磁懸浮原理是什么?磁懸浮原理在磁懸浮列車中的應(yīng)用

磁懸浮的應(yīng)用屢見不鮮，但大家明白磁懸浮原理嗎?對于磁懸浮原理，大家了解多少呢?為增進(jìn)大家對磁懸浮原理的認(rèn)知，本文將對磁懸浮原理予以講解，并對磁懸浮原理在磁懸浮列車中的應(yīng)用加以介紹。如果你對本文即將探討的內(nèi)容存在一定興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、磁懸浮原理

我見過的磁懸浮可以分成有源的和無源的兩大類，前者比如反饋式的，用光電、磁電等手段檢測到被懸浮物體偏離正常懸浮點(diǎn)后，通過調(diào)節(jié)電磁鐵的電流來使得物體保持在懸浮點(diǎn)附近，因此需要用電。這樣的懸浮從道理上看，與開直升飛機(jī)懸停沒什么區(qū)別。

普通磁懸浮又可分成兩類，排斥懸浮和吸引懸浮。排斥懸浮有成品可買到，就是所謂的陀螺懸浮。其原理是用五塊大磁鐵(比如四角四塊N極向上、中間一塊S極向上)在懸浮空間上方產(chǎn)生一個(gè)磁場谷(對N極向下的懸浮磁鐵周圍排斥力強(qiáng)但中間弱)，那么只要被懸浮磁鐵的極性得到保持，就可以成功懸浮。但處于自由狀態(tài)的磁鐵會(huì)上下反轉(zhuǎn)，把排斥力變成吸引力，結(jié)果懸浮就失敗。解決這一問題的辦法就是把懸浮磁鐵做成陀螺，保證在運(yùn)轉(zhuǎn)期間極性不反轉(zhuǎn)，這樣才能懸浮起來。這個(gè)“玩具”我很早也買過，懸浮需要技巧，陀螺的重量要通過墊片調(diào)整到誤差在0.1g之內(nèi)才能懸浮，而且要求底座很平。

以上懸浮要么需要能量，要么需要不會(huì)持久保持的條件(超導(dǎo)的低溫、陀螺的旋轉(zhuǎn))，因此都不是永久懸浮方案。

最后一種，就是吸引懸浮。但吸引懸浮中，兩塊磁鐵的吸引力基本上是與距離的平方成反比的，盡管吸力與重力有一個(gè)平衡點(diǎn)，但為非穩(wěn)定平衡。

二、磁懸浮原理在磁懸浮列車中的應(yīng)用

磁懸浮列車是由無接觸的電磁懸浮、導(dǎo)向和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成的新型交通工具，磁懸浮列車分為超導(dǎo)型和常導(dǎo)型兩大類。簡單地說，從內(nèi)部技術(shù)而言，兩者在系統(tǒng)上存在著是利用磁斥力、還是利用磁吸力的區(qū)別。從外部表象而言，兩者存在著速度上的區(qū)別：超導(dǎo)型磁懸浮列車最高時(shí)速可達(dá)500公里以上(高速輪軌列車的最高時(shí)速一般為300—350公里)，在1000至1500公里的距離內(nèi)堪與航空競爭;而常導(dǎo)型磁懸浮列車時(shí)速為400～500公里，它的中低速則比較適合于城市間的長距離快速運(yùn)輸。

(一)磁懸浮列車原理

磁懸浮列車?yán)秒姶朋w“同性相斥”的原理，讓磁鐵具有抗拒地心引力的能力，使車體完全脫離軌道，懸浮在距離軌道約1厘米處，騰空行駛，創(chuàng)造了近乎“零高度”空間飛行的奇跡。

磁懸浮列車由于磁鐵有同性相斥和異性相吸兩種形式，故磁懸浮列車也有兩種相應(yīng)的形式：一種是利用磁鐵同性相斥原理而設(shè)計(jì)的電磁運(yùn)行系統(tǒng)的磁懸浮列車，它利用車上超導(dǎo)體電磁鐵形成的磁場與軌道上線圈形成的磁場之間所產(chǎn)生的相斥力，使車體懸浮運(yùn)行的鐵路。

另一種則是利用磁鐵異性相吸原理而設(shè)計(jì)的電動(dòng)力運(yùn)行系統(tǒng)的磁懸浮列車，它是在車體底部及兩側(cè)倒轉(zhuǎn)向上的頂部安裝磁鐵，在T形導(dǎo)軌的上方和伸臂部分下方分別設(shè)反作用板和感應(yīng)鋼板，控制電磁鐵的電流，使電磁鐵和導(dǎo)軌間保持10—15毫米的間隙，并使導(dǎo)軌鋼板的排斥力與車輛的重力平衡，從而使車體懸浮于車道的導(dǎo)軌面上運(yùn)行。

(二)磁懸浮列車原理圖解

磁懸浮列車?yán)谩巴韵喑?，異性相吸”的原理，讓磁鐵具有抗拒地心引力的能力，使車體完全脫離軌道，懸浮在距離軌道約1厘米處，騰空行駛，創(chuàng)造了近乎“零高度”空間飛行的奇跡。

