国外超导悬浮实验研究现状论文

磁悬浮列车的理论准备时间已有很长的历史了，其实磁悬浮技术是发源于德国的。据记载大概早在1922年的时候德国工程师赫尔曼·肯佩尔就提出了电磁悬浮原理，并且在1934年的时候专门申请了磁悬浮列车的专利。然而当时间进入20世纪的70年代之后，世界工业化国家经济实力不断加强，相应的对于提高交通运输能力以适应其经济发展的需要也越来越明显。从此之后，德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等众多的发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。直到现在，德国和日本在磁悬浮系统的研究，已经取得了令世人瞩目的进展。

从1962年起日本开始研究常导磁浮铁路，70年代初开始转而研究超导磁浮铁路。1972年首次成功地进行了其时速达到50公里的超导磁浮列车实验。1977年12月最高时速达到204公里，到12月提高到517公里。而直到1982年11月，磁浮列车的载人试验获得成功。1995年的时候，载人磁浮列车试验时的最高时速达到411公里。日本首期公里长的试验线则早在1996年就已全部建设完成。

1968年德国对磁浮铁路进行研究。研究初期，常导和超导并重，1977年，先后研制出常导电磁铁吸引式和超导电磁铁相斥式试验车辆，试验时的最高时速只能达到40公里。后来决定只集中力量发展常导磁浮铁路。在埃姆斯兰德修建的全长公里的试验线，该线于198l年兴建，1982年开始进行不载人试验。到1983年底，时速就已经达到300公里，1984年时速达到400公里。

英国从1973年才开始对磁浮铁路进行研究，但英国却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纳尔车站之间一条600米长的磁浮铁路正式通车营业。]

磁悬浮列车

一、磁悬浮技术的发展与现状 磁悬浮技术的发展始于上世纪,恩思霍斯(Eamshanws)发现了抗磁物体可以在磁场中自由悬浮,此现象于1939年由布鲁贝克(Braunbeck)进行了严格的理论证明,但是它的实际应用研究直到最近二十年才广泛开展。近年来,磁悬浮技术得到了迅速发展,并得到越来越广泛的应用。由于现代科学技术的发展,如传感器、控制技术(尤其是数字控制技术)、低温和高温超导技术,使得磁悬浮技术迅速崛起,各国都投入大量的人力、物力、进行研究。 磁悬浮由于无接触的特点,避免了物体之间的摩擦和磨损,能延长设备的使用寿命,改善设备的运行条件,因而在交通、冶金、机械、电器、材料等各个方面有着广阔的应用前景。 二、磁悬浮的应用 磁悬浮技术的应用范围从高速磁轴承到高速悬浮列车,以及大气隙的风洞磁悬浮模型等各个领域。磁悬浮轴承的研究是国外一个非常活跃的研究方向,典型对象是发电机的磁悬浮轴承(又称磁力轴承)。主动式磁悬浮轴承(AMB)以其无机械磨损、无噪声、寿命长、无润滑油污染等特点而广泛应用于航空、航天、核反应堆、真空泵、超洁净环境、飞轮储能等领域。 高速磁悬浮电机(Bearingless Motors)是近年提出的一个新研究方向,集磁悬浮轴承和电动机于一体,具有自悬浮和驱动能力,不需要任何独立的轴承支撑,具有体积小、临界转速高等特点,更适合于超高速运行的场合,也适合小型乃至超小型结构。国外自上世纪90年代中期开始进行研究,相继出现了永磁同步型磁悬浮电机、开关磁阻型磁悬浮电机、感应型磁悬浮电机等各种类型。其中感应型磁悬浮电机具有结构简单、成本低、可靠性高、气隙均匀、易于弱磁升速,是最有前途的方案之一。传统的电机由定子和转子组成,定子与转子之间通过机械轴承连接,在转子运动过程中存在机械摩擦,增加了转子的摩擦阻力,佼运动部件磨损,产生机械振动和噪声,使运动部件发热,润滑剂性能变差,甚至会使电机气隙不均匀,绕组发热,温升增大,从而降低电机效能,最终缩短电机使用寿命。磁悬浮电机利用定子和转子励磁磁场间“同性相斥,异性相吸”的原理使转子悬浮起来,同时产生推进力驱使转子在悬浮状态下运动。磁悬浮电机的研究越来越受到重视,并有一些成功的报道。如磁悬浮电机应用在生命科学领域,国外已研制成功的离心式和振动式磁悬浮人工心脏血泵,采用无机械接触式磁悬浮结构不仅效率高,而且可以防止血细胞破损引起溶血、凝血和血栓等问题。磁悬浮血泵的研究不仅可以解除心血管病患者的疾苦,提高患者生活质量,而且对人类延续生命具有深远意义。 三、磁悬浮球控制系统的工作原理 图1 磁悬浮球控制系统功能图 电磁铁绕组中通以一定的电流,产生电磁力,只要控制电磁铁绕组中的电流,使产生的电磁力与钢球的重量相平衡,钢球就可以悬浮在空中,处于不稳定的平衡状态。这是由于电磁铁与钢球之间的电磁力大小与相互之间的距离成反比,只要平衡状态稍微受扰动,就会导致钢球掉下来或被电磁铁吸住,为此必须实现闭环控制。采用电光源和传感器组成的测量装置测量钢球与电磁之间的距离y的变化,当钢球受到扰动下降,与电磁铁之间的距离增大时,控制电磁铁控制绕组中的控制电流相应增大,则钢球又被吸回到品衡状态,反之亦然。 以上讨论的是钢球在垂直方向的控制,为了使钢球能稳定地在空中悬浮,钢球在水平方向上也应有一定的稳定范围。为了解决这个问题,将电磁铁铁心指向钢球的一端呈锥体形,如图1示。当钢球在水平方向上偏离中心平衡位置时,电磁力重新指向钢球表面的发向方向。此力可分解为垂直方向和水平方向两个分量,水平方向分量使钢球恢复到原中心平衡位置。 四、对磁悬浮球控制器进行理论设计 首先建立数学模型得到钢球的数学模型为: 选取模型参数 通过对磁悬浮球控制系统的性能分析最终确立系统数学模型。 所以,磁悬浮球控制器校正后的传递函数为: 五、传递函数G(s)的性能分析 由图2示可以知道,该系统由较宽的带宽,截至频率比较大,所以控制系统有较快的快速性;相角裕度越小,系统的阻尼特性越好,动态过程较为平稳;高频斜率大,控制系统有较强的抗干扰能力,钢球能稳定地悬浮。希望采纳

