磁悬浮列车的原理分析

2016-05-30邓明达

科技风 2016年21期

邓明达

摘要：在技术的发展下，磁悬浮列车开始进入到人们的生活中，磁悬浮列车运行速度可以达到500km/h，牵引不会受到轮轨因素的限制，能耗低，噪声低，还具备线路适应性强、无污染、安全舒适的优势，是交通业的重点研究对象。本文主要针对磁悬浮列车的原理进行分析。

关键词：磁悬浮列车；原理；运行方式

磁悬浮列车是根据磁铁同性相斥、异性相吸的原理而设计的，它依靠电磁吸力或电磁斥力将列车悬浮于空中，经由线性电机对列车进行驱动行驶，虽然仍然被人们称为陆上的交通工具，但已经摒弃了列车和地面轨道的机械接触，摆脱了传统列车车轮和车轨的黏着限制，再没有机械噪音的产生和车轮与车轨等的磨损产生，因摩擦而产生的阻力消失，能够实现列车的高速甚至超高速运行。

1 磁悬浮列车的应用原理

磁悬浮列车根据磁铁异性相吸的原则设计制造了电磁悬浮系统。这种系统让机车上的电磁铁和导轨上的磁铁车轨处于异性相吸的状态从而引起列车发生悬浮现象。列车在水平方向与垂直方向均与车轨无机械接触还因为电磁吸力与地面轨道两侧的绕组之间有相互的反作用力从而造成机车侧向与轨道也无机械接触。当磁悬浮列车高速运行的时候，高精度的电子调整系统可以保证磁悬浮列车与轨道之间的悬浮缝隙不会产生变化，并且此种缝隙的大小与列车的导向无关，因而实现列车在停车状态下的磁悬浮状态不变。

磁悬浮列车也可以采用电力悬浮系统来实现列车的空中悬浮。机车在导轨上运行的时候如果使用了磁铁将会产生电流，机车和导轨的缝隙越小，电磁的斥力越大，这种电磁斥力的产生可以支撑列车产生空中的悬浮。

由超导材料制成超导线圈可以制备体积小但功率强大的电磁铁。这种超导电磁铁在特定的低温条件下具有完全导电性能，其电阻为零，完全支持强大电流的导通。超导磁悬浮列车上会安装超导磁铁和感应动力的集成设备。车轨的电磁线圈所具备的磁极和列车上超导磁铁的磁极是相同的，根据同性相斥的磁铁规则，强大的斥力会把机车悬浮在空中。

2 磁悬浮列车的运行方式

磁悬浮列车悬浮起来的原理我们已经知道了，它又是如何推进的呢？

一般来讲，交流电可以驱动列车轨道两边的线圈使之成为电磁铁。当电磁铁和列车上的电磁铁发生相互作用的时候，就会有磁力的产生。车头的超导磁铁的磁性和车轨的磁性是同性相吸的，可以当做牵引力，车尾的超导磁铁的磁性和车轨的磁性是相斥的，会产生一定的推力，这就是推动力。这些力量强大的电磁力会驱动列车不断前进。电能转换器可以调整交流电的频率和电压从而产生车速的快慢。

例如超导磁悬浮列车行驶的原理是这样的：当超导磁悬浮列车上的感应动力设备和超导磁铁感受到受电力系统催动的电磁场的电磁力时，列车就会承受强大的电磁推力。这种电磁推力实际是因为机车的车轨两侧的驱动绕组接受到与车辆的速度和频率一致的交流电的驱使，产生了移动的电磁场。电磁场和列车的导轨之间会产生功能强大的磁波形成推力，推动列车不断向前行驶。

磁悬浮列车进行制动的时候，需要列车车轨的两侧通入了反相的交流电，这样线圈产生于列车方向相反的磁场，相当于车头和车軌的相吸的引力变成了相反的斥力，从而产生列车的制动力，让列车减速。也可以采用断电的方法让列车减速，但是其效果要稍小一点。

磁悬浮机车内的电磁铁可以为机车的导向系统提供沿导轨方向运动的侧向力，采用独立的电磁铁来进行导向系统的导向也可以。

磁悬浮列车的运行速度快、爬坡能力强且能耗低，具有很多传统列车所不能比拟的优势，但它的技术很有很多方面的缺陷和不足之处，目前还面临很多有待解决的问题。

磁悬浮列车需要铺设专有的线路，无法像传统列车那样一旦线路改变，可以对旧有线路进行改造或重复利用就可以，因而造价高昂，前期投入较大，而投资回收的周期较长，建设成本高。较高的投资风险让投资商们望而生畏，这也是磁悬浮列车无法像传统列车那样应用广泛的原因之一。

磁悬浮列车的悬浮、推进和制动都要靠电磁铁来完成，而强磁场对人体和环境都会产生影响，因而其适用人群和人们对交通工具的偏好等都会对磁悬浮列车的营运产生一定的影响。

磁悬浮列车虽然速度很快，但其悬浮和制动的安全问题仍然还需要进一步的研究，其高速行驶的稳定性也需要实际运营的检验，需要较长时间才能够看出实际的效果。

3 结語

总的来讲，目前火车提速几乎已经达到极限，磁悬浮列车是列车速度提高的一种选择和趋势，但磁悬浮列车由于造价和成本问题以及技术上的一些缺陷还需要人们不断进行探索和改进。

参考文献：

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[2] 佘龙华，李剑锋.中低速磁浮列车运行控制系统的方案及其实现[J].城市轨道交通研究. 2006（04）

[3] 武瑛严，陆光，徐善纲.Inductrack磁浮技术及其在磁浮列车系统中的应用[J].电气应用，2006（01）.