直线电机与城市地铁列车解读

直线电机在城市轨道交通系统中的应用赵青峰;程晓民【摘要】简要介绍直线电机驱动系统的工作原理,概述其在城市轨道交通系统应用中的优势.根据发展过程,详细阐述直线电机在国内外城市轨道交通中的应用情况.随后,通过分析实际运用情况,探讨直线电机在我国城市轨道交通系统运营中出现的问题及解决办法.最后提出,直线电机城市轨道交通系统作为一种独特的制式,在未来的城市交通中具有一定的应用前景.【期刊名称】《现代城市轨道交通》【年(卷),期】2017(000)010【总页数】4页(P54-57)【关键词】城市轨道交通;直线电机;优势;应用【作者】赵青峰;程晓民【作者单位】长安大学材料科学与工程学院,陕西西安 710064;宁波工程学院材料工程研究所,浙江宁波 315016【正文语种】中文【中图分类】U264.1+4随着社会的发展，中国城市人口越来越多，引起了严重的交通问题。

由于载客量大、行驶不拥堵、方便等特点，地铁已成为城市中不可缺少的交通工具，也是一种绿色交通[1]。

在传统城市轨道交通系统中，列车采用旋转电动机驱动。

这种驱动模式依赖于轮轨之间的粘着力，因此，列车的速度、加速度及爬坡能力等都受到一定的限制，同时，传统驱动模式还具有车型大、噪声高等一系列缺点，逐渐不能适应新的交通模式[2]。

而直线电机驱动模式取消了中间的传动机构，电磁力直接作为牵引力驱动车辆运行，是一种完全非粘着驱动系统。

因此，相对传统驱动模式，直线电机驱动是一种新型的驱动方式。

直线电机驱动与旋转电机驱动不同，它取消了中间的传动环节，直接将电能转换成运动所需的机械能。

直线电机可分为直线同步电机和直线感应电机（直线异步电机），在城市轨道交通系统中，一般使用直线感应电机作为驱动电机[3]。

直线电机可看作由旋转电机沿圆周方向展平而来[4]，其工作原理与旋转电机相似。

直线电机的电磁铁和绕组作为定子安装在车辆转向架上，感应板则作为转子固定在轨道中间，当电磁铁通电时，产生的行波磁场和感应板相互作用，该作用产生的力即为列车运动所需的牵引力，若改变通入的电流方向，列车则反方向运行[3]。

地铁列车电传动系统分析摘要：文章通过对我国现阶段主型地铁车辆电传动系统构成及其功能的分析。

清晰的介绍了该系统各器件的作用及相互之间的关系。

为地铁车辆运用与检修提供了有益的参考。

关键词：地铁车辆电传动；主电路；系统工作原理一、轨道车辆电力牵引发展简介电力牵引是一种以电能为动力牵引车辆前进的牵引方式。

轨道车辆通过受流器从架空接触网或第三轨（输电轨）接收电能，通过车载的变流装置给安装在转向架上的牵引电机供电，牵引电机将电能转变成机械能，机械能通过齿轮传给轮对，驱动轮对在轨道上运动带动车辆前进。

轨道交通电力牵引传动系统分为：1、直流电力牵引传动系统（1）直流—直流（2）交流—直流2、交流电力牵引传动系统（1）直流—交流（2）交流—直流—交流早期的电力牵引的轨道车辆采用直流电动机（如北京地铁一号线）。

直流电动机存在体积大、结构复杂、工作可靠性差、制造成本高、维修麻烦的缺点。

随着交流电机控制理论和大功率电力电子元器件制造技术的发展，采用交流电机牵引的交流传动技术迅速崛起，使轨道车辆电力牵引技术上了一个新台阶。

交流—直流—交流供电系统运用于干线铁路。

我国城市内的地铁、轻轨网络多采用直流牵引制式，城市轨道交通采用直流供电制式是因为城市轨道交通运输的列车功率并不是很大，其供电半径（范围）也不大，因此供电电压不需要太高，还由于直流制比交流制的电压损失小（同样电压等级下），因为没有电抗压降。

另外由于城市内的轨道交通，供电线路都处在城市建筑群之间，供电电压不宜太高，以确保安全。

基于以上原因，世界各国城市轨道交通的供电电压都在直流550～1500V之间。

我国国家标准也规定为750 V和1500V。

以北京和天津为代表的北方地区采用DC 750V供电电压制式，允许电压波动范围为DC 500V～DC 900V，第三轨受流；以上海和广州为代表的南方地区采用DC 1500V供电电压制式，允许电压波动范围为DC 1000V～DC 1800V，架空接触网受电弓受流。

