16.2 《电流的磁场》知识背景(苏科版九年级下)doc--初中物理.doc
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http://cooco.net.cn永久免费在线组卷课件教案下载无需注册和点数http://cooco.net.cn永久免费在线组卷课件教案下载无需注册和点数磁悬浮列车很早之前,人们就希望列车能与轨道脱离接触,以解除轮轨车辆的振动与磨损带来的烦恼。早在1864年,法国就开展了气垫车的研制工作,通过紧缩空气使车体与地面脱离接触。1869年法国巴黎试验了世界上第一个气垫车。20世纪60年代,这类研讨构成高潮,世界上出现了三个载人的气垫车实验系统。随着技术的进展,特别是固体电子学的出现,使本来十分庞大的控制设备变得十分轻巧,这就给磁悬浮列车技术提供了实现的可能。1969年,德国牵引机车公司(LocomotiveCompany)的马法伊(KraussMaffei)研制出小型磁浮列车系统模型,以后命名为TR01型。1972年又研制成TR02型,该车在l公里轨道上时速达165公里,这是磁悬浮列车发展的第一个里程碑。1973年,马法伊还研制成气垫车(命名为TR03)。与磁浮列车相比,气垫车的技术要复杂得多。此后德国放弃了发展气垫车的计划,而着眼发展磁悬浮列车(以下简称磁浮列车)。悬浮与推进的各种方式磁浮列车从原理上可分为两种。一种是电磁型(EMS,ElectroMagneticSystem),也称吸力型、常导型。另一种是电动型(EDS,ElectrodynamicSystem),也称斥力型、超导型。电磁型列车在车体内装有电磁铁,路轨为一导磁体。电磁铁绕组中电流的大小根据间隙传感器的信号进行调节,使车体与路轨间保持必然距离。悬浮力的大小与车速无关,任何车速时均能保持稳定的悬浮力。悬浮气隙较小,约l厘米。出于安全考虑,设有应急备用车轮。车身前进的动力由直线感应电机或直线同步电机提供(也可用喷气推进)。它的悬浮和推进系统消耗的功率很小,通常是l千瓦/吨。结构、材料简单,但车体较重。电动型列车在车体内安装有超导线圈,轨道上分布有按必然规则排列的短路铝环。当超导线圈内通电时就产生强磁场,在列车以必然速度前进时,该强磁场就在路轨的铝环内产生感应电流,两者相互排斥而产生上浮力。速度愈大这个排斥力就愈大,当速度超过必然值(时速80公里以上)时,列车就脱离路轨表面,最大距离可达数十厘米以上。其悬浮是自稳定的,无须加任何自动控制;由于采用大气隙悬浮,即使车体有稍许不平衡,或车体与轨道有些许对不准,或轨道上有冰雪之类杂物,均不会影响列车运转的安全性。采用超导线圈虽可减轻线圈结构的分量,但却要增设超导所需的致冷系统,致冷电源也添加了功耗。这类结构的磁场若不加屏蔽,会添加环境的电磁污染。在低速行驶时,列车还需轮轨系统支持,侧向稳定也要另加控制设备。除电磁型、电动型之外,还有永磁式半悬浮型、推力与悬浮结合型的磁浮列车。磁浮列车的驱动方式主要有直线感应电机(LIM),直线同步电机(LSM),和直线磁阻电机(LRM)和Z宇型单极直线同步电机。后两者很少采用。直线感应电机也称短定子直线感应电机,主要用在日本的HSST系列。它的初级绕组装在车体上,定子由硅钢片选成,横向开有许多齿槽,用于安放电机绕组。次级采用低碳钢实心结构,架设在轨枕上,其上附设一层次级导体(5毫米厚的铝板)。当初级绕组加上三相交流电以后,在气隙空间构成一个平移磁场,该磁场切割次级导体,在导体中产生感应电流。该感应电流构成的磁场与初级绕组构成的平移磁场方向相反,从而在路轨与车体之间产生电磁推力。这类电机的速度低于同步速度,普通用于中速(100~200公里/时)磁浮列车。直线同步电机也称长定子直线感应电机,主要用在德国的TR系列和日本的MLU系列。其初级绕组沿轨道铺设,故称长定子,定子线构与短定子类似。次级安装在车体上,为水磁体或直流绕组,在气隙空间建立起一个恒定的直流磁场。当初级绕组加上三相交流电后,与次级的直流磁场间产生电磁推力。这类电机的速度等于同步速度,普通用于高速(400~500公里/时)磁浮系统。这类电机需沿轨道铺设大量导电线圈,并沿线建立许多变电站,用于区间供电。磁浮列车的优点由于实现了磁悬浮,车身与轨道脱离接触,因而产生一系列优点。(l)速度快。轮轨式列车点接触压力的典型数据是48.3兆帕。而磁浮列车是大面积悬浮支持,单位面积受力的典型数据是6.9~34.5千帕。普通列车的速度主要是受限于轮轨间的粘性力,而磁浮列车的速度则受限于空气阻力。下面列出各类交通工具速度的典型数据。高速列车磁浮EMS磁浮EDS汽车飞机平均速度(公里/时)21038044895485运转速度(公里/时)260400480110852由上可见,磁浮列车是陆上最快的交通工具,其速度仅次于飞机。(2)乘坐平稳舒适、乐音低。凡是在西德和日本乘坐过磁浮列车的人,都众口一词的称赞乘
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