超导技术及其应用磁悬浮PPT文档格式.ppt

1、最高时速可达到500公里。,1922 德国人赫尔曼肯佩尔（Hermann Kemper）提出 电磁悬浮原理，1934年申请专利。,1970s,工业化发展,要求提高运输能力,轮轨极限速度,非接触式运输系统,V=350km/h,磁悬浮列车,1.概述,虽然磁悬浮列车仍然属于陆上有轨交通运输系统，并保留了轨道、道岔和车辆转向架及悬挂系统等许多传统机车车辆的特点，但由于列车在牵引运行时与轨道之间无机械接触，因此从根本上克服了传统列车轮轨粘着限制、机械噪声和磨损等问题，所以它也许会成为人们梦寐以求的理想陆上交通工具。,1.概述,1922年，德国人赫尔曼-肯佩尔（Hermann Kemper）提出了电磁悬浮

2、原理，并在1934年获得世界上第一项有关磁悬浮列车技术的专利。这位磁悬浮列车的发明人十分清楚，磁悬浮列车的目标速度，不仅比轮轨铁路快，而且应该超过飞机。他曾设想，该技术可作为发展新型高速长途运输工具的基础，以1000km/h以上的速度运行。为解决空气阻力和噪声问题，拟采用管道隧道抽真空的办法来实现其速度目标值。1938年，发布了关于真空管道线路设想的新闻报道。1953年，赫尔曼-肯佩尔写成科学报告，发表在电子杂志（ETZ）上，题为电子悬浮导向的电力驱动铁路机车车辆。,1.1 磁悬浮技术的提出,1.概述,磁悬浮列车消除了机械摩擦阻力，能使车辆实现零高度飞行，是发展未来高速、超高速运输工具的基础。

3、讫今，世界上拥有能够实际运行磁悬浮线路的国家是德国、日本和中国，只有这三个国家较系统地掌握了磁悬浮列车技术与原理。按照现阶段流行的提法，磁浮交通有三种主要类型，即常导、低温超导和高温超导磁悬浮车。,1.概述,1.2 国内外磁悬浮列车发展现状,三种基本的磁悬浮车技术模式格局如下表所示。,1.概述,1.2 国内外磁悬浮列车发展现状,70年代德国研制的常导磁悬浮列车成功地进行了载人可行性试验。它是对车载的悬浮电磁铁励磁而产生可控制的电磁场，电磁铁与轨道上长定子直线电机定子铁芯相互吸引，将列车向上吸起，并通过控制悬浮励磁电流来保证稳定的悬浮间隙。电磁铁与轨道之间的间隙一般控制在812mm。,1.概述,

4、1.2 国内外磁悬浮列车发展现状常导磁悬浮,1971年，德国第一辆磁浮原理车MBB和一段660m长试验线 路投入试验运行。1976年德国研制的“彗星”号试验车，首次证明了磁浮车可以达 到400km/h以上的运行速度。1979年德国在汉堡交通博览会展出了TR（Transrapid）05号车 及示范线，车长26m，车重30.8t，68座位，最大速度75km/h，线路长908m，是世界上承认的第一条客运磁浮铁路。1988年，TR06试验速度达到412.6km/h。与此同时，1986 1989年，研制了面向应用的磁浮列车TR07。1993年，TR07型 磁浮列车在TVE试验线的最高速度达到450km/

5、h，并宣告TR 高速铁路系统技术已经成熟。,1.概述,1.2 国内外磁悬浮列车发展现状常导磁悬浮,1999年9月，德国试制完成TR08车头，并在埃姆斯兰试验线投 入运行，该车总长18.8m，宽3.7m，高4.2m，最高运行速度 500km/h。采用3 列编组列车的最高速度达到406km/h。TR08 是德国目前最新型的磁浮列车。,1.概述,1.2 国内外磁悬浮列车发展现状常导磁悬浮,日本的磁悬浮列车发展背景,1.概述,20世纪70年代初，德国磁悬浮列车研制工作开始不久，日本就盯上了这一前景广阔的新型交通技术。日本常导磁悬浮系统称为HSST（HighSpeed Surface Transport

