城市轨道交通车辆构造项目八课件.pptx

1、项目8 1城轨交通车辆新技术 8.18.2直线电机地铁车辆磁浮城轨交通车辆8.1 直线电机地铁车辆 8.1.1 直线电机简介直线电机是一种能将电能直接转换成直线运动的机械能，而不需要中间转换机构的传动装置。如图8-1所示，直线异步电机则可理解为旋转异步电机沿轴向剖开，展成平面的电机传动系统。如图8-2所示，系统在行波磁场与次级永磁体的作用下产生驱动力，从而实现运动部件的直线运动。8.1 直线电机地铁车辆 图8-1 旋转异步电机向直线异步电机的演变(a)沿径向剖开 (b)把圆周展成平面8.1 直线电机地铁车辆 图8-2 直线电机的工作原理(a)旋转电机 (b)展开 (c)直线电机8.1 直线电机

2、地铁车辆 直线电机地铁车辆将直线异步电机的定子安装在车辆转向架上，将转子安装在轨道中间，转子也可称为感应板，采用非磁性体（铜板或铝板）和磁性体（钢板）构成的复合金属板，以兼具两者的优点。8.1.2 直线电机地铁车辆的主要特点8.1 直线电机地铁车辆 直线电机地铁车辆的基本特点总结如下：（1）具有良好的动力性能。（2）振动和噪声小。（3）可实现径向转向架。（4）安全性和可靠性高。（5）良好的编组灵活性和运营适应性。（6）建设成本低。8.1.2 直线电机地铁车辆的主要特点 8.1 直线电机地铁车辆典型案例1.列车主要组成图8-3 广州地铁4号线地铁车辆 8.1 直线电机地铁车辆典型案例2.车体图8

3、-4 广州地铁4号线车辆转向架直线电机地铁车辆的车体包括底架、侧墙、端墙、车顶、司机室等部件；一般采用焊接整体承载结构。3.转向架 8.1 直线电机地铁车辆典型案例4.电气牵引系统直线电机由VVVF逆变器供电和驱动。7.制动系统 列车辅助系统由静止三相逆变器、DC/DC110V电源以及它们的负载组成。列车管理系统集中提供控制和监视车载系统和设备的功能。5.辅助系统6.列车控制技术列车采用先进的EP2002制动系统。8.2 磁浮城轨交通车辆 磁浮技术的研究源于德国。早在1922年，德国工程师赫尔曼肯佩尔就提出了电磁浮原理，他在1934年申请了磁浮列车的专利。20世纪70年代后，随着世界工业化国家

4、经济实力的不断增强，为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要，德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等国家相继开始筹划进行磁浮运输系统的开发。而美国、苏联等则分别在20世纪七八十年代放弃了这项研究计划，目前只有德国和日本等国仍在继续进行磁浮系统的研究，并均取得了令世人瞩目的进展。8.2.1 磁浮列车的发展史 8.2 磁浮城轨交通车辆图8-5 磁浮列车8.2 磁浮城轨交通车辆 日本于1962年开始研究常导磁浮铁路 20世纪70年代初开始转而研究超导磁浮铁路 1972年，首次成功地完成了2.2 t重的超导磁浮列车试验，其速度达到50 km/h 1977年12月，在宫琦磁浮铁路试验线上，列车最高速度达

5、到了204 km/h 1979年12月又进一步提高到517 km/h 1982年11月，磁浮列车的载人试验获得成功。1995年，载人磁浮列车试验时的最高速度达到了411 km/h。东京至大阪间修建的磁浮铁路试验线，其首期18.4 km长的试验线于1996年全部建设完成。8.2.1 磁浮列车的发展史8.2 磁浮城轨交通车辆 德国对磁浮铁路的研究始于1968年。研究初期，常导和超导并重。1977年，德国先后分别研制出了常导电磁铁吸引式和超导电磁铁相斥式试验车辆，试验时的最高速度达到400 km/h，因超导磁浮铁路所需的技术水平太高，短期内难以取得较大进展，遂决定以后只集中力量发展常导磁浮铁路 19