直线电机牵引传动系统
直线电机可认为是旋转电机的结构的转变，即将旋转电机沿轴向切开，按水平方向展开，从而使旋转电机的定子演变为初级，转子演变为次级，以直线运动取代旋转运动。

由于直线电机无旋转部件，因此可大大降低城轨车辆的高度，缩小隧道直径，降低工程成本。

直线电机环保性能好，车辆运行噪声小。

直线电机在城轨道车辆上应用时，初级既可设在车上，也可设在地面，这两种形式分别称为车载初级式和地面初级式。

目前，城轨车辆多采用车载初级式异步的方式，初级安装在动车的转向架上，从受电轨受电，电源的变换和控制设备安装在车上；次级是沿线路敷设的两根走行钢轨之间的导体板，建设费用低。

广州地铁4号线车辆和北京机场线地铁车辆均采用直线电机牵引传动系统，该系统采用一台VVVF逆变器向两台三项八极的直线感应电机供电，采用绝缘栅双极晶体管（insulated-gate bipolar transistor，IGBT）器件和脉冲调制技术的牵引逆变器，实现牵引、再生制动控制。

地铁直线电机工作原理地铁直线电机是一种应用于地铁系统的关键部件，其工作原理是基于电磁感应和磁力作用的原理。

地铁直线电机通过电流和磁场的相互作用来实现动力传递，从而驱动地铁车辆运行。

地铁直线电机的工作原理可以简单地理解为：当电流通过电磁绕组时，产生的磁场与永磁体的磁场相互作用，产生电磁力。

这个电磁力驱动地铁车辆沿轨道线性移动。

地铁直线电机采用了永磁体和电磁绕组之间的相互作用，使车辆在轨道上进行平稳高效的运行。

具体来说，地铁直线电机由电源、电磁绕组和永磁体组成。

电源提供电流，通过电磁绕组产生磁场。

而永磁体则提供一个恒定的磁场。

当电流通过电磁绕组时，产生的磁场与永磁体的磁场相互作用，产生一个力，使车辆沿轨道线性运动。

地铁直线电机的工作原理可以通过以下步骤来解释：1. 电源提供电流：地铁直线电机通过电源提供所需的电流。

这个电流可以是直流电流或交流电流，具体取决于地铁系统的设计和要求。

2. 电流通过电磁绕组：电流通过电磁绕组，形成一个磁场。

这个磁场的大小和方向取决于电流的大小和方向。

3. 磁场与永磁体相互作用：电磁绕组产生的磁场与永磁体的磁场相互作用。

根据洛伦兹力定律，当两个磁场相互作用时，会产生一个力。

这个力的大小和方向取决于磁场的强度和方向。

4. 产生电磁力：磁场与永磁体相互作用产生的力称为电磁力。

这个电磁力会驱动地铁车辆沿轨道线性移动。

地铁直线电机的工作原理基于电磁感应和磁力作用的原理。

通过电流和磁场的相互作用，地铁直线电机能够提供足够的动力，使地铁车辆在轨道上平稳高效地运行。

地铁直线电机的应用不仅提高了地铁系统的运行效率，还减少了对环境的影响，是现代城市交通系统中不可或缺的一部分。

城市轨道交通制式分类及适用性探讨摘要：多制式轨道交通的协调发展是我国未来城市轨道交通发展的一个重要方向。

因此，本文将对各种制式进行精确地划分，并根据城市的发展情况对各种制式的轨道交通进行合理、科学地选择，以达到多制式轨道交通协同发展的目的。

关键词：城市轨道交通；制式分类；适用性城市轨道交通的现有制式和既有制式的分类存在一定的差异性，现有制式的分类较既有相比有了很大的创新与变化，所以在选择具体的轨道交通制式时应当根据城市的实际地理环境以及公交交通现状等多个方面予以综合考量，然后再进行科学的选择，使轨道交通制式能够与城市的发展相契合。

1.新型城市轨道交通制式分类1.1直线电机轨道交通（1）磁浮铁路磁浮铁路使用的是直线电机牵引、电磁导向、电磁悬浮或电力悬浮技术，从而让列车能够在轨道上实现非接触式地移动，现在它的主要类型有两种，一种是超高速磁浮，另一种是中低速磁浮交通。

