上海交大深度参与首套高温超导电动悬浮试验系统研发
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近日，由中车长春轨道客车股份有限公司（中车长客）研制的国内首套高温超导电动悬浮全要素试验系统完成首次悬浮运行。本次悬浮运行试验的成功，标志着我国在高温超导电动悬浮领域实现重要技术突破，为推动超导电动磁浮交通系统工程化应用奠定了坚实基础。上海交通大学电子信息与电气工程学院金之俭教授领衔的应用高温超导研究团队深度参与该悬浮试验系统的研发。
此次的高温超导电动悬浮系统具有高速、安全、绿色、智能、舒适及环境适应性强等优势，适用于高速、超高速和低真空管道等运用场景。
电动悬浮系统中的车辆能够浮起来，依靠的是车辆行驶达到一定速度时在地面线圈中感生的电流与车载磁体的作用力，所以叫做电动悬浮。这种悬浮制式的磁浮列车，悬浮力随车辆的位置自动变化，具有“自稳定”的特性，再加上这种列车与轨道之间的间隙很大，可以达到50-100 mm，适用于高速运行。目前保持着603km/h全尺寸载人轨道交通车辆时速世界记录的，正是基于这种悬浮制式的日本中央新干线L0系列磁浮列车。
▲ 等效电路模型和计算得到的线圈瞬时悬浮力分布
▲ 车轨耦合悬浮系统模型，线圈瞬时悬浮力分布以及悬浮系统的时间、空间标度率特征
电动磁浮列车系统的关键，就是磁动势可以达到几百千安匝的车载高温超导磁体。上海交大青年教师吴蔚副教授基于高温超导无源闭环线圈等关键技术，联合中车长客开发了“可全断电动态运行的车载高温超导磁体”。该磁体为本试验系统提供了高性能的悬浮、导向和驱动磁场源。为了配合车载超导磁体产生悬浮力和导向力，需要对地面线圈、起浮速度等问题进行准确分析，上海交大青年教师李小汾副教授开发了三维快速建模方法，通过对车轨线圈耦合系统的精确建模，成功实现了本项目的悬浮力匹配设计。
▲ 交大吴蔚副教授代表项目团队就该系统科学原理与部分关键技术接受央视新闻频道采访。（图源：央视新闻）
在系统研制的过程中，联合工作团队克服了磁体系统状态误判、线路断电、励磁失效、意外失超等多种困难，在世界上继日本山梨测试线之后，第二次实现了基于车载高温超导磁体的电动悬浮运行，也是第一次全高温超导的电动悬浮运行。
与其它超导电动悬浮系统相比，本系统全部车载高温超导磁体在车辆运行时是工作在全断电运行状态下，且经过专家组现场测试，可以维持1小时以上。全断电车载运行的概念由韩国铁道研究院在2018年12月首次提出，而在世界上真正第一次实现全断电状态下的车载运行是在本试验系统中。这一重要突破，极大地提高了悬浮列车在突发故障状况下的安全性和可靠性。
▲ 我国自主研制时速可达600km/h的高温超导电动悬浮交通系统实现首次悬浮运行。（图源：中车长春轨道客车股份有限公司）
超导电动磁浮交通系统由车辆、轨道、牵引供电、运行通信等系统构成，是未来我国构建超大城市之间、发达经济圈之间快速运输通道的重要选择，可为优化国土空间布局，推进区域协调发展和我国综合立体交通网建设提供重要支撑。
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