(三)相關(guān)介紹

磁懸浮列車是一種靠磁懸浮力(即磁的吸力和排斥力)來推動(dòng)的列車。由于其軌道的磁力使之懸浮在空中，行走時(shí)不需接觸地面，因此只有空氣的阻力。磁懸浮技術(shù)的研究源于德國，早在1922年德國工程師赫爾曼·肯佩爾就提出了電磁懸浮原理，并于1934年申請了磁懸浮列車的專利。1970年以后，隨著世界工業(yè)化國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷加強(qiáng)，為提高交通運(yùn)輸能力以適應(yīng)其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，德國、日本、美國、加拿大、法國、英國等發(fā)達(dá)國家相繼開始籌劃進(jìn)行磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)的開發(fā)。2009年6月15日，國內(nèi)首列具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的實(shí)用型中低速磁懸浮列車，在中國北車唐山軌道客車有限公司下線后完成列車調(diào)試，這標(biāo)志著我國已經(jīng)具備中低速磁懸浮列車產(chǎn)業(yè)化的制造能力。

系統(tǒng)組成：

磁懸浮列車主要由懸浮系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)和導(dǎo)向系統(tǒng)三大部分組成。

1、懸浮系統(tǒng)

懸浮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以分為兩個(gè)方向，分別是德國所采用的常導(dǎo)型和日本所采用的超導(dǎo)型。從懸浮技術(shù)上講就是電磁懸浮系統(tǒng)(EMS)和電力懸浮系統(tǒng)(EDS)。

(1)EMS是一種吸力懸浮系統(tǒng)，是結(jié)合磁懸浮列車在機(jī)車上的電磁鐵和導(dǎo)軌上的鐵磁軌道相互排斥產(chǎn)生懸浮。常導(dǎo)磁懸浮列車工作時(shí)，首先調(diào)整車輛下部的懸浮和導(dǎo)向電磁鐵的電磁排斥力，與地面軌道兩側(cè)的繞組發(fā)生磁鐵反作用把列車浮起。在車輛下部的導(dǎo)向電磁鐵與軌道磁鐵的反作用下，使車輪與軌道保持一定的側(cè)向距離，實(shí)現(xiàn)輪軌在水平方向和垂直方向的無接觸支撐和無接觸導(dǎo)向。車輛與行車軌道之間的懸浮間隙為10毫米，是通過一套高精度電子調(diào)整系統(tǒng)得以保證的。此外由于懸浮和導(dǎo)向?qū)嶋H上與列車運(yùn)行速度無關(guān)，所以即使在停車狀態(tài)下列車仍然可以進(jìn)入懸浮狀態(tài)。

(2)EDS把磁鐵使用在運(yùn)動(dòng)的機(jī)車上以在導(dǎo)軌上產(chǎn)生電流。由于機(jī)車和導(dǎo)軌的縫隙減少時(shí)電磁斥力會(huì)增大，從而產(chǎn)生的電磁斥力提供了穩(wěn)定的機(jī)車的支撐和導(dǎo)向。然而機(jī)車必須安裝類似車輪一樣的裝置對機(jī)車在“起飛”和“著陸”時(shí)進(jìn)行有效支撐，這是因?yàn)镋DS在機(jī)車速度低于大約25英里/小時(shí)無法保證懸浮。EDS系統(tǒng)在低溫超導(dǎo)技術(shù)下得到了更大的發(fā)展。

2、推進(jìn)系統(tǒng)

磁懸浮列車的驅(qū)動(dòng)運(yùn)用同步直線電動(dòng)機(jī)的原理。車輛下部支撐電磁鐵線圈的作用就像是同步直線電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁線圈，地面軌道內(nèi)側(cè)的三相移動(dòng)磁場驅(qū)動(dòng)繞組起到電樞的作用，它就像同步直線電動(dòng)機(jī)的長定子繞組。從電動(dòng)機(jī)的工作原理可以知道，當(dāng)作為定子的電樞線圈有電時(shí)，由于電磁感應(yīng)而推動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。同樣，當(dāng)沿線布置的變電所向軌道內(nèi)側(cè)的驅(qū)動(dòng)繞組提供三相調(diào)頻調(diào)幅電力時(shí)，由于電磁感應(yīng)作用承載系統(tǒng)連同列車一起就像電機(jī)的“轉(zhuǎn)子”一樣被推動(dòng)做直線運(yùn)動(dòng)。從而在懸浮狀態(tài)下，列車可以完全實(shí)現(xiàn)非接觸的牽引和制動(dòng)。

3、導(dǎo)向系統(tǒng)

導(dǎo)向系統(tǒng)是一種測向力來保證懸浮的機(jī)車能夠沿著導(dǎo)軌的方向運(yùn)動(dòng)。必要的推力與懸浮力相類似，也可以分為引力和斥力。在機(jī)車底板上的同一塊電磁鐵可以同時(shí)為導(dǎo)向系統(tǒng)和懸浮系統(tǒng)提供動(dòng)力，也可以采用獨(dú)立的導(dǎo)向系統(tǒng)電磁鐵。優(yōu)缺點(diǎn)：

1、優(yōu)點(diǎn)

總的來說，磁懸浮列車具有高速、低噪音、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和舒適等優(yōu)點(diǎn)。

2、缺點(diǎn)

(1)由于磁懸浮系統(tǒng)是憑借電磁力來進(jìn)行懸浮，導(dǎo)向和驅(qū)動(dòng)功能的，一旦斷電，磁懸浮列車會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的安全事故，因此斷電后磁懸浮的安全保障措施仍然沒有得到完全解決。(2)強(qiáng)磁場對人的健康，生態(tài)環(huán)境的平衡與電子產(chǎn)品的運(yùn)行影響仍需進(jìn)一步研究。

以上便是此次小編帶來的“磁懸浮原理”相關(guān)內(nèi)容，通過本文，希望大家對磁懸浮原理以及磁懸浮在列車中的應(yīng)用具備一定的認(rèn)知。如果你喜歡本文，不妨持續(xù)關(guān)注我們網(wǎng)站哦，小編將于后期帶來更多精彩內(nèi)容。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!