城市的迅速发展,交通的便利性成为城市发展过程中愈来愈重要的部分,城市的轨道交通在交通中又占据着突出的位置。科学技术的发展和进步让包括地铁、轻轨、单轨以及磁悬浮在内的交通系统的形式变的多种多样。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。
在使用旋转式电机的电动车中,一般是通过齿轮减速将旋转力矩转换为列车的牵引力,同时也受到轮轨间粘着的限制。
直线电机电动车的推进力和制动力都利用直线电机,如上所述,有1次侧在车上和地上2种。1次侧在车上时,要将VVVF逆变器和直线电机装载在车上,使车辆重量增加,车辆价格高;但在地面上的设备仅只有反作用板,又降低了建设费用。1次侧在车上的方式已在一部分地铁得到了实际应用。
在直线电机的电动车中,推进力由铺设在钢轨间的反作用板直接传递,所以不受粘着的限制,有可能从滑行和空转产生的各种问题中解脱出来,有利于通过大坡道(最大坡度可达60‰~80‰)和小半径曲线(最小半径为50 m)的线路。此外,由于直线电机无转动部件,所以不需要轴承和润滑机构,使之结构简单,延长寿命,这是其最大的特点。
在旋转电动机中,旋转力矩与其直径的平方成正比,所以要得到大的旋转力矩,电动机的直径就要增大,在直线电机中,这相当于将相应的部分在长度方向延长,而高度方向可以减小。在大型电机中,如果是1级齿轮减速,车轮直径也必须加大;而在直线电机驱动中,则不必如此,所以,可以减小车轮的直径,这将使车辆的地板面的高度降低。
以上的优点就是小断面地铁采用直线电机电动车的理由。
但是,直线电机的效率低,与相同的地铁比,电力的消耗量多,除这个缺点外,上述的优点也有不能充分发挥的时候。因为不受粘着限制,所以在牵引时,线路的坡度可以取大;但是,在制动时,如果电气制动失效,就必须依赖于机械制动,这受粘着控制,所以,线路的坡度又不能太大。此外,由于直线电机是扁平状的设备,车辆地板面的高度可以降低,这时车轮的直径也可以减小。但直径小的车轮磨耗会加快,所以实际上不能太小。由于扁平状直线电机的长度可以加长,所以,一台转向架装一台电机即可,这就是现在的直线电机地铁为全动车编组的理由之一。
直线电机地铁虽然有不少优点,如建设成本低、通过大坡道能力强、转弯曲线半径小、维修少、运行平稳等,并已经在一些城市得到运用,但其载客量少,所以,目前只能作为现有地铁的补充。常导磁悬浮交通系统与现行的铁道相比是全新的交通系统,其所具有的优点将会使之在城市轨道交通系统中占有一席之地。随着科学技术的进步,直线电机以及它在地铁与其他方面的应用都会有良好的发展前景。