6、，高速地面运输系统）。这项工作最初由日本航空公司投资，从当时的联邦德国引进技术基础，旨在开发一种联系机场和市区的速度快、噪声低、乘坐舒适的交通工具。,1.2 国内外磁悬浮列车发展现状常导磁悬浮,日本1975年试制成功第一辆磁悬浮试验车HSST-01，借助火箭 和直线电机驱动，在11.6km长的线路上达到了308km/h 的试验 速度。日本1987年研制HSST-04 磁浮车车重24t，长19.4m，可乘载70 人，设计速度为200km/h。日本HSST从设计思路来看，是一种中低速地面运输系统，结构轻型、简单，建造成本低，适合作为城市轨道交通使用。,1.概述,1.2 国内外磁悬浮列车发展现状常导

7、磁悬浮,2000年6月，我国上海与德国磁浮国际公司合作进行中国高速 磁浮列车示范运营线可行性研究。2001年3月，上海磁浮线正 式开工建设，2002年12月31日，该线建成并顺利实现了单线试 运行，列车运行速度达到430km/h。2003 年11月12 日，试验速 度达到501km/h。2003年12月29日，上海磁悬浮线路正式投入 商业运营，这是世界上第一条商业运营的磁悬浮线路。,1.概述,1.2 国内外磁悬浮列车发展现状常导磁悬浮,磁悬浮列车,磁悬浮列车综述（二）,1.2 国内外磁悬浮列车发展现状常导磁悬浮,常导磁悬浮列车的研究历史最长，至今已经成熟并投入商业运营。其他磁悬浮列车技术都是在

8、常导磁悬浮车基础上的延伸和拓展，其磁悬浮基本原理和思想都来自常导磁悬浮列车。常导磁悬浮列车有着复杂完备的悬浮、导向和运行控制系统，在漫长的研究发展中积累了丰富的经验。无论磁浮交通技术如何发展，常导磁悬浮车原理与技术都将是磁浮交通发展的基石，对其他更先进磁悬浮技术的研究开发具有指导意义和借鉴作用。,1.概述,1.2 国内外磁悬浮列车发展现状常导磁悬浮,超导磁悬浮列车的概念由美国的J.R.Powell 和G.T.Danby 于1966年提出，但超导磁浮列车的实验车是日本人在1972年实现的。这一时期起步的超导磁悬浮车需要在接近绝对零度的4.2K低温下工作，所以相对于后来的高温超导，把它称为低温超导

9、磁悬浮车。,1.概述,1.2 国内外磁悬浮列车发展现状低温超导磁悬浮,1977年，日本建成“磁悬浮铁路宫崎试验中心”，同年7月，低温超导磁悬浮车ML-500 在宫崎试验的倒“T”形轨道上开始走行试验。1979年，试验车ML-500R的最高试验速度达到517km/h。1980 年，宫崎试验线上开始了“U”形导轨走行试验。1986 年12 月，MLU-001 试验车3 辆编组载人走行速度达到352.4km/h。1991年，双线模式的山梨试验线开工建设，1996年7月，“超导磁悬浮铁路山梨试验中心”建成，开始MLX01试验车的走行试验。1999年，5 辆编组的载人MLX01 试验车走行速度达到552

10、km/h。,1.概述,1.2 国内外磁悬浮列车发展现状低温超导磁悬浮,1.概述,1.2 国内外磁悬浮列车发展现状高温超导磁悬浮,我国研制的高温超导磁悬浮试验车基本工作机理源自神奇的超导磁浮钉扎特性，是一个自稳定系统，悬浮高度和左右导向稳定，不需控制。结构简单，运行可靠性、安全性得到很大提高。载重量大，自重量轻，体积小，适合超高速“飞行”，跟未来真空管道运输系统结合后，理论速度可达到2.5万km/h，建设造价和运行成本低，只相当于城市轻轨的成本。能耗低，噪声低，舒适环保。高温超导磁浮车使用的“能源”是占大气成分78%的氮，这是一个真正意义上的易于获得、低成本的“取之不尽，用之不竭”的能源宝库。,