6、78年，德国决定在埃娒斯兰德修建全长31.5 km的试验线 1980年开工兴建 1982年开始进行不载人试验 列车的最高试验速度在1983年底达到300 km/h 1984年又进一步增至400 km/h 目前，德国在常导磁浮铁路研究方面的技术已趋成熟8.2.1 磁浮列车的发展史8.2 磁浮城轨交通车辆 与日本和德国相比，英国对磁浮铁路的研究起步较晚，从1973年才开始。但是，英国则是最早将磁浮铁路投入商业运营的国家之一。1984年4月，伯明翰机场至英特纳雄耐尔车站之间一条600 m长的磁浮铁路正式通车营业。乘客乘坐磁浮列车从伯明翰机场至英特纳雄耐尔车站仅需90 s。在1995年，这趟一度是世界

7、上唯一从事商业运营的磁浮列车在运行了11年之后被宣布停止营业，其运送乘客的任务被机场班车所取代。8.2.1 磁浮列车的发展史8.2 磁浮城轨交通车辆 常导磁吸型。常导磁吸型磁浮列车以常导磁铁和导轨作为导磁体，用气隙传感器来调节列车与线路之间的悬浮间隙大小。一般情况下，其悬浮间隙大小在10 mm左右，这种磁浮列车的运行速度通常在300500 km/h范围内，适合于城际及市郊的交通运输。超导磁斥型。超导磁斥型磁浮列车是利用超导磁铁和低温技术来实现列车与线路之间的悬浮运行的。其悬浮间隙大小一般在100 mm左右，这种磁浮列车在低速时并不悬浮，当速度达到100 km/h时才悬浮起来。它的最高运行速度可

8、以达到1 000 km/h，当然其建造技术和成本要比常导磁吸型磁浮列车高得多。8.2.2 磁浮列车的分类（1）按电磁铁的种类可以分为常导磁吸型和超导磁斥型8.2 磁浮城轨交通车辆 电磁吸引式悬浮。该方式利用导磁材料与电磁铁之间的吸引力实现悬浮，绝大部分悬浮采用此方式。永磁力悬浮。这是一种最简单的方案，它利用永久磁铁同极间的斥力实现悬浮，一般产生的斥力为0.1 MPa。其缺点为存在横向位移的不稳定因素。感应力斥力悬浮。这种方式依靠励磁线圈和短路线圈的相对运动得到斥力，所以列车要有足够的速度才能悬浮起来，所需速度大约为100 km/h，它不适用于低速。8.2.2 磁浮列车的分类（2）按悬浮方式分为

9、电磁吸引式悬浮、永磁力悬浮及感应力斥力悬浮8.2 磁浮城轨交通车辆 长转子、短定子异步直线电机驱动。这种电机的“定子”线圈安装在车辆的底部，“转子”线圈安装在轨道上，它适合于低速运行。长定子、短转子同步直线电机驱动。此方式是将电机的“转子”线圈装在车辆上，“定子”线圈装在轨道上，它适合于高速运行。8.2.2 磁浮列车的分类（3）按列车的驱动方式分为长转子、短定子异步直线电机驱动和长定子、短转子同步直线电机驱动。8.2 磁浮城轨交通车辆 由于磁铁存在同性相斥和异性相吸，故磁浮列车也有两种相应的形式：一种是利用磁铁同性相斥原理而设计的电磁运行系统的磁浮列车。它利用车上超导体电磁铁形成的磁场与轨道上

10、线圈形成的磁场之间所产生的相斥力，使车体悬浮运行。另一种则是利用磁铁异性相吸原理而设计的电动力运行系统的磁浮列车。它是在车体底部及两侧倒转向上的顶部安装磁铁，在T形导轨的上方和伸臂部分下方分别设反作用板和感应钢板，以此控制电磁铁的电流，使电磁铁和导轨间保持1015 mm的间隙，并使导轨钢板的吸引力与车辆的重力平衡，从而使车体悬浮于车道的导轨面上运行。8.2.3 磁浮列车的原理1.悬浮原理8.2 磁浮城轨交通车辆 常导磁吸式利用装在车辆两侧转向架上的常导电磁铁（悬浮电磁铁）和铺设在线路导轨上的磁铁在磁场作用下产生的吸引力使车辆浮起，如图8-6所示。这种悬浮方式不需要设置专用的着地支撑装置和辅助的

