磁悬浮高铁系统的工作原理及优势

在磁浮高铁系统中，磁浮列车高速运行优势得益于其独特的悬浮运行方式。不同于传统轮轨列车，磁悬浮列车要保持行驶过程中的稳定悬浮离不开其内部的特殊功能器件。

（1）悬浮架（Suspension Frame，SF）：磁浮列车普遍采用模块化设计，磁浮列车的每节车厢通过空气弹簧由第一位、第二位、第三位等三个模块支撑，每个模块的结构基本相同，不同之处仅在是否需要安装受流器与测速定位装置。在磁浮高铁系统中，磁浮列车每个模块都集成有悬浮电磁铁、直线牵引电机、制动装置和悬挂装置等四大部件，可为列车提供所需悬浮力、导向力、驱动力和制动力。磁浮列车单节车厢的悬浮架结构，如图2.24所示。

图2.24　单节车悬浮架布置

（2）悬浮控制器（Suspension Controller，SC）：悬浮控制器将间隙传感器检测到的信号进行分析处理，计算出使列车达到额定悬浮间隙所需的控制电压，并将其转化为电流信号传至悬浮电磁铁中，通过调节悬浮电磁铁的电流大小调节电磁铁与F轨之间的吸引力，将列车稳定悬浮于轨道。在磁浮高铁系统中，电磁悬浮方式的一般间隙为8～10 mm，如图2.25所示。

图2.25　电磁吸力悬浮示意

（3）悬浮电磁铁导向（Levitation Electromagnet Guide，LEG）：悬浮导向原理是利用悬浮电磁铁与F轨之间的悬浮力的分力辅助导向。当悬浮电磁铁偏离轨道中心线时，悬浮电磁铁两侧的极板会与F轨的对应磁极之间产生相对错动，磁通回路发生偏移，从而影响电磁悬浮力发生偏移，产生一个水平方向的分力作为导向力，出曲线时将电磁铁复位，直到两侧悬浮电磁铁极板与F轨对齐，磁通回路没有偏移，电磁悬浮力分力消失，车辆回归到轨道中心线处。磁浮列车通过悬浮电磁铁导向的作用原理，如图2.26所示。

图2.26　悬浮电磁铁导向原理

（4）直线感应牵引电机（Linear Induction Traction Motor，LITM）：直线感应牵引电机是磁浮列车上常用的动力牵引装置，一般为常导短定子三相直线感应电机，直线电机的定子装于列车上。为了减轻直线电机的整体重量以提升整车的运行效率，直流电通过受流器经高速断路器传入牵引逆变器，牵引逆变器将其逆变成可调节频率和电压的对称三相交流电，提供给悬浮架上的直线电机牵引列车运行。直线感应电机的结构，如图2.27所示。

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图2.27　直线感应电机

（5）制动系统（Brake System，BS）：在磁浮高铁系统中，磁浮列车的制动系统既有机械制动也有电制动，两套制动系统根据实际情况配合使用。当运行速度较高，一般大于10 km/h时，制动系统中的电制动系统发挥作用，调节供给直线电机的电流大小来实施电制动，电制动产生的电能由地面吸收装置吸收或反馈回电网，或由电阻转化为热能消耗掉，制动过程无摩擦损耗。在磁浮高铁系统中，当列车运行速度较低，一般小于10 km/h，或遇到紧急情况时，制动系统中的机械制动系统发挥作用，如图2.28所示。

图2.28　机械制动液压夹钳

（6）空气弹簧中置型悬浮架（Air Spring Center Mounted Suspension Frame，ASCMSF）：空气弹簧中置型悬浮架为车体提供支撑力，并衰减来自悬浮模块的振动作用，并在曲线通过或轨道有横向不平顺时，起到车体对中复位的作用。由于空气弹簧的刚度不足以满足牵引或制动力传递的需要，在滑台与悬浮架间还需纵向牵引杆，通过牵引杆将牵引力或制动力由悬浮架传递到车体，如图2.29所示。

图2.29　空气弹簧中置型悬浮架

（7）抗侧滚梁（Lateral Rolling Beam，LRB）：主要起抑制左右纵梁及悬浮电磁铁发生过量侧滚的作用。日本HSST型中低速磁浮列车每个悬浮架在纵梁托臂装配的两端各装有一套抗侧滚梁，呈“口”字形结构；新型中低速磁浮列车每个悬浮架仅在纵梁中部处装有一套抗侧滚梁，整体呈“工”字形结构，如图2.30所示。

图2.30　抗侧滚梁

在磁浮高铁系统中，列车磁悬浮技术是一种利用电磁作用力克服自身重力，使轨道列车在行驶过程中保持悬浮状态的技术。列车磁悬浮技术的系统主要由转子、传感器、控制器、执行器等部分组成，其中执行器主要包括电磁铁和功率放大器两部分。