南交通大学本科毕业设计论文常导超导磁悬浮演示试验装置的控制年级级学号姓名吴华专业电子科学与技术指导老师陈汉军年月西南交通大学本科毕业设计论文第页院系理学院电子科学与技术系专业电子科学与技术年级级姓名吴华题目常导超导磁悬浮演示实验装置的控制指导教师评语指导教师签章评阅人评语评阅人签章成绩答辩委员会主任签章年月日西南交通大学本科毕业设计论文第页毕业设计论文任务书班级电科班学生姓名吴华学号发题日期年月日完成日期年月日题目常导超导磁悬浮演示实验装置的控制本论文的目的意义本文目的是通过磁悬浮技术的理论研究，让跟多的人认识磁悬浮，了解磁悬浮。通过本文的理论知识的介绍，我自己设计制作了个简单的磁悬浮装置，用于实现磁悬浮原理。通过个简单的装置就能实现磁悬浮原理，让人们认识到磁悬浮并不是遥不可及的。本文的意义是通过对磁悬的原理分析，结合自做的小装置，希望更多采用磁悬浮技术产品应用到高校的实验室和日常生活中。让人们更多的认识磁悬浮，普及磁悬浮知识。学生应完成的任务了解磁悬浮的基本知识，磁悬浮技术的应用，磁悬浮技术在国外以及在国内的发展情况。了解超导体的性质，超导磁悬浮的基本原理，并且结合实际中应用最广泛的超导磁悬浮列车说出其具体的工作原理。了解常导磁悬浮的基本知识及实现原理，并且能够对现有的常导磁悬浮列车了解出其工作原理。理论分析在超导常导磁悬浮系统中的控制过程，方法。学生根据自己所学习到的知识设计个小模型，用来演示磁悬浮现象。整个装置用于解释和说明磁悬浮原理和现象。通过这个装置，使磁悬浮的演示实验内容更加丰富。西南交通大学本科毕业设计论文第页论文各部分内容及时间分配共周第部查找与论文有关的英文资料和论文资料周第二部分学习磁悬浮相关的理论知识，进行对英文文献的学习和翻译。周第三部分了解所写论文的目的意义。并浮列车的悬浮力和导向力第四章个简单的悬浮装置„„„„„„„概述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„主要部件尺寸数量及相关材料„„„„„„„„„„„„„„„„„„第五章总结„„„„„„„„„„„„„„„参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„西南交通大学本科毕业设计论文第页摘要随着越来越多的磁悬浮技术应用到现实生活中的各个领域，磁悬浮这个在几年前还是很陌生的个词现在已经广为人知。磁悬浮以悬浮力产生的原理分类可以分为超导磁悬浮和常导磁悬浮。磁悬浮的控制系统是个很复杂的问题。本文研究的重点就是这两种磁悬浮的控制问题。超导磁悬浮是利用处于超导状态下的超导体具有斥磁力的原理产生的。超导磁悬浮的悬浮物体就是超导体本身，所以超导磁悬浮的控制重点就落在了超导体上。本文从介绍超导磁悬浮的基本应用入手，逐步深入地介绍超导体的基本物理性质，然后介绍超导磁悬浮系统的控制方法过程和原理。与超导磁悬浮相比，常导磁悬浮的应用就更为广泛，因为常导磁悬浮的实现过程要简单得多。常导磁悬浮可以分为应用电磁铁的磁悬浮和引用非电磁性磁铁稀土永磁铁普通磁铁等的磁悬浮。但是由于电磁铁便于控制和利用，所以利用电磁铁的磁悬浮义勇更为广泛。本文在常导磁悬浮方面的研究是从个实例入手，分析电磁铁式磁悬浮的原理，从而进步研究电磁铁式磁悬浮的控制方法过程和原理。在本文的最后，我利用在大学里所学的知识，结合本文的研究重点磁悬浮装置的控制问题，做出了个简单的电磁悬浮装置。这个悬浮装置的原理是利用对电磁铁电流的控制来实现个铁片在空中的来回反复运动，达到视觉上的悬浮效果。这虽然与实际的电磁铁悬浮控制方原理不同，但是利用这简单手段也能够达到相同的目的。这个实例给了我们个启示简单的演示实验装置也能够说明磁悬浮列车等高新技术的工作原理，磁悬浮并不是遥不可及的。关键词常导磁悬浮，超导磁悬浮，磁悬浮的控制，演示实验装置，磁悬浮列车西南交通大学本科毕业设计论文第页开始构思论文的内容。周第四部分根据设计的装置购置所需的器材，并且完成设计的装置。周第五部分攥写论文，并完成设计装置的制作周评阅及答辩周备注指导教师年月日审批人年月日西南交通大学本科毕业设计论文第页目录摘要„„„„„„„„„„„„„„„„„„第章绪论问题提出„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„磁悬浮的应用小装置举例磁悬浮列车简介„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„德国的常导磁悬浮列车„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„日本的超导磁悬浮列车„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„中国磁悬浮列车的研究状况„„„„„„„„„„„„„„„„„„„磁悬浮列车悬浮方式„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„电动悬浮，磁斥式„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„电磁悬浮，磁吸式„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„永磁悬浮，磁吸式„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„本文研究的