電磁懸浮系統(tǒng)。這種系統(tǒng)讓機車上的電磁鐵和導(dǎo)軌上的磁鐵車軌處于異性相吸的狀態(tài)從而引起列車發(fā)生懸浮現(xiàn)象。列車在水平方向與垂直方向均與車軌無機械接觸還因為電磁吸力與地面軌道兩側(cè)的繞組之間有相互的反作用力從而造成機車側(cè)向與軌道也無機械接觸。當(dāng)磁懸浮列車高速運行的時候，高精度的電子調(diào)整系統(tǒng)可以保證磁懸浮列車與軌道之間的懸浮縫隙不會產(chǎn)生變化，并且此種縫隙的大小與列車的導(dǎo)向無關(guān)，因而實現(xiàn)列車在停車狀態(tài)下的磁懸浮狀態(tài)不變。

磁懸浮列車也可以采用電力懸浮系統(tǒng)來實現(xiàn)列車的空中懸浮。機車在導(dǎo)軌上運行的時候如果使用了磁鐵將會產(chǎn)生電流，機車和導(dǎo)軌的縫隙越小，電磁的斥力越大，這種電磁斥力的產(chǎn)生可以支撐列車產(chǎn)生空中的懸浮。

由超導(dǎo)材料制成超導(dǎo)線圈可以制備體積小但功率強大的電磁鐵。這種超導(dǎo)電磁鐵在特定的低溫條件下具有完全導(dǎo)電性能，其電阻為零，完全支持強大電流的導(dǎo)通。超導(dǎo)磁懸浮列車上會安裝超導(dǎo)磁鐵和感應(yīng)動力的集成設(shè)備。車軌的電磁線圈所具備的磁極和列車上超導(dǎo)磁鐵的磁極是相同的，根據(jù)同性相斥的磁鐵規(guī)則，強大的斥力會把機車懸浮在空中。

2 磁懸浮列車的運行方式

磁懸浮列車懸浮起來的原理我們已經(jīng)知道了，它又是如何推進的呢？

一般來講，交流電可以驅(qū)動列車軌道兩邊的線圈使之成為電磁鐵。當(dāng)電磁鐵和列車上的電磁鐵發(fā)生相互作用的時候，就會有磁力的產(chǎn)生。車頭的超導(dǎo)磁鐵的磁性和車軌的磁性是同性相吸的，可以當(dāng)做牽引力，車尾的超導(dǎo)磁鐵的磁性和車軌的磁性是相斥的，會產(chǎn)生一定的推力，這就是推動力。這些力量強大的電磁力會驅(qū)動列車不斷前進。電能轉(zhuǎn)換器可以調(diào)整交流電的頻率和電壓從而產(chǎn)生車速的快慢。

例如超導(dǎo)磁懸浮列車行駛的原理是這樣的：當(dāng)超導(dǎo)磁懸浮列車上的感應(yīng)動力設(shè)備和超導(dǎo)磁鐵感受到受電力系統(tǒng)催動的電磁場的電磁力時，列車就會承受強大的電磁推力。這種電磁推力實際是因為機車的車軌兩側(cè)的驅(qū)動繞組接受到與車輛的速度和頻率一致的交流電的驅(qū)使，產(chǎn)生了移動的電磁場。電磁場和列車的導(dǎo)軌之間會產(chǎn)生功能強大的磁波形成推力，推動列車不斷向前行駛。

磁懸浮列車進行制動的時候，需要列車車軌的兩側(cè)通入了反相的交流電，這樣線圈產(chǎn)生于列車方向相反的磁場，相當(dāng)于車頭和車軌的相吸的引力變成了相反的斥力，從而產(chǎn)生列車的制動力，讓列車減速。也可以采用斷電的方法讓列車減速，但是其效果要稍小一點。

磁懸浮機車內(nèi)的電磁鐵可以為機車的導(dǎo)向系統(tǒng)提供沿導(dǎo)軌方向運動的側(cè)向力，采用獨立的電磁鐵來進行導(dǎo)向系統(tǒng)的導(dǎo)向也可以。

磁懸浮列車的運行速度快、爬坡能力強且能耗低，具有很多傳統(tǒng)列車所不能比擬的優(yōu)勢，但它的技術(shù)很有很多方面的缺陷和不足之處，目前還面臨很多有待解決的問題。

磁懸浮列車需要鋪設(shè)專有的線路，無法像傳統(tǒng)列車那樣一旦線路改變，可以對舊有線路進行改造或重復(fù)利用就可以，因而造價高昂，前期投入較大，而投資回收的周期較長，建設(shè)成本高。較高的投資風(fēng)險讓投資商們望而生畏，這也是磁懸浮列車無法像傳統(tǒng)列車那樣應(yīng)用廣泛的原因之一。

磁懸浮列車的懸浮、推進和制動都要靠電磁鐵來完成，而強磁場對人體和環(huán)境都會產(chǎn)生影響，因而其適用人群和人們對交通工具的偏好等都會對磁懸浮列車的營運產(chǎn)生一定的影響。

磁懸浮列車雖然速度很快，但其懸浮和制動的安全問題仍然還需要進一步的研究，其高速行駛的穩(wěn)定性也需要實際運營的檢驗，需要較長時間才能夠看出實際的效果。

3 結(jié)語

總的來講，目前火車提速幾乎已經(jīng)達到極限，磁懸浮列車是列車速度提高的一種選擇和趨勢，但磁懸浮列車由于造價和成本問題以及技術(shù)上的一些缺陷還需要人們不斷進行探索和改進。

參考文獻：

[1] 彌柱，李云鋼，程虎.基于V型軌道磁懸浮列車的控制方法設(shè)計研究[J].機車電傳動，2012（05）.

[2] 佘龍華，李劍鋒.中低速磁浮列車運行控制系統(tǒng)的方案及其實現(xiàn)[J].城市軌道交通研究. 2006（04）

[3] 武瑛嚴(yán)，陸光，徐善綱.Inductrack磁浮技術(shù)及其在磁浮列車系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電氣應(yīng)用，2006（01）.

[4] 蘇曉杰.隨機干擾和時延環(huán)境下模糊系統(tǒng)的分析與優(yōu)化綜合研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2013.