磁懸浮列車的原理分析

鄧明達

摘 要：在技術的發展下，磁懸浮列車開始進入到人們的生活中，磁懸浮列車運行速度可以達到500km/h，牽引不會受到輪軌因素的限制，能耗低，噪聲低，還具備線路適應性強、無污染、安全舒適的優勢，是交通業的重點研究對象。本文主要針對磁懸浮列車的原理進行分析。

關鍵詞：磁懸浮列車；原理；運行方式

磁懸浮列車是根據磁鐵同性相斥、異性相吸的原理而設計的，它依靠電磁吸力或電磁斥力將列車懸浮于空中，經由線性電機對列車進行驅動行駛，雖然仍然被人們稱為陸上的交通工具，但已經摒棄了列車和地面軌道的機械接觸，擺脫了傳統列車車輪和車軌的黏著限制，再沒有機械噪音的產生和車輪與車軌等的磨損產生，因摩擦而產生的阻力消失，能夠實現列車的高速甚至超高速運行。

1 磁懸浮列車的應用原理

磁懸浮列車根據磁鐵異性相吸的原則設計制造了電磁懸浮系統。這種系統讓機車上的電磁鐵和導軌上的磁鐵車軌處于異性相吸的狀態從而引起列車發生懸浮現象。列車在水平方向與垂直方向均與車軌無機械接觸還因為電磁吸力與地面軌道兩側的繞組之間有相互的反作用力從而造成機車側向與軌道也無機械接觸。當磁懸浮列車高速運行的時候，高精度的電子調整系統可以保證磁懸浮列車與軌道之間的懸浮縫隙不會產生變化，并且此種縫隙的大小與列車的導向無關，因而實現列車在停車狀態下的磁懸浮狀態不變。

磁懸浮列車也可以采用電力懸浮系統來實現列車的空中懸浮。機車在導軌上運行的時候如果使用了磁鐵將會產生電流，機車和導軌的縫隙越小，電磁的斥力越大，這種電磁斥力的產生可以支撐列車產生空中的懸浮。

由超導材料制成超導線圈可以制備體積小但功率強大的電磁鐵。這種超導電磁鐵在特定的低溫條件下具有完全導電性能，其電阻為零，完全支持強大電流的導通。超導磁懸浮列車上會安裝超導磁鐵和感應動力的集成設備。車軌的電磁線圈所具備的磁極和列車上超導磁鐵的磁極是相同的，根據同性相斥的磁鐵規則，強大的斥力會把機車懸浮在空中。

2 磁懸浮列車的運行方式

磁懸浮列車懸浮起來的原理我們已經知道了，它又是如何推進的呢？

一般來講，交流電可以驅動列車軌道兩邊的線圈使之成為電磁鐵。當電磁鐵和列車上的電磁鐵發生相互作用的時候，就會有磁力的產生。車頭的超導磁鐵的磁性和車軌的磁性是同性相吸的，可以當做牽引力，車尾的超導磁鐵的磁性和車軌的磁性是相斥的，會產生一定的推力，這就是推動力。這些力量強大的電磁力會驅動列車不斷前進。電能轉換器可以調整交流電的頻率和電壓從而產生車速的快慢。

例如超導磁懸浮列車行駛的原理是這樣的：當超導磁懸浮列車上的感應動力設備和超導磁鐵感受到受電力系統催動的電磁場的電磁力時，列車就會承受強大的電磁推力。這種電磁推力實際是因為機車的車軌兩側的驅動繞組接受到與車輛的速度和頻率一致的交流電的驅使，產生了移動的電磁場。電磁場和列車的導軌之間會產生功能強大的磁波形成推力，推動列車不斷向前行駛。

磁懸浮列車進行制動的時候，需要列車車軌的兩側通入了反相的交流電，這樣線圈產生于列車方向相反的磁場，相當于車頭和車軌的相吸的引力變成了相反的斥力，從而產生列車的制動力，讓列車減速。也可以采用斷電的方法讓列車減速，但是其效果要稍小一點。

磁懸浮機車內的電磁鐵可以為機車的導向系統提供沿導軌方向運動的側向力，采用獨立的電磁鐵來進行導向系統的導向也可以。

磁懸浮列車的運行速度快、爬坡能力強且能耗低，具有很多傳統列車所不能比擬的優勢，但它的技術很有很多方面的缺陷和不足之處，目前還面臨很多有待解決的問題。

磁懸浮列車需要鋪設專有的線路，無法像傳統列車那樣一旦線路改變，可以對舊有線路進行改造或重復利用就可以，因而造價高昂，前期投入較大，而投資回收的周期較長，建設成本高。較高的投資風險讓投資商們望而生畏，這也是磁懸浮列車無法像傳統列車那樣應用廣泛的原因之一。

磁懸浮列車的懸浮、推進和制動都要靠電磁鐵來完成，而強磁場對人體和環境都會產生影響，因而其適用人群和人們對交通工具的偏好等都會對磁懸浮列車的營運產生一定的影響。

磁懸浮列車雖然速度很快，但其懸浮和制動的安全問題仍然還需要進一步的研究，其高速行駛的穩定性也需要實際運營的檢驗，需要較長時間才能夠看出實際的效果。

3 結語

總的來講，目前火車提速幾乎已經達到極限，磁懸浮列車是列車速度提高的一種選擇和趨勢，但磁懸浮列車由于造價和成本問題以及技術上的一些缺陷還需要人們不斷進行探索和改進。

參考文獻：

[1] 彌柱，李云鋼，程虎.基于V型軌道磁懸浮列車的控制方法設計研究[J].機車電傳動，2012（05）.

[2] 佘龍華，李劍鋒.中低速磁浮列車運行控制系統的方案及其實現[J].城市軌道交通研究. 2006（04）

[3] 武瑛嚴，陸光，徐善綱.Inductrack磁浮技術及其在磁浮列車系統中的應用[J].電氣應用，2006（01）.

[4] 蘇曉杰.隨機干擾和時延環境下模糊系統的分析與優化綜合研究[D].哈爾濱工業大學，2013.