磁悬浮列车上升需要多少电？
事实上，在上世纪五六十年代，铁路曾被视为夕阳运输行业。因为来自航空、公路等交通对手的强大挑战，其蜗牛般的爬行速度已经越来越不适应现代工业社会物流、人流的快速流动。然而，自20世纪70年代以来，特别是近年来，随着高速铁路成为世界关注的焦点，铁路在各国的运输格局中重新获得了举足轻重的地位。法国、日本、俄罗斯、美国等国家的火车时速从200公里迅速发展到300公里。据1995年召开的国际铁路大会预测，到本世纪末，德国、日本、法国等国的高速铁路运营时速将达到360公里。
然而，为了让火车保持如此高的速度运行，传统的由车轮和铁轨组成的系统是无能为力的。这是因为传统的轮轨粘着铁路是利用车轮与钢轨之间的粘着来使列车前进的。其附着系数随列车速度的提高而降低，但其运行阻力随列车速度的提高而增大。当速度增加到附着系数曲线和行驶阻力曲线的交点时，达到极限。据研究人员计算，普通轮轨列车最高时速约为350-400公里。如果考虑到噪音、振动、轮轨磨损等因素，实际速度无法达到最大速度。所以欧洲和日本运行的高速列车在速度上的潜力不大。要进一步提高速度，就必须求助于一项新技术，这就是一种非常规的列车——磁悬浮列车。
虽然我们仍然称磁悬浮列车的轨道为“铁路”，但这两个词不够恰当。以铁路轨道为例。事实上，它已经不存在了。只剩下一条轨道，也不能称之为“轨道”，因为车轮没有碾过它。事实上，磁悬浮列车甚至没有轮子。这辆运行在“铁路”上的超级列车，没有传统意义上的牵引机车。它奔跑时不触地，而是在距离赛道10 cm的高度“飞行”。磁悬浮列车是一种高速磁悬浮列车系统，具有无接触电磁悬浮、导向和驱动系统。其时速可达500多公里，是当今世界上最快的地面客运。具有速度快、爬坡能力强、能耗低、运行时噪音小、安全舒适、不耗油、污染小等优点。并且采用高架方式，占用耕地少。磁悬浮列车是指利用磁力的基本原理，将这些列车悬浮在导轨上，取代老式的钢轮和轨道列车。磁悬浮技术利用电磁力提升整个火车车厢，摆脱恼人的摩擦和令人不快的铿锵声，实现不接触地面和燃料的快速“飞行”。
物理知识告诉我们，两块磁铁靠近同极时互相排斥，靠近异极时互相吸引。支撑磁悬浮列车的看似神秘的悬浮力，其实就是这两种引力和斥力。
按照准确的定义，磁悬浮列车实际上是将列车悬浮在空中，通过电磁引力或电斥力进行导向，从而实现列车与地面轨道无机械接触，再由直线电机驱动列车运行。磁悬浮列车虽然仍属于陆地轨道交通系统，保留了轨道、道岔、车辆转向架、悬挂系统等许多传统机车和车辆的特点，但由于牵引运行时列车与轨道之间没有机械接触，从根本上克服了传统列车的轮轨粘着、机械噪声、磨耗等问题，因此有可能成为人们梦寐以求的理想陆地交通工具。
根据引力和斥力的基本原理，世界上磁悬浮列车有两个发展方向。一种是常规的磁吸力悬浮系统——EMS系统，以德国为代表。利用常规电磁铁吸引一般含铁物质的基本原理，把列车吸上去悬浮，悬浮的气隙比较小，一般在10 mm左右..正常导向的高速磁浮列车时速可达400-500公里，适用于城市间长距离快速交通。另一种是以日本EDS系统为代表的专属悬浮系统，利用超导磁悬浮原理，在车轮和钢轨之间产生排斥力，使列车悬浮运行。这种磁悬浮列车的悬浮气隙比较大，一般在100mm左右，时速可以达到500公里以上。这两种技术哪个更好还没有定论，但是我们希望的是我们国家自己的磁悬浮列车能够在国际上站得住脚。
磁悬浮列车是自大约200年前斯蒂芬森的“火箭”蒸汽机车问世以来，铁路技术最根本的突破。磁悬浮列车在今天看来是一个新生事物，但其理论准备却由来已久。磁悬浮技术的研究起源于德国。早在1922年，德国工程师赫尔曼·强索就提出了电磁悬浮的原理，并在1934年申请了磁悬浮列车的专利。20世纪70年代以后，随着世界工业化国家经济实力的不断增强，德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等发达国家开始计划发展磁悬浮运输系统，以提高其运输能力，满足其经济发展的需要。然而，美国和前苏联分别在20世纪70年代和80年代放弃了这一研究项目。目前只有德国和日本在继续研究磁悬浮系统，并且都取得了显著的进展。下面简要介绍世界主要国家磁悬浮铁路的研究情况。