11、1.概述,1.2 国内外磁悬浮列车发展现状高温超导磁悬浮,高温超导磁悬浮车的研究与发展进程如表,1.概述,1.2 国内外磁悬浮列车发展现状高温超导磁悬浮,世界第一辆载人高温超导磁悬浮试验车“世纪号，由西南交通大学主持研制。高温超导磁悬浮试验车的研制成功，标志着我国在高温超导磁悬浮车研究领域的研发水平已经超过德国、日本、美国等发达国家，进入世界的前列，至今仍处于世界领先地位，在国际上引起了强烈的反响。高温超导磁悬浮实验车的核心是超导技术，它是一个十分复杂的系统工程，是众多学科和技术的综合。该车的研制成功不仅是我国超导界数十年努力研究的结果，也是我国科技界共同努力、多方合作的集体智慧结晶。,在磁悬

12、浮列车方面的应用,西南交通大学研制成功的高温超导磁悬浮列车，最高设计时速达500公里,1999年12月，日本研制的低温超导磁悬浮列车时速已达552公里,1.概述,1.概述,1.2 国内外磁悬浮列车发展现状,高温超导、低温超导与常导磁悬浮列车性能比较如表,大家知道：把两块磁铁相同的一极靠近，它们就相互排斥，反之，把相反的一极靠近，它们就互相吸引。磁悬浮列车实际上是依靠电磁吸力或电动斥力将列车悬浮于空中并进行导向，实现列车与地面轨道间的无机械接触，大大减小运行阻力，达到高速运行的目的。,2.磁悬浮列车的原理,磁悬浮列车采用长定子同步直流电机将电供至地面线圈，驱动列车高速行驶。磁悬浮列车主要依靠电磁

13、力来实现传统铁路中的支撑、导向、牵引和制动功能。列车在运行过程中，与轨道保持一定距离，处于一种“若即若离”的状态。,2.磁悬浮列车的原理,2.1 磁悬浮列车的种类,由于磁铁有同性相斥和异性相吸两种形式，故磁悬浮列车也有两种相应的种类。常导磁吸型和超导磁斥型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。,2.磁悬浮列车的原理,2.2 常导磁吸型悬浮原理,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，悬浮的间隙较小，一般为10m

14、m左右。常导型高速磁悬浮列车的速度可达400500km/h，适合于城市间的长距离快速运输。,2.磁悬浮列车的原理,在车体底部及两侧倒转向上的顶部安装磁铁，在T形导轨的上方和伸臂部分下方分别设反作用板和感应钢板，控制电磁铁的电流，使电磁铁和导轨间保持1015mm的间隙，并使导轨钢板的吸引力与车辆的重力平衡，从而使车体悬浮于车道的导轨面上运行。,2.2 常导磁吸型悬浮原理,2.磁悬浮列车的原理,电磁悬浮系统（Electro Magnetic System）:依靠在机车上的电磁铁和导轨上的铁磁轨道相互吸引产生悬浮,属吸力悬浮系统,并主要应用于德国常导磁悬浮列车系列.（左图）,2.2 常导磁吸型悬浮原理,2.磁悬浮列车的原理,常导磁悬浮列车的驱动运用同步直流电动机的原理。车辆下部支撑电磁铁线圈的作用就象是同步直流电动机的励磁线圈，地面轨道内侧的三相移动磁场驱动绕组起到电枢的作用，它就象同步直流电动机的长定子绕组。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，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。,2.3 常导磁吸型驱动原理,2.磁悬浮列车的原理,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