什么是磁悬浮列车
磁悬浮列车是一种利用磁极间吸引力和排斥力的高科技交通工具。简单地说,排斥力使列车悬起来、吸引力让列车开动。
列车上装有电磁体,铁路底部则安装着线圈。通电后,地面线圈产生的磁场极性与列车上的电磁体极性总保持相同,两者“同性相斥”,排斥力使列车悬浮起来铁轨两侧也装有线圈,交流电使线圈变为电磁体。它与列车上的电磁体相互作用,使列车前进。列车头的电磁体(N极)被轨道上靠前一点的电磁体(S极)所吸引,同时被轨道上稍后一点的电磁体(N极)所排斥———一“推”一“拉”.
磁悬浮列车运行时与轨道保持一定的间隙(一般为1—10厘米),因此无摩擦、运行安全、平稳舒适、无噪声,可以实现全自动化运行。
磁悬浮列车车辆使用寿命可达35年,而普通轮轨列车只有20至25年。磁悬浮列车的路轨寿命是80年,普通路轨为60年。
它能快到什么程度?
磁悬浮列车启动后39秒即达到最大速度,目前的最高时速是552公里。据德国科学家预测,到2014年,磁悬浮列车采用新技术后,时速将达1000公里。而一般轮轨列车的最高时速为300公里。上海现已建成的磁悬浮列车线,据说最高时速为500公里。
会有电磁辐射和嘈声污染吗?
磁悬浮列车采用电力驱动,无任何有害气体排放。
磁悬浮列车是由无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统组成的新型交通工具,磁悬浮列车分为超导型和常导型两大类。简单地说,从内部技术而言,两者在系统上存在着是利用磁斥力、还是利用磁吸力的区别。从外部表象而言,两者存在着速度上的区别:超导型磁悬浮列车最高时速可达500公里以上(高速轮轨列车的最高时速一般为300—350公里),在1000至1500公里的距离内堪与航空竞争;而常导型磁悬浮列车时速为400~500公里,它的中低速则比较适合于城市间的长距离快速运输。这两种类型在经济技术等指标上各有高下。
与传统的轮轨铁路相比,磁悬浮列车在速度上的优势是不言而喻的。它比较突出的优点还在于因为采用电力而不是燃油驱动,使得其发展较少受能源结构特别是燃油供应方面的限制;同样也就无有害气体排放,利于环保;而且对磁悬浮列车的维修主要集中在电子技术方面,不再需要大量的体力劳动。除此之外,列车启动、停车快、爬坡能力强也是磁悬浮列车优于传统的轮轨铁路的地方。
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磁悬浮列车利用了电磁铁同性相斥的原理,地上不放置永久电磁铁,只安装一个不结线的线圈,当移动的磁力线穿过线圈时,就产生电流电磁感应现象,这时地上线圈内因有电流流动而变成磁体。装有电磁铁的车体在轨道线圈上移动时,就会产生斥力,使列车神奇地悬浮在导轨上。
改变列车速度是通过变换频率实现的,这个变换频率和电力的装置称为双向离子变频器。磁悬浮列车有两种,一种是超导的,一种是非超导的。目前在上海建设中的实验线就是常规的、非超导的。
磁悬浮列车利用“同性相斥,异性相吸”的原理,让磁铁具有抗拒地心引力的能力,使车体完全脱离轨道,悬浮在距离轨道约1厘米处,腾空行驶,创造了近乎“零高度”空间飞行的奇迹。
世界第一条磁悬浮列车示范运营线——上海磁悬浮列车,建成后,从浦东龙阳路站到浦东国际机场,三十多公里只需6~7分钟。
上海磁悬浮列车是“常导磁吸型”(简称“常导型”)磁悬浮列车。是利用“异性相吸”原理设计,是一种吸力悬浮系统,利用安装在列车两侧转向架上的悬浮电磁铁,和铺设在轨道上的磁铁,在磁场作用下产生的吸力是车辆浮起来。
列车底部及两侧转向架的顶部安装电磁铁,在“工”字轨的上方和上臂部分的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轨道间保持1厘米的间隙,让转向架和列车间的吸引力与列车重力相互平衡,利用磁铁吸引力将列车浮起1厘米左右,使列车悬浮在轨道上运行。这必须精确控制电磁铁的电流。
悬浮列车的驱动和同步直线电动机原理一模一样。通俗说,在位于轨道两侧的线圈里流动的交流电,能将线圈变成电磁体,由于它于列车上的电磁体的相互作用,使列车开动。
列车头部的电磁体N极被安装在靠前一点的轨道上的电磁体S极所吸引,同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体N极所排斥。列车前进时,线圈里流动的电流方向就反过来,即原来的S极变成N极,N极变成S极。循环交替,列车就向前奔驰。
稳定性由导向系统来控制。“常导型磁吸式”导向系统,是在列车侧面安装一组专门用于导向的电磁铁。列车发生左右偏移时,列车上的导向电磁铁与导向轨的侧面相互作用,产生排斥力,使车辆恢复正常位置。列车如运行在曲线或坡道上时,控制系统通过对导向磁铁中的电流进行控制,达到控制运行目的。
“常导型”磁悬浮列车的构想由德国工程师赫尔曼 肯佩尔于1922年提出。
“常导型”磁悬浮列车及轨道和电动机的工作原理完全相同。只是把电动机的“转子”布置在列车上,将电动机的“定子”铺设在轨道上。通过“转子”,“定子”间的相互作用,将电能转化为前进的动能。我们知道,电动机的“定子”通电时,通过电磁感应就可以推动“转子”转动。当向轨道这个“定子”输电时,通过电磁感应作用,列车就像电动机的“转子”一样被推动着做直线运动。
上海磁悬浮列车时速430公里,一个供电区内只能允许一辆列车运行,轨道两侧25米处有隔离网,上下两侧也有防护设备。转弯处半径达8000米,肉眼观察几乎是一条直线;最小的半径也达1300米。乘客不会有不适感。轨道全线两边50米范围内装有目前国际上最先进的隔离装置。
磁悬浮列车的优点
磁悬浮列车有许多优点:列车在铁轨上方悬浮运行,铁轨与车辆不接
触,不但运行速度快,能超过500 千米/小时,而且运行平稳、舒适,易
于实现自动控制;无噪音,不排出有害的废气,有利于环境保护;可节省
建设经费;运营、维护和耗能费用低。它是21 世纪理想的超级特别快车,
世界各国都十分重视发展磁悬浮列车。目前,我国和日本、德国、英、美
等国都在积极研究这种车。日本的超导磁悬浮列车已经过载人试验,即将进
入实用阶段,运行时速可达500 千米以上。