《日本超导磁悬浮铁路技术开发现状》由会员分享，可在线阅读，更多相关《日本超导磁悬浮铁路技术开发现状（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1日本超导磁悬浮铁路技术 开发现状摘要 1997 年 4 月2000 年 3 月，日本超导磁悬浮列车在山梨试验线上进行了 3 年的运行试验，确认其作为高速、大运量运输工具的基本性能。其后进入预期 5 年的试验新阶段，以期解决可靠性、耐久性及降低成本、改善车辆空气动力特性等课题。文章以最近山梨线运行试验情况为中心，介绍其技术开发现状。关键词：磁悬浮；运行试验；可靠性；耐久性；降低成本；电力变流器0 引言由日本铁道建设公团、JR 东海客运公司及铁道综合技术 研究 所共同实施的山梨试验线建设，至 1996 年 12 月建成了 18.4km 的线路区间，1997 年 4 月开始正式运行试验。提出了 3
2、 项技术开发目标：高速性的验证，运输能力和高度准时性及 经济 性确认。至 2000 年 3 月的 3 年间，顺利地实施了一系列试验：由 3 辆编组、5 辆编组进行了速度高达 550km/h2的稳定运行；确认多列车的运行性能及变电站过渡的运行性能；同样的 3 辆编组列车以相对速度超过 1000km/h 作会车运行试验；400km/h 以上高速下的反复运行试验等。累积运行距离达到 75000km。在 2000 年 3 月，日本运输部的实用技术评价委员会对这些技术开发成果进行了评价，认为面向实用化在技术上可行。同时指出必须进行长期耐久性、降低成本以及改善车辆空气动力特性的研究。因此，预计自 2000
3、 年起，再延长 5 年时间，一边通过高速、连续运行，实施可靠性、耐久性的验证，一边采取降低成本技术，实施各种设备的开发及改进并新制部分设备。此外，新制造能改善空气动力特性的头车与中间车各 1 辆，在此后的运行试验中对其特性进行确认。下面介绍自 2000 年以来的技术开发过程及其成果，特别阐述关于供电系统降低成本的技术。1 可靠性、耐久性的验证1.1 运行距离历年运行距离及累计运行距离的变迁如图 1 示。自1997 年以来 3 年间的 360 天内累积运行了 75000km 左右，而3从 2000 年起 3 年中的 460 天内，累积运行距离突破195000km，顺利地实施了以高速反复运行试验为
4、重点的运行试验。另外，每 1 个运行日的运行距离，按每日运行约 6h 统计，1999 年前一天最长运行距离为 780km，而 2000 年、2001年、2002 年则分别达到了 1000km，1100km，1200km，如图 2所示。而且，2003 年的 10 月 31 日与 11 月 7 日这两天，从早晨 7 点之前到夜间 9 点实施连续运行，中间仅 1h 左右休息，运行距离分别达 2500km，2800km 以上。至 2003 年 12 月末的累积运行距离已达到 335000km。1.2 试乘运行从 1998 年 5 月起开始试乘运行，从 2000 年开始，一年内最多有 1 万人试乘磁悬浮
5、列车。从 2003 年起最高运行速度由 450km/h 提高到 500km/h，到 2003 年 12 月末，一年的试乘人数已超过 21000 人，累积试乘人数达 63000 人（图 3）。1.3 对试验成果的评审关于可靠性，通过历时 7 年累积运行距离达 33 万 km4以上的运行试验，将明显暴露的 问题 反映到设计部门，确立了质量管理体系。2002 年 7 月采用的新型车辆在 11 天内达到设计最高速度。此外，在 2003 年 12 月 2 日，将设计最高速度 550km/h 大幅度更新，创造了 581km/h 的速度记录。当时的列车运行曲线示于图 4。示位置；纵轴左方表示速度，纵轴右方表