日本在1962开始研究恒导磁悬浮铁路。此后，由于超导技术的飞速发展，从70年代初开始研究超导磁悬浮铁路，1972年首次成功进行了2.2吨超导磁悬浮列车的实验，其时速达到了50公里。从1977到65438+2月，宫崎磁浮铁路试验线上最高时速达到204公里，1979到65438+2月进一步提高到517公里。1982，11年6月，磁悬浮列车载人试验成功。1995年，试验期间载人磁浮列车最高时速达到411 km。为了研究在东京和大阪之间修建磁悬浮铁路的可行性，山梨磁悬浮铁路试验线于1990开工，试验线一期工程18.4 km于1996竣工。
德国对磁悬浮铁路的研究始于1968(当时的联邦德国)。在研究之初，常导和超导是并重的。到1977，分别研制出恒导磁铁引力和超导电磁铁斥力的试验车，试验时最高速度达到400公里/小时。后来经过分析比较，认为超导磁悬浮铁路所需的技术水平太高，短时间内不可能有大的进步，所以决定以后只集中力量发展正常导向的磁悬浮铁路。1978决定在阿姆斯兰建设一条全长31.5 km的试验线，1980开工建设，1982开始无人驾驶试验。列车最高试验时速在1983年底达到300公里，在1984进一步提高到400公里。目前，德国在磁悬浮铁路研究方面的技术已经成熟。
与日本、德国相比，英国磁悬浮铁路的研究起步较晚，从1973开始。然而，英国是最早将磁悬浮铁路投入商业运营的国家之一。4月，1984，伯明翰机场和Intertenar站之间一条600米长的磁悬浮铁路正式通车。乘客乘坐磁悬浮列车从伯明翰机场到Interna Xiongnar火车站只需90秒。遗憾的是，在1995年，这辆曾经是世界上唯一的商业列车，在运行了11年后，被宣布关闭，其运送乘客的任务被机场班车所取代。
磁悬浮列车主要由悬浮系统、推进系统和导向系统组成。虽然可以使用不依赖磁力的推进系统，但是在目前的大部分设计中，这三个部分的功能都是靠磁力来完成的。
悬浮系统:目前悬浮系统的设计可以分为两个方向，即德国采用的常导型和日本采用的超导型。悬浮技术方面，是电磁悬浮系统(EMS)和电悬浮系统(EDS)。
电磁悬浮系统(EMS)是一种引力悬浮系统，是由结合在机车上的电磁铁和导轨上的铁磁轨道之间的相互吸引而产生的。正常导向的磁浮列车工作时，首先调整车辆下部悬浮和导向电磁铁的电磁吸力，通过与地面轨道两侧绕组的磁反应使列车悬浮。在车辆下部的导向电磁铁和轨道磁铁的作用下，车轮和轨道保持一定的横向距离，实现车轮和轨道在水平和垂直方向的无接触支撑和无接触导向。车辆与运行轨道的悬挂间隙为10 mm，由一套高精度的电子调节系统保证。此外，由于悬浮和导向实际上与列车的运行速度无关，因此列车即使在停止的情况下也仍然可以进入悬浮状态。
电悬浮系统(EDS)使用移动机车上的磁铁在导轨上产生电流。随着机车与导轨之间的间隙减小，电磁斥力会增大，从而为机车提供稳定的支撑和导向。但是，机车必须配备类似轮子的装置，以便在“起飞”和“着陆”期间有效地支撑机车，因为当机车速度低于大约25英里/小时时，EDS不能保证悬浮。EDS系统在低温超导技术下有了很大的发展。
超导磁悬浮列车最重要的特点是其超导元件在相当低的温度下具有完全的导电性和抗磁性。超导磁体由超导材料制成的超导线圈组成。它不仅具有零电流电阻，还能传导普通电线无法比拟的强大电流。这一特性使得制作体积小、功率大的电磁铁成为可能。
超导磁悬浮列车的车辆装有车载超导磁体，构成感应电力集成装置，而列车的驱动绕组和悬浮导向绕组安装在地面导轨的两侧。车辆上的感应功率集成装置由功率集成绕组、感应功率集成超导磁体和悬浮导向超导磁体组成。当向轨道两侧的驱动绕组提供与车速和频率一致的三相交流电时，就会产生运动的电磁场，从而在列车导轨上产生电磁波。此时火车上的车载超导磁体会受到一个与运动磁场同步的推力，而正是这个推力推动着火车前进。它的原理就像冲浪一样。冲浪者站在浪尖，被海浪推着前进。超导磁悬浮列车和冲浪者面临的问题一样，都要处理如何在运动电磁波的峰值精确控制运动的问题。因此，在地面导轨上安装检测车辆位置的高精度仪器，根据检测器传来的信息调整三相交流电的供给方式，从而精确控制电磁波波形，使列车运行良好。
