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1、第七章 高速磁浮列车控制系统7.1 概述直线电机牵引是目前最先进的牵引方式之一，技术 成熟。用于地面运输车辆 的直线电机，给人们印象最深 的是高速磁悬浮列车，事实上，直线电机是用作为地 铁（或轻轨）车辆的动力。在这种驱动方式中，车辆的支撑和导向与传统的 用旋转式电机驱动的铁道车辆一样是依靠车轮和轨道 来完成的，而推进力则是由直线感应电机（Linear Induction Motor简称LIM）产生，车速最高达70km/h左 右。 加拿大的多伦伦多温哥华华空中列车线车线马马来西亚亚吉隆坡PUTRA线线纽约纽约 肯尼迪机场线场线 LIM驱动驱动 的轻轨车辆轻轨车辆 已运营营多年 。在日本大阪地铁铁
2、的鹤见绿鹤见绿 地线电动车辆线电动车辆 （大阪交通 局70型车辆车辆 ）、东东京地铁铁的都营营12号线电动车辆线电动车辆 （东东京 交通局12-000型车辆车辆 ），福冈冈地铁铁3号线线也计计划采用LIM 驱动驱动 方式。目前至少5个国家、9条轨道交通线中得到应用，建成 的线路总里程超过180km。 一、应用情况二、主要特点然而，降低工程造价又是我国发展城市轨道交通的 首要问题，我国地铁造价中土建费占35%-45%。日本 专家认为地铁建设费中约60%为隧道建设费。在地铁 造价日益膨胀的今天，LIM驱动的小断面地铁车辆为 我们提供了一种降低造价的选择。二、主要特点LTM车辆有着断面小、爬坡能力强
3、、转弯半径小 、良好的牵引和制动性能、噪声小、寿命长等优点。但 是与普通的旋转电机相比，它的效率和功率因数低。直线电机系统一次侧和二次侧的气隙对LIM的性能 影响较大，所以对轨道、反作用板、轨枕的尺寸精度及 安装精度，LIM的安装精度及支撑结构都相应有较高的 要求。三、我国直线电机驱动的发展我国早在上世纪80年代已开始这种渠道方式的运 载系统，但一直处于系统选择 可行性研究，到了上世 纪90年代，随着磁悬浮铁路系统试验线 及试验车 的研 制，开始了直线电机及其控制系统设备 研制。但至今还未在城市轨道交通直线电机运载系统这 个领域进行过系统广泛的科技攻关研究工作。三、我国直线电机驱动的发展其中北
4、京市轨道交通首都国际机场线，为体现机场 线的特点，实现北京市轨道交通跨越式发展，根据沿 线的环境要求，最后决定采用低噪音的新型交通制式 直线电机系统。广州市地质条件复杂，建成区建筑物密集，加上珠 江水系的影响，线路必须多次穿越珠江。广州市轨道 交通四、五号线车辆 供应商是日本川崎重工业公司， 四号线直线电机系统采用日本技术。上海磁浮车（德国TR08）磁浮车是一种新的交通工具，研究的重点HSST 磁浮车（日本）西南交大 MST-1磁浮 车青城山磁浮车国防科大磁浮车一、基本结构7.2 直线感应电机的基本运行原理简单简单 地说说，直线电线电 机的初级级就好象把普通旋转电转电 机的定子按径向剖开并将它
5、拉直，次级级亦按这这种方式 处处理，作为为初级级的一列线线圈按一定的相序通电电流，初 、次级级之间间就会产产生电电磁力。 一、基本结构允许许次级级（或初级级）运动动，就意味着“笼笼型”在一端出 现现而使初级线级线 圈在另一端裸露时电动时电动 机失去了越来越大 的部分，由此可见见，如果需要以一定功率运动较长动较长 距离 ，初级级或次级级就必须须延长长。由此得到两类类不同的直线线感 应电动应电动 机，即“短初级级（或短定子）电电机”和“短次级级（或 长长定子）电电机”。 一、基本结构一般地说说，短初级电级电 机的制造成本和运行成本要比 短次级级低得多。另外，次级级在结结构可以进进一步简简化，通 常