目前，我国的超高速磁悬浮车辆普遍使用的是长定子线式同步电动机，其适用于长距离、城市间的轨道交通中。

中、低速的磁悬浮主要用短定子直线感应电机进行牵引，所以一般多用于城轨、机场等交通领域中。

电磁悬浮是利用车体上安装的电磁铁与铁轨（或电磁铁）之间的相互吸引实现的，垂直电磁力受钢轨不平顺的作用，需要通过对空气间隙及悬浮力进行调节。

电力悬浮是指在车体上安装了电磁铁，在轨道上设置了悬浮感应线圈，凭借着感应磁场和车上电磁铁同性相斥原理，产生了一种悬浮力。

在车辆的速度达到120-150 km/h之后，车辆才能获得充足的悬浮力，在低速范围中需要车轮支撑，无须采用复杂的空气间隙主动调节可实现自动悬浮。

（2）直线电机单轨交通东北单轨道由直线感应电机带动，由胶轮和横向引导轮组成。

东北是一个寒冷的地方，而且所有的单轨基本都是高架的，在冬季，铁轨上的积雪很多，轮胎很容易打滑，但是，直线发动机的驱动却不会受到这种情况的影响。

（3）直线电机气浮轨道交通直线电机气浮轨道交通使用直线电机驱动，气垫支撑，引导轮引导。

新型城市轨道交通主讲刘景军2010年3月上海工程技术大学城市轨道交通学院新型城市轨道交通第五讲直线电机轨道交通1、直线电机的发展历史2、直线电机的基本原理3、直线电机轨道交通的特点4、直线电机轨道交通的应用情况直线电机的由来o一般电动机工作时都是转动的．但是用旋转的电机驱动的交通工具（比如电动机车和城市中的电车等）需要做直线运动，用旋转的电机驱动的机器的一些部件也要做直线运动，这就需要增加把旋转运动变为直线运动的一套装置，能不能直接运用直线运动的电机来驱动，从而省去这套装置，人们就提出了这个问题，现在已制成了直线运动的电动机，即直线电机。

概述o直线电机结构可以根据需要制成扁平型、圆筒型或盘型等各种型式。

它与其他非直线电机驱动的装置相比，具有以下优点：Ø采用直线电机驱动的传动装置，不需要任何转换装置而直接产生推力。

它可以省去中间转换机构，简化了整个装置或系统，而且运行可靠、效率提高、易于维护、降低成本。

Ø普通旋转电机由于受离心力的作用，其圆周速度受到限制，而直线电机运行时，它的直线速度可以不受限制。

Ø直线电机是通过电能直接产生电磁推力的，其运动可以无机械接触，大大减小了机械损耗。

Ø旋转电机通过钢绳、齿条、传动带等转换机构转换成直线运动，噪声是不可避免的，而直线电机是靠电磁力驱动装置运行的，噪声很小或无噪声。

Ø直线电机结构简单，初级铁心在嵌线后可用环氧树脂等密封成整体，可在潮湿、腐蚀或有害和高低温环境中使用。

Ø直线电机散热效果好，特别是常用的扁平型短初级直线电机，初级的铁心和绕组端部，直接暴露在空气中，同时次级很长，热量容易散发，热负荷可取较高值，不需要附加冷却装置。

o直线电机主要有两方面不足：Ø与同容量旋转电机相比，直线电机的效率和功率要素要低，尤其是在低速时比较明显。

主要原因：一是直线电机初、次级气隙一般比旋转电机的气隙要大，因此所需的磁化电流较大，使损耗增加；二是由于直线电机初级铁心两端开断，产生了所谓的边端效应，从而引起波形畸变等问题，也导致损耗增加，但从整个系统来看，直线电机省去中间传动装置，系统的效率有时还会比旋转电机的系统高。