推进系统:磁悬浮列车由同步直线电机原理驱动。支撑在车辆下部的电磁铁线圈的作用相当于同步直线电机的励磁线圈，地面轨道内侧的三相移动磁场驱动绕组的作用相当于电枢，相当于同步直线电机的长定子绕组。从电机的工作原理可知，当作为定子的电枢线圈通电时，由于电磁感应，带动电机的转子旋转。同样，当沿线布置的变电站向轨道内部的驱动绕组提供三相调频调幅电源时，由于电磁感应，轴承系统与列车一起被推动做类似电机“转子”的直线运动。因此，在悬浮状态下，列车完全可以实现非接触式牵引和制动。
一般来说，在位于轨道两侧的线圈中流动的交流电可以将线圈变成电磁铁。由于它与列车上的超导电磁铁相互作用，列车启动。火车前进是因为车头的电磁铁(N极)被稍早安装在轨道上的电磁铁(S极)吸引，同时又被稍晚安装在轨道上的电磁铁(N极)排斥。当火车向前行驶时，线圈中电流的方向就会反转。结果是原来的S极线圈现在变成了N极线圈，反之亦然。这样，由于电磁极性的转换，列车可以继续向前运行。根据车速，电能转换器调节线圈中流动的交流电的频率和电压。
推进系统可以分为两种类型。“长定子”推进系统采用缠绕在导轨上的直线电机作为高速磁浮列车的动力部分。因为导轨成本高，所以很贵。“短定子”推进系统使用缠绕在被动轨道上的线性感应电机(LIM)。虽然短定子系统降低了导轨的成本，但LIM太重，无法降低列出的有效载荷能力，导致比长定子系统更高的运行成本和更低的潜在收入。采用非磁能系统还会导致机车重量增加，降低运行效率。
导向系统:导向系统是一个测向力，保证被悬挂的机车能够沿着导轨移动。必要的推力类似于悬浮力，也可以分为引力和斥力。机车地板上的同一个电磁铁可以同时为导向系统和悬挂系统供电，也可以使用独立的导向系统电磁铁。
作为目前最快的地面交通工具，磁悬浮列车技术确实具有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速的主要障碍，发展前景广阔。第一条轮轨铁路出现在1825。经过140年的努力，它的运行速度才超过200 km/h，从200 km/h到300 km/h用了近30年的时间，虽然技术还在进步和发展，进一步提速的空间不大，但难度很大。还需要注意的是，轮轨铁路的速度很高。时速300公里高速铁路造价比时速200公里准高速铁路高近一倍，比时速120公里普通铁路高3到8倍。如果速度继续提高，其成本将大幅上升。相比之下，世界上第一辆微型磁悬浮列车出现在1969年的德国，日本在1972年制造出来。但就在十年后的1979年，磁浮列车技术创造了517 km/h的速度纪录，目前技术已经成熟，可以进入500 km/h实际运营的建设阶段。
第二，磁悬浮列车速度高，普通磁悬浮达到400-500 km/h，超导磁悬浮达到500-600 km/h，对于客运来说，提高速度的主要目的是缩短乘客的旅行时间，所以对运行速度的要求与旅行距离的长短密切相关。各种交通工具根据自身的速度、安全、舒适、经济等特点，在不同的出行距离中发挥着关键作用。专家对各种交通工具的总旅行时间和旅行距离的分析表明，考虑总旅行时间，当旅行距离小于700 km时，300 km/h高速轮轨优于飞机。而500 km/h的高速磁浮将行驶1500 km以上。
第三，磁悬浮列车的能耗低。根据日本研究和实际测试的结果，在同样的500 km/h速度下，磁悬浮列车每座公里能耗仅为飞机的1/3。根据德国的实验，当TR磁浮列车时速达到400公里时，其每座公里能耗与时速300公里的高速轮轨列车相同。当磁悬浮列车的速度也降至300公里/小时时，其每座公里能耗比轮轨铁路低33%。
尽管磁悬浮列车技术有上述许多优点，但仍有一些缺点:
1.由于磁悬浮系统是靠电磁力来完成悬浮、导向和驱动的功能，所以停电后磁悬浮的安全保障措施，尤其是停电后列车的制动问题，仍然是需要解决的问题。它的高速稳定性和可靠性需要长时间的测试。
2.常导磁悬浮技术悬浮高度低，因此对线路平整度、路基沉降、道岔结构的要求比超导技术高。
3.超导磁悬浮技术由于涡流效应比常规磁悬浮技术更耗能，其冷却系统笨重。强磁场对人体和环境有影响。