11、着地车轮，对控制系统的要求也可以稍低一些。8.2.3 磁浮列车的原理1.悬浮原理8.2 磁浮城轨交通车辆 图8-6 常导磁吸式磁浮原理8.2 磁浮城轨交通车辆 超导磁斥式在车辆底部安装超导磁体（放在液态氦储存槽内），在轨道两侧铺设一系列铝环线圈。超导磁斥力就是利用置于车辆上的超导磁体与铺设在轨道上的无源线圈之间的相对运动，来产生悬浮力将车体抬起来的，如图8-7所示。8.2.3 磁浮列车的原理1.悬浮原理8.2 磁浮城轨交通车辆 图8-7 超导磁斥式磁浮原理8.2 磁浮城轨交通车辆 磁浮列车利用电磁力的作用进行导向，现按照常导磁吸式的导向系统和超导磁斥式的导向系统进行简要的介绍。（1）常导磁吸式

12、的导向系统。常导磁吸式的导向系统与悬浮系统类似，是在车辆侧面安装一组专门用于导向的电磁铁。车体与导向轨侧面之间保持一定间隙，当车辆左右偏移时，车上的导向电磁铁与导向轨的侧面相互作用，使车辆恢复到正常位置。控制系统通过对导向磁铁中的电流进行控制来保持这一侧向间隙，从而达到控制列车运行方向的目的。8.2.3 磁浮列车的原理2.导向原理 8.2 磁浮城轨交通车辆（2）超导磁斥式的导向系统。超导磁斥式的导向系统可以采用三种方式构成。第一种是在车辆上安装机械导向装置，以实现列车导向。第二种是在车辆上安装专用的导向超导磁铁，使之与导向轨侧向的地面线圈和金属带产生磁斥力，该力与列车的侧向作用力相平衡，使列车

13、保持正确的运行方向。第三种是利用以磁力进行导引的“零磁通量”导向系统。8.2.3 磁浮列车的原理2.导向原理 8.2 磁浮城轨交通车辆 磁浮列车推进系统最关键的技术是把旋转电机展开成直线电机。它的基本构成和作用原理与普通旋转电机类似，展开以后，其传动方式也就由旋转运动变为直线运动。8.2.3 磁浮列车的原理3.推进原理 8.2 磁浮城轨交通车辆 常导磁吸式磁浮采用短定子异步直线电机。在车辆上安装三相电枢绕组，轨道上安装感应轨。这种方式的优点是结构比较简单，容易维护，造价低，适用于中低速城市运输、近郊运输以及作为短程旅游线系统；缺点是功率偏低，不利于高速运行。其中，TR型快速动车和上海引进的Tr

14、ansrapid 06号磁浮列车，以及日本的SST型磁浮列车都采用这种形式。8.2.3 磁浮列车的原理3.推进原理 8.2 磁浮城轨交通车辆 超导磁斥式磁浮采用长定子同步直线电机。其超导磁体安装在车辆上，在轨道沿线设置无源闭合线圈或非磁性金属板。作为磁浮装置的超导电磁线圈的采用，为直线同步电机的激磁线圈处于超导状态提供了方便。它们可以共存于同一个冷却系统，或者同一线圈同时起到悬浮、导向和推进的作用。高速长定子同步直线电机牵引系统的构成相对复杂。地面牵引系统供电一个区间又分成许多段，每段只有列车通过时供电，各段切换由触点真空开关完成。为使列车在段间不冲动，需两组逆变器轮流供电，其特点是大功率、高

15、压、大电流。8.2.3 磁浮列车的原理3.推进原理 8.2 磁浮城轨交通车辆“八五”期间，国家科学技术委员会（1998年更名为科学技术部）在国家技术攻关计划中安排了“磁浮列车重大关键技术研究”项目，组建中国铁道科学研究院、西南交通大学、国防科技大学与中国科学研究院电工研究所，开展常导低速磁浮列车的研制工作。先后研制成功多台试验车，并积极推进在青城山与八达岭建设实用旅游示范线。8.2.4 磁浮技术在我国的发展概况 8.2 磁浮城轨交通车辆 20世纪90年代中期，我国还与德国合作，开展高温超导磁浮列车的原理性研究，在中国科学院电工研究所建立了小模型。后来，在“863计划”的支持下，西南交通大学等单