主要内容目标与方法„„„„„„„„„„„„„„„„„„第二章常导磁悬浮的物理模型„„„„„„常导磁悬浮列车的物理模型„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„悬浮力的公式推导„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„磁极侧向偏移时的悬浮力和导向力„„„„„„„„„„„„„„„„磁浮列车的驱动原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„参数„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„悬浮力损失的原因分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„悬浮力的补偿„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„常导磁悬浮系统设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„第三章超导磁悬浮的物理模型„„„„„„超导体基本现象„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„超导磁悬浮的原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„超导磁悬列车的物理模型„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„超导磁悬磁悬浮系统是种吸力悬浮系统，是结合在机车上的电磁铁和导轨上的铁磁轨道相互吸引产生悬浮。常导磁悬浮列车工作时，首先调整车辆下部的悬浮和导向电磁铁的电磁吸力，与地面轨道两侧的绕组发生磁铁反作用将列车浮起。在车辆下部的导向电磁铁与轨道磁铁的反作用下，使车轮与轨道保持定的侧向距离，实现轮轨在水平方向和垂直方向的无接触支撑和无接触导向。车辆与行车轨道之间的悬浮间隙为毫米，是通过套高精度电子调整系统得以保证的。此外由于悬浮和导向实际上与列车运行速度无关，所以即使在停车状态下列车仍然可以进入悬浮状态。电力悬浮系统将磁铁使用在运动的机车上以在导轨上产生电流。由西南交通大学本科毕业设计论文第页于机车和导轨的缝隙减少时电磁斥力会增大，从而产生的电磁斥力提供了稳定的机车的支撑和导向。然而机车必须安装类似车轮样的装置对机车在起飞和着陆时进行有效支撑，这是因为在机车速度低于大约英里小时无法保证悬浮。系统在低温超导技术下得到了更大的发展。作为目前最快速的地面交通工具，磁悬浮列车技术的确有着其他地面交通技术无法比拟的优势首先，它克服了传统轮轨铁路提高速度的主要障碍，发展前景广阔。第条轮轨铁路出现在年，经过年努力，其运营速度才突破公里小时，由公里小时到公里小时又花了近年，虽然技术还在完善与发展，继续提高速度的余地已不大，而困难却很大。还应注意到，轮轨铁路提高速度的代价是很高的，公里小时高速铁路的造价比公里小时的准高速铁路高近两倍，比公里小时的普通铁路高三至八倍，继续提高速度，其造价还将急剧上升。与之相比世界上第个磁悬浮列车的小型模型是年在德国出现的，日本是年造出的。可仅仅十年后的年，磁悬浮列车技术就创造了公里小时的速度纪录。目前技术已经成熟，可进入公里小时实用运营的建造阶段。第二，磁悬浮列车速度高，常导磁悬浮可达公里小时，超导磁悬浮可达公里小时。对于客运来说，提高速度的主要目的在于缩短乘客的旅行时间，因此，运行速度的要求与旅行距离的长短紧密相关。各种交通工具根据其自身速度安全舒适与经济的特点，分别在不同的旅行距离中起骨干力主要取决于磁极的物理参数,励磁线圈安匝数以及气隙长度。磁极侧向偏移时的悬浮力和导向力在设计悬浮系统的时候，磁极和导轨部分都做成形，目的是使系统在提供悬浮力的同时，利用磁极左右摆动时产生的反方向的横向力让磁极回到中心位置，从而起到侧向导向的作用。磁极侧向偏移时悬浮力和导向力的近似计算公式式中，为磁极侧向偏移时的悬浮力为侧向偏移量为磁极侧向偏移时的导向力为经验系数，般取。磁浮列车的驱动原理磁悬浮与线性驱动是磁浮列车两大技术特点，现在从驱动角度来分析选型。用线性电机取代轮轨机车中的旋转电机，纵向列车运行方向牵引力不受轮轨黏着力限制，这决定了磁浮列车具有牵引力大爬坡能力强起动快和速度高等系列优点。磁浮列车采用的线性电机有两种不同型式，它们的主要技术特征见下表。西南交通大学本科毕业设计论文第页长定子线性同步电机驱动德国和日本磁浮列车都采用长定子线性同步电机驱动，即电机定子三相交流绕组是铺设在地面线路两侧，动力电源变频变压变流器系统也是在地面变电所内，列车运行控制要在地面运行控制中心完成，对同步电机的同步控制精度也很高，需要对列车的速度和位置进行精确测控，目前国内还没有这方面的技术。长定子方案，由于沿线铺设电机定子绕组，其造价必然很高。采用地面同步电机控制优点是功率大，功率因数高，适用于高速磁浮列车。图示意地表示了德国型磁浮列车长定子线性电机从传统旋转电机展开，设于地面定子铁心槽内的情况。西南交通大学本科毕业设计论文第页图长定子同步电机示意图短定子线性异步电机驱动日本磁浮列车采用短定子线性异步电机，线性异步电机定子三相绕组布置在车上两侧，而异步电机转子结构简单，由左右的铝板铺设在线路与车上定子位置相应的两侧。所以，短定子磁浮线路的造价