目前 ,在世界上对磁悬浮列车进行过研究的国家主要是德国、日本、英国、加拿大、美国、前苏联和中国。美国和前苏联分别在上世纪70年代和80年代放弃了研究计划 ,但美国最近又开始了研究计划。英国从 1973 年才开始研究磁悬浮列车 ,却是最早将磁悬浮列车投入商业运营的国家之一。1984年4月 ,从伯明翰机场到火车站之间600m长的磁悬浮运输系统正式运营 ,旅客乘坐磁悬浮列车从机场到火车站仅需90s。但1995年 ,在运行了11年之后 ,被停止运营，目前对磁悬浮列车研究最为成熟的是德国和日本。德国从1968年开始研究磁悬浮列车 ,刚开始时 ,常导型和超导型并重 ,于1977年分别研制出常导型和超导型试验列车。但后来经过分析比较 ,决定集中力量只发展常导型磁悬浮列车。目前德国在常导磁悬浮列车研究上的技术已经成熟。日本从1962年开始研究常导型磁悬浮列车 ,后来由于超导技术的发展 ,日本从70年代开始转向研究超导型磁悬浮列车。1972年12月在宫崎磁悬浮铁路试验线上 , 时速达到了204 km/ h 。1979年12月又进一步提高到517 km/ h 。1982 年 11月 ,磁悬浮列车的载人试验获得成功。1995 年载入磁悬浮列车试验时的时速高达411km/h 。1997年12月在山梨县的试验线上创造出时速为550km/h的世界最高记录。最高时速与试验线的长度有关 ,德国的试验线两端是环形的 ,直线部分只有约7km ,日本的试验线是直线且很长 ,故能达到较高的时速。中国在上世纪80年代初开始对低速常导型磁悬浮列车进行研究。1994年10月 ,西南交通大学建成了首条磁悬浮铁路试验线 ,并同时开展了磁悬浮列车的载人试验 ,成功地进行了4个座位 ,自重4t ,悬浮高度为8mm ,时速为30km/h 的磁悬浮列车试验 ,于1996年1月通过铁道部组织的专家鉴定。然后 ,在铁科院环形试验线轨距2m,长36m ,设计时速为100km的室内磁悬浮试验线路上成功地对长 m ,宽为3m ,自重4t ,内设15个座位 ,设计时速为100km/h 的低速常导6t单转向架磁悬浮试验车进行了试验 ,于1998年11月通过了铁道部科技成果鉴定 ,填补了中国在磁悬浮列车技术领域的空白 。