城市交通在城市的发展过程中愈来愈重要,而城市轨道交通占据突出的位置。20世纪60年代以来,随着电力电子技术、计算机控制技术的进步,采用交流调速技术、直线电机驱动的高速磁浮列车应运而生,列车不再通过黏着力牵引,而且爬坡能力更强。在改善城市交通的时候,各个城市根据自己城市的具体特点选择交通系统的范围也更宽。安全、舒适、高密度运行,通过引入新技术达到节能,保护环境,降低成本,从结构和性能上采取措施,不断进行改进,保持先进性是城市轨道交通存在的价值。在城市轨道交通系统中,根据车辆的特点,采用直线电机作为驱动电机又提供了一种新的选择。
直线电机地铁采用直线感应电机牵引,轮轨系统支撑导向,具有技术先进、安全可靠、经济合理以及绿色环保的特点,是一种新型的城市轨道交通系统。与普通地铁相比,其能避开建筑物及基础、地下管线和其他地下构筑物,车辆段占地面积也小,适应山区城市已无大面积平地可供利用的现状。
直线电机具有造价低、振动小、噪声低、爬坡能力强、牵引能力优越、通过曲线半径小、污染小、安全性能好等诸多优点,但也存在电机效率较低、感应板养护维修要求较高等不足。总体来说,它非常适合大中城市中等运量交通发展的要求,值得在中国广泛推广采用。直线电机的普遍适用情况如下:
1)综合造价比较低,可以在很多想要建设地铁而又资金不足的城市进行推广;
2)中运量、小编组,适用于中等城市;
3)良好的选线性能,非常适用于地形条件比较复杂的城市;
4)可以穿越既有线路,避开城市建筑物,可作为线网中的支线或加密线;
5)低噪声、低振动,可以修建在一些城市中心区,既疏散客流又作为城市景观线;
6)在不良天气条件下可以安全行驶,适合在雨雪较多的城市修建高架轨道交通系统。
1.直线电机的工作原理
通常,电动机是旋转型的。定子包围着圆筒形的转子,定子形成磁场,在转子中流过电流,使转子产生旋转力矩。而直线电机则是将两个圆筒形部件展开成平板状,面对面,定子在相应于转子移动的长度方向上延长,转子通过一定的方式被支承起来,并保持稳定,形成转子和定子之间的空隙。
直流电机、感应电机、同步电机等都可做成直线电机,但是,直流电机在结构上无法做成无整流子型,所以,直线电机一般为感应电动机和同步电动机。这些交流电动机的1次侧有作为定子侧的,也有作为转子侧即移动体侧的。例如,超导磁悬浮中,同步电动机的定子(地上)是1次侧,旋转磁场在地上移动;而地铁的直线电机,感应电动机的旋转磁场装在车上,2次侧固定在地上。前者的空隙靠左右导向线圈保持,而后者靠车轮保持。
产生推进力的原理与电动机产生力矩的原理一样,在直线电机地铁中,安装在转向架上的直线电动机沿前进方向产生移动磁场。让面对该磁场、安装在地上的反作用板(相当于2次线圈)中通过2次电流(涡电流),由这个2次电流切割磁场产生的力作为反作用力,安装在转向架上的直线电动机得到推进力。
直线电机的基本缺点是很难将定子与转子空隙做成象旋转式电机那么小,旋转式是无限循环的,而直线电动机是有端头的。为此,泄漏磁通多,电气—机械能量转换的效率低,如果要得到相同的输出,逆变器的容量需要比旋转式大。
2.直线电机电动车的特点