中低速磁浮交通是一种适用于中运量的新型轨道交通制式,采用“F轨常导电磁悬浮+车载短定子直线电机驱动”技术模式,轨道和车辆采用“车包轨”的结构形式,其基本原理如图1-13所示。
图1-13 中低速磁浮列车基本原理
如图1-13所示,安装在车辆悬浮架上的U形电磁铁通电后产生励磁电流,形成可控磁场,产生吸引F轨的电磁吸力,获得列车向上的支撑力。悬浮控制器根据悬浮传感器反馈的悬浮间隙值不断调整悬浮电磁铁电流的大小,从而不断调整电磁铁与F轨之间的电磁吸力,以保持电磁铁与F轨的间隙稳定,实现列车的稳定悬浮。
直线电机的定子(线圈)安装在车上,转子(感应板)铺设在F轨上。线圈通入三相交流电时,就会产生气隙磁场。当三相电流随时间变化时,气隙磁场将沿定子做直线平移运动,即沿轨道方向产生移动的行波磁场。根据楞次定律可知,感应板切割气隙磁场(行波磁场)而产生感应电流;由安培定律可知,气隙磁场与感应板中的感应电流相互作用而产生连续的电磁力,最终推动定子(线圈)相对于转子(感应板)产生直线运行,从而推动列车向前运行(图1-14)。
图1-14 直线电机驱动原理
与轮轨车辆不同,中低速磁浮列车运行过程中产生左右偏离时,U形电磁铁与F轨错位,利用F轨与U形电磁铁之间产生电磁吸力分解为垂向悬浮力和侧向导向力,保持列车悬浮和返回轨道中心线,如图1-15所示。
中低速磁浮交通因其特有的技术制式,具有以下优势:
(1)低噪声、低振动、绿色环保。由于中低速磁浮车辆在运行时与轨道没有接触,避免了传统轨道车辆上的轮轨噪声和振动冲击,因此具有低噪声、低振动、平稳性好的特点,是一种绿色环保的交通制式。
(2)选线灵活。由于中低速磁浮交通车辆使用直线感应电机牵引,牵引力不受轮轨黏着系数的限制,车辆爬坡能力更强,线路最大坡度可达70‰,同时车辆能够通过的最小水平曲线半径为75m,具有较强的线路适应能力。
图1-15 导向原理
(3)安全性高。车辆的悬浮架采用了“抱轨”式结构设计,因此列车不存在倾覆或脱轨的风险。车辆系统设计时考虑了各种紧急情况,即使线路意外断电,车辆依然能够保持稳定的悬浮状态并安全停车。
(4)全寿命周期成本低。中低速磁浮车辆的无接触运行让悬浮架和轨道结构得到简化,没有复杂的机械部件,同时避免了运行时的摩擦损耗,降低了整个系统的全寿命周期成本。