16、位研制成功，其中比较有影响力的有由国防科技大学和株洲电力机车研究所合作研制，准备用于八达岭旅游线，长达2 km的低速常导磁浮；由西南交通大学研制的应用于成都青城山旅游区的国内第一条磁浮列车试验线。8.2.4 磁浮技术在我国的发展概况 8.2 磁浮城轨交通车辆 2000年6月，我国上海市与德国磁浮国际公司合作，进行中国高速磁浮列车示范运营线可行性研究。同年12月，我国决定建设上海浦东龙阳路地铁站至浦东国际机场高速磁浮交通示范运营线。2001年3月正式开工建设。2002年12月31日，经过中德两国专家两年多的设计、建设、调试，上海磁浮运营线终于呈现在世人面前，其车辆如图8-8所示。8.2.4 磁浮

17、技术在我国的发展概况 8.2 磁浮城轨交通车辆 图8-8 上海磁浮列车8.2 磁浮城轨交通车辆 2003年，四川成都青山磁浮列车线完工，该磁浮试验轨道长420 m，主要针对观光游客，票价低于出租车费。2005年5月，我国自行研制的“中华06号”吊轨永磁浮列车于大连亮相，速度可达400 km/h。2005年7月，首辆中低速磁浮工程化样车在唐车公司问世，并投入试验运行。2005年9月，中国成都飞机工业有限公司开始研制CM1型“海豚”高速磁浮列车，最高时速为500 km，2006年7月在上海同济大学17 km长的轨道上进行试车。8.2.4 磁浮技术在我国的发展概况 8.2 磁浮城轨交通车辆 2006

18、年3月，国务院批准了沪杭磁浮新型交通建设项目建议书。2010年3月14日，沪杭磁浮已获国家发展和改革委员会批复，总长199.4 km，并于当年开始建设。2006年4月30日，我国第一辆具有自主知识产权的中低速磁浮列车在四川成都青城山一个试验基地成功经过室外实地运行联合试验，利用常导电磁浮推动。2008年5月，唐车公司建成了长达1 547 km的国内首条中低速磁浮列车工程化试验示范线，科学技术部将其确立为国家科技支撑计划中低速磁浮交通试验基地。8.2.4 磁浮技术在我国的发展概况 8.2 磁浮城轨交通车辆 2009年5月13日，国内首列具有完全自主知识产权的实用型中低速磁浮列车在唐车公司完成组装

19、，顺利下线，并随即开始进行列车调试。2009年6月15日，国内首列具有完全自主知识产权的实用型中低速磁浮列车，在中国北车集团唐山轨道客车有限责任公司下线后完成列车调试，开始进行线路运行试验，这标志着我国已经具备中低速磁浮列车产业化的制造能力。2010年8月14日，由长春客车厂、西南交通大学和株洲电力机车研究所联合研制开发的我国首辆磁浮客车在长春客车厂竣工下线，从而使我国成为继德国和日本之后，世界上第三个掌握磁浮客车技术的国家。8.2.4 磁浮技术在我国的发展概况 8.2 磁浮城轨交通车辆 2012年1月20日，一列中低速磁浮列车在中国南车集团株洲电力机车有限公司内下线。磁浮列车采用3节编组，最

20、高运行时速为100 km/h，列车最大载客量约600人。2015年12月，长沙中低速磁浮快线上线试车。从长沙火车南站到黄花机场只需20 min左右的时间。长沙中低速磁浮是国内第一条自主设计、自主制造、自主施工、自主管理的中低速磁浮。项目于2014年5月16日开工，2015年12月26日试运行，2016年5月6日正式通车运营。长沙磁浮快线设计最高速度为100 km/h，每列车按3节编组设计，最大载客量为363人（见图8-9、图8-10）。8.2.4 磁浮技术在我国的发展概况 8.2 磁浮城轨交通车辆 图8-9 长沙磁浮列车在库内8.2 磁浮城轨交通车辆 图8-10 长沙磁浮列车在运行线路上Thank You!39