6、制成为为一片导导体.在这这种结结构中，除了电电机所产产生的切向电电磁推力外 ，在初、次级级内表面之间还间还 存大着一种纯纯磁拉力。 为为了消除这这种因结结构不对对称而引起的失衡磁拉力， 人们设计们设计 了一种双边边型直线电线电 机，次级导级导 体不再嵌在槽 中而是在气隙中工作。在结结构上是一片结实结实 的导导体。电电 机的初级级有二个，分别对别对 称布置在次级级两边边，这这种电电机 亦称为为“片状转转子”的直线线感应电应电 机。 一、基本结构n磁浮列车利用直线电机实现牵引、制动短初级直线异步电机（HSST）长初级直线异步电机（西南交大）一、基本结构直线电线电 机用于牵牵引应应用，把初级级装在车
7、车上，次级级作 为轨为轨 道本身是最佳方案。这时这时 次级级又称为为反应应板或反应应 轨轨道，初级级和次级级之间间表面之间间存在的磁拉力（推力） ，这这种磁拉力有助于减小轮轨轮轨 之间间的压压力，减小磨损损。二、运行原理定子通入上述交流电产生的磁通，根据楞次定律， 将在动体的金属板上感应出涡流。根据费莱明法则，涡流电流Ie和磁通密度B将产生 连续的推力F，由于正推力远大于负推力，作用于车辆 的力主要是正推力，这就是LIM的工作原理。三、LIM特点1）LIM的形状是扁平形的，且不需减速装置，如采用 小直径的车轮则车厢车轮则车厢 距轨轨面的高度可以降低，有利于车车 辆辆的小型化，降低车辆车辆 地板
8、面高度，这这也可以使隧道的 断面面积积大大减小，从而使地铁铁的建设费设费 用降低。东东京 地铁铁的都营营12号线线与都营营新宿线线的隧道断面比较图较图 ，前 者的隧道内断面的面积积只相当于后者的48.1%。三、LIM特点2）LIM驱动驱动 的地铁车辆铁车辆 不是依赖轮轨赖轮轨 的粘着来推 动动和制动动的，它的爬坡能力不受粘着的限制，与传统传统 的 地铁车辆铁车辆 相比，它能行走在更陡的坡道上。日本的实验实验 车辆车辆 的爬坡能力为为80，大阪地铁鹤见绿铁鹤见绿 地线线的最大坡 道为为50，采用较较大的坡道有利于将地铁车铁车 站设设置在距 地面较较浅的位置，这样这样 可以节节省建设费设费 用，并
9、使乘客感 到方便。三、LIM特点3）LIM驱动驱动 的地铁车辆铁车辆 的车轮车轮 只起到支撑及导导向的 作用，故左右车轮车轮 可以做成独立旋转转的，从而克服急转转 弯时时内轨轨和外轨产轨产 生路径差的问题问题 。同时时由于转转向架上 不用安装旋转转式电电机，增大了转转向架设计设计 的自由度，使 LIM驱动驱动 的地铁车辆铁车辆 能够够行走在更小的转转弯半径上。日 本的实验线实验线 路的最小转转弯半径为为50m，大阪地铁鹤见绿铁鹤见绿 地线线的最小转转弯半径为为100m。采用小转转弯半径及大坡道 使地铁选线铁选线 的自由度大大提高，便于回避地下的障碍物 ，节节省建设费设费 用。三、LIM特点4）由于LIM驱动驱动 不用减速装置，所以没有电电机的旋 转转和齿轮发齿轮发 出的噪声，也使保养维维修工作简简化。由于上述3）的理由，通过过弯道时轮轨间时轮轨间 的磨擦碾压压 声也大大减少，同时时减轻轻了轮轨轮轨 的磨损损。所以LIM驱动驱动 有利于实现实现 低噪声运行、节节省维护费维护费 用。n常导型磁浮列车利用电磁吸力实现悬浮
