[科普中国]-磁浮牵引系统

磁浮牵引系统是指高速磁浮交通列车通过采用“交-直-交”变流技术，从而实现磁浮直线电机的牵引动力控制的系统。1磁浮列车按照牵引的动力源（直线电动机）定子的长短相应可分为短定子直线电动机驱动的磁浮列车和长定子直线电动机驱动的磁浮列车。

简介列车从零速启动时，变流器须很短的时间输出很大的低压电流，使得直线电机通过交变磁场，产生列车所需的牵引力，并实时根据牵引控制系统列车速度变化曲线，通过PWM脉宽调制，提供相应的变压、变流、变频的电源，实现列车速度与位置的精确控制。1

牵引计算列车牵引计算是一门铁路应用科学。它以力学为基础，以科学实验和先进操纵经验为依据，研究作用在列车上的力以及这些力和列车运动的关系，进而研究与列车运动有关的一系列实际问题，如：机车牵引质量、列车运行速度和运行时间、列车制动能力以及能耗等2。牵引计算结果直接影响铁路运输能力、运行安全性和经济性的规划与确定，与铁路各大职能部门都有着密切关系。

按一般的惯例，牵引计算工作仅仅是在线路方案稳定后所作的列车运行模拟计算，从而得出列车在各个区间内运行时间、速度、能耗等。但随着城市轨道交通项目综合技术要求的不断提高，如何从最经济合理的角度确定设计模型，以最小的投入得到最大的回报，这就存在各专业之间相互制约的一系列复杂关系，而牵引计算工作在这中间所起的作用，就是从经济运行的角度，找出最合理的技术参数，从而指导线路、车辆、信号、供电等专业的设计工作。

早期的牵引计算采用手工方式，利用分析法和图解法进行列车牵引计算。由于过程烦琐、精度低、工作量大，已经逐步被各种牵引计算软件所取代。

早在20世纪60年代，美国铁路就开发了TPC（TrainPerformancecalculator）计算包，它是一个列车牵引计算的通用计算器，可以根据线路平纵断面和编组计算分析列车运行时分，评价机车牵引性能以及各因素变化后产生的效果。通过加载该计算包，又出现了许多辅助模拟系统，如RailSim、RailPlna、OnTraek、Rai1TraffiController等3。

日本的UTRAS系统是日本交通控制实验室在上世纪80年代开始研制的具有通用意义的铁路牵引计算和模拟系统。该系统根据对新干线的交通控制系统的研究，实现了列车牵引计算、列车模型对运营的影响分析、延误恢复及分析、不同通信信号制式的影响分析、多列车运行能力及效果评价等功能。自20世纪80年代起，济南、呼和浩特等铁路局、各铁道设计院，以及各高校都先后编制了在列车操纵模拟装置中使用的牵引计算程序。这些早期牵引计算软件多采用BASIC、FORTRAN等计算机语言编制，可以在286-486计算机的DOS操作系统下应用。这时的牵引计算软件水平仅相当于发达国家60年代水平。由于技术条件限制，此时的计算软件存在较多问题：

（1）计算精度不高，计算结果的速度曲线呈折线状，与列车实际运行时连续渐变的速度曲线不符。

（2）缺乏良好的用户界面，受软件系统环境限制，无法实时显示模拟曲线。

（3）软件功能简单，无法支持新增车型参数，且更该线路信息时，需要繁杂的线路纵断面化简等人工操作过程，不仅工作量大而且容易出现错误。

（4）结果输出功能差，无法绘制相关图表。1998年《列车牵引计算规程》（TB/T1407-1998）颁布实施，由西南交大、铁道部设计研究院分别研制完成第二代牵引计算软件，较好的解决了早期牵引计算软件存在的问题，并已通过相关论证，已经在轨道交通运营单位广泛使用。

存在的问题直线感应电机特性计算方面由于直线感应电机磁场分布复杂，通过解析的方法不能得到准确的电磁力，必须借助有限元数值计算方法。但是传统二维有限元计算不能考虑电机横向有限宽度的影响；而三维计算建模复杂且计算过程非常费时，一般计算机不能承担。因此，有必要探讨新的数值计算方法。

磁浮列车牵引计算方面国内的牵引计算研究主要集中在铁路运输方面，其车辆数据与计算方法适用于轮轨类车辆。而磁浮列车与传统轮轨车辆牵引技术存在很大的区别，现有的计算软件无法为磁浮列车进行牵引计算。针对磁浮列车牵引计算的理论研究虽然取得了一些成果，但仍需进一步研究，而磁浮列车适用的牵引计算软件仍为空白，成为亟待解决的问题。4

本词条内容贡献者为:

尹维龙 - 副教授 - 哈尔滨工业大学