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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。,加拿大的多伦多温哥华空中列车线马来西亚吉隆坡PUTRA线纽约肯尼迪机场线LIM驱动的轻轨车辆已运营多年。在日本大阪地铁的鹤见绿地线电动车辆（大阪交通局70型车辆）、东京地铁的都
2、营12号线电动车辆（东京交通局12-000型车辆），福冈地铁3号线也计划采用LIM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、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
3、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
4、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,简单地说，直线电机的初级就好象把普通旋转电机的定子按径向剖开并将它拉直，次级亦按这种方式处理，作为初级的一列线圈按一定的相序通电流，初、次级之间就会产生电磁力。,一、基本结构,允许次级（或初级）运动，就意味着“笼型”在一端出现而使初级线圈
5、在另一端裸露时电动机失去了越来越大的部分，由此可见，如果需要以一定功率运动较长距离，初级或次级就必须延长。由此得到两类不同的直线感应电动机，即“短初级（或短定子）电机”和“短次级（或长定子）电机”。,一、基本结构,一般地说，短初级电机的制造成本和运行成本要比短次级低得多。另外，次级在结构可以进一步简化，通常制成为一片导体.在这种结构中，除了电机所产生的切向电磁推力外，在初、次级内表面之间还存大着一种纯磁拉力。 为了消除这种因结构不对称而引起的失衡磁拉力，人们设计了一种双边型直线电机，次级导体不再嵌在槽中而是在气隙中工作。在结构上是一片结实的导体。电机的初级有二个，分别对称布置在次级两边，这种电
6、机亦称为“片状转子”的直线感应电机。,一、基本结构,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,直线电机用于牵引应用，把初级装在车上，次级作为轨道本身是最佳方案。这时次级又称为反应板或反应轨道，初级和次级之间表面之间存在的磁拉力（推力），这种磁拉力有助于减小轮轨之间的压力，减小磨损。,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
7、）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距轨面的高度可以降低，有利于车辆的小型化，降低车辆地板面高度，这也可以使隧道的断面面积大大减小，从而使地铁的建设费用降低。东京地铁的都营12号线与都营新宿线的隧道断面比较图，前者的隧道内断面的面积只相当于后者的48.1%。,三、LIM特点,2）LIM驱动的地铁车辆不是依赖轮轨的粘着来推动和制动的，它的爬坡能力不受粘着的限制，与传统的地铁车辆相比，它能行走在更陡的坡道上。日本的实验车辆的爬坡能力为80，大阪地铁鹤见绿地线的最大坡道为50，采用较大的坡道有利于将地铁车站设置在距地面较浅的位置，这样可以节省建设费用，并使乘客感到方便。
8、,三、LIM特点,3）LIM驱动的地铁车辆的车轮只起到支撑及导向的作用，故左右车轮可以做成独立旋转的，从而克服急转弯时内轨和外轨产生路径差的问题。同时由于转向架上不用安装旋转式电机，增大了转向架设计的自由度，使LIM驱动的地铁车辆能够行走在更小的转弯半径上。日本的实验线路的最小转弯半径为50m，大阪地铁鹤见绿地线的最小转弯半径为100m。采用小转弯半径及大坡道使地铁选线的自由度大大提高，便于回避地下的障碍物，节省建设费用。,三、LIM特点,4）由于LIM驱动不用减速装置，所以没有电机的旋转和齿轮发出的噪声，也使保养维修工作简化。由于上述3）的理由，通过弯道时轮轨间的磨擦碾压声也大大减少，同时减轻了轮轨的磨损。所以LIM驱动有利于实现低噪声运行、节省维护费用。,常导型磁浮列车利用电磁吸力实现悬浮,