直线电机控制技术在轨道交通中的应用研究摘要：轨道交通作为一种高效、环保的交通工具在现代都市中扮演着重要角色。

为了提高轨道交通的运行效率和乘客的出行体验，直线电机控制技术得到了广泛的应用研究。

本文将重点探讨直线电机控制技术在轨道交通中的应用，并分析其优势和挑战。

引言随着城市化进程的加速和人口密集度的增加，现代都市对于高效、快速、环保的交通需求日益增长。

轨道交通作为一种低能耗、大运量的交通方式，具有不可替代的优势。

然而，要实现轨道交通的高速、高效运行，需要借助先进的控制技术。

直线电机控制技术作为一种先进且灵活的控制方式，在轨道交通中取得了广泛的应用。

本文将阐述直线电机控制技术在轨道交通中的应用研究，并探讨其优势和挑战。

一、直线电机控制技术的基本原理直线电机是一种将电能转换为机械能的设备，与传统的旋转电机相比，直线电机可以直接将运动转换为直线运动。

其基本原理是利用电磁力作用于导体中的电流，在磁场中产生直线运动。

直线电机控制技术通过改变电流和磁场强度来实现对电机速度和位置的精确控制。

二、直线电机控制技术在轨道交通中的应用1.列车牵引系统直线电机控制技术在轨道交通中的主要应用之一就是列车牵引系统。

传统的列车牵引系统多采用传动装置将旋转电机的动力传输给车轮。

然而，由于传动装置的损耗和振动会影响列车行驶的平稳性和效率。

直线电机控制技术的应用可以直接将动力传输给导轨，避免了传动装置的能量损失，提高了列车的牵引能力和运行效率。

2.导引系统导引系统在轨道交通中起到引导列车运行的作用。

直线电机控制技术可以应用于导引系统中的导向和导轨操控。

通过精确控制导向的电流和磁场强度，可以实现列车的精确导引，提高运行的稳定性和安全性。

3.制动系统直线电机控制技术在轨道交通中的另一个重要应用是制动系统。

传统的制动系统多采用摩擦制动或电阻制动。

这种制动方式会产生大量的热量，对环境和列车构成一定的威胁。

而直线电机控制技术可以通过改变电流和磁场强度来实现电磁制动，减少能量损耗和环境污染。

直线电机在轨道交通中的应用与关键技术综述摘要：轨道交通目前已经成为改善城市交通拥堵的有效方式，在大规模建设和发展的同时，也涌现出很多新的技术问题。

作为轨道交通中重要组成部分，直线电机的应用结构较为复杂，实际运行中容易受到诸多因素影响和干扰，进而威胁到轨道交通的安全运行。

因此，本文重点探究轨道交通中直线电机的应用原理，并分析其中的关键技术，积累经验进一步推动直线电机的实践应用。

关键词：轨道交通；直线电机轮轨；直线电机；交通安全城市化进程加快带动了交通事业发展，作为交通事业发展的重要组成部分，轨道交通凭借其快速、安全、稳定的优势特点，受到了人们的青睐和支持。

在轨道交通中，其中集合了诸多复杂、先进的技术，为了保证轨道交通列车安全行驶，应进一步加强核心技术的管控力度。

由于轨道交通列车运行速度提升和运行安全的要求不断提升，因此要求轨道交通车辆具备更强的爬坡能力和全天候运行能力。

由于直线电机结构简单，呈现非黏着驱动的优势特点，更适合磁悬浮列车的发展需要，有助于进一步增强列车的爬坡和转弯能力。

因此，1轨道交通车辆中直线感应电机的应用直线感应电机多呈现为单边型，铝板和钢板构成了结构的复合次级。

初级置于车上或沿轨道铺设，具体划分为长初级以及短初级两种。

1.1短初级直线感应电机对于轨道交通车辆而言，选择短初级直线感应电机，具有鲜明的特点：①初级在车辆上，其供电原理为受流靴经过接触网供电；②刺激属于复合型，结构简单，直接敷设在轨道上，总体造价不高；③接触轨供电方式一定程度上限制轨道交通车辆运行速度。

1.1.1直线电机轮轨车辆直线电机轮轨车辆行驶中，在转向架上设置初级悬挂，配备两台电机，一台逆变器供电，有别于旋转电机配合齿轮箱传动形式，优势更为突出[1]。

传递牵引力，可以规避钢轨和车轮黏着因素不良影响，提升车辆整体运行性能，具体表现在爬坡性能和转弯性能；精简轴箱定位结构，基于柔性定位方式赋予轨道交通车辆灵活的线路规划能力；直线电机不需要齿轮箱传动装置支持，因此结构约束适当的宽松，隧道断面是以往轨道车辆60%左右，土建工程造价可以大幅度下降。