6、示时刻。由图左侧甲地出发，在 40的下坡道上一直加速，运行约8.5km、92s 后，580km/h。悬浮列车能具有更高性能。关于耐久性，由于一天要进行 2800km 以上的高速、连续运行并反复实施加速、减速，使车轮走行装置的动作以及超导磁铁承受的振动，都超过营业时间的频度。而且，正使用专用设备实施加速试验，进行相当于营业线的耐久性验证。2 改善车辆的空气动力特性2002 年 7 月，与原有的头车组成 3 辆编组，试验验证了改善空气动力特性的效果。首先是头车，为了抑制列车冲入隧道时在隧道另侧出口处发生的微气压波，要尽量减小头车部断面变化，为此最大限度地延长了头车的长度（从 9.1m 延至 23m
7、）。此外是新型车体，为了减小编组的断面变化，将车体由以往的圆形断面改变为与转向架形状相同的方形断面，5试验证明，由此可减小列车进出隧道时的空气振动与运行阻力。而且，中间车采用内部具有厚空气层的双层窗结构，可以增加声音穿透的损失进而降低了车内噪声。3 降低供电系统成本的技术研究山梨试验线的电力变流器如图 5 所示，由单元逆变器组成多段结构，通过变压器将各段的输出电压叠加后输出。为了供给连续可变的电压与频率，单元逆变器采用由 2条桥臂构成的单相桥式 PWM 控制逆变器。下面叙述降低供电系统成本的技术。3.1 高效、小型电力变流器的开发采用低损耗 电子 元件取代传统的 GTO，由于简化了保护电路而大
8、幅度地降低了损耗量并实现装置的小型化。制作了 1 系 1 段的新装置替换传统装置， 目前 ，新装置在顺利运行中。由此，预计能降低运转成本与建设成本，促进实用化。3.2 增大电力变流器输出电压的控制电力变流器的定额由最大输出电流与最大输出电压来6决定，不过，只在最高速区域加速时，才需要最大输出电压，根据这一情况，开发了几种能提高输出电压而不改变电力变流器容量的控制方式。（1）调制率偏置控制在需要高输出电压期间，停止 PWM 调制，原封不动地输出直流电压以提高输出电压。调制率偏置控制的动作原理示于图 6。当输出电压达到最大调制率以上时，停止 2 条桥臂中的一条桥臂的 PWM 控制而输出直流电压，另
9、一条桥臂的输出电压就成为正弦波。 （2）逐段饱和控制逐段饱和控制的工作原理示于图 7。在尚未达到最大调制率时，各段均输出相同电压，而超过最大调制率的段则根据输出电压停止 PWM 控制器并依次饱和，这样，一相中的正常输出电压就成为正弦波。（3）相电压分配控制在三相 3 线供电回路中正常电压为零的中性点，积极施加偏置电压， 方法 之一就是相电压分配控制，其动作原理示于图 8。该方法是用其他两相分担超过最大调制率一相的7不足部分，以使线间电压为正弦波。由于是在一相电压不足期间给中性点施加电压，其不足部分用其他两相的电压分担从而可扩大线间电压。 （4）叠加 3 次谐波控制该方法与在中性点施加偏置电压的
10、方法同样是在三相的相电压上叠加与其同相的 3 次谐波（图 9）。用此方法使相电压的峰值降低，从而可以输出其峰值以上的电压。由于各相的电压波形相同，从线间电压看，3 次谐波成分被抵消，而仅剩下正弦波的基波成分。上述各种控制方法，也可以组合 应用 ，由此输出电压最大可增加 30%以上。这些控制方法中的一部分，已在山梨线的运行试验中确认了其动作特性与效果。预定今后将 研究 适用于营业线的最佳系统结构。4 结语日本山梨磁悬浮试验线预定自 2000 年起延长 5 年的技术开发期现只剩下 1 年了。今后的计划是，提高行车密度，继续进行高速连续运行试验，积累可靠性验证的实绩，同时，进一步完善目前系统的基本技术。此外，要实施日本 交通 部实用技术评价委员会 2003 年 4 月提出的“开展进一步降低包含维护在内的成本的技术研究” ，同时，要为制订“适用于营业线的性能评价准则”和“考虑到线区运输特性的设备规格”进行试验研究。
