磁懸浮實驗報告

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1、沖尸乂唆實驗報告專業：姓名：. 學號： 日期：.地點：課程名稱: 工程電子場與電磁波 指導老師: 成績:實驗名稱：磁懸浮實驗類型： 動手操作及仿真 同組學生姓名:、實驗目的和要求（必填）、實驗內容和原理（必填）三、主要儀器設備（必填） 五、實驗數據記錄和處理 七、討論、心得四、操作方法和實驗步驟 六、實驗結果與分析（必填）一、實驗目的和要求1、觀察自穩定的磁懸浮物理現象；2、了解磁懸浮的作用機理及其理論分析的基礎知識；3、在理論分析與實驗研究相結合的基礎上，力求深化對磁場能量、電感參數和電磁力等知識點的理 解。二、實驗內容1、觀察自穩定的磁懸浮物理現象2、實測對應于不同懸浮高度的盤狀線圈的激磁

2、電流3、觀察不同厚度的鋁板對自穩定磁懸浮狀態的影響實驗原理A鋁板220V盤狀線圈截西團畑）艇懸浮系統示意圖圖施懸浮裝直盤伏線圏11N匝1、自穩定的磁懸浮物理現象由盤狀載流線圈和鋁板相組合構成磁懸浮系統的實驗裝置，如圖2-6 所示。該系統中可調節的扁 平盤狀線圈的激磁電流由自耦變壓器提供，從而在50 Hz 正弦交變磁場作用下，鋁質導板中將產生感 應渦流，渦流所產生的去磁效應，即表征為盤狀載流線圈自穩定的磁懸浮現象。2、基于虛位移法的磁懸浮機理的分析在自穩定磁懸浮現象的理想化分析的前提下，根據電磁場理論可知，鋁質導板應被看作為完純導 體，但事實上當激磁頻率為50 Hz時，鋁質導板僅近似地滿足這一要

3、求。為此，在本實驗裝置的構造 中，鋁質導板設計的厚度b還必須遠大于電磁波正入射平表面導體的透入深度d(b )。換句話說，在 理想化的理論分析中，就交變磁場的作用而言，此時，該鋁質導板可被看作為“透不過的導體”。對于給定懸浮高度的自穩定磁懸浮現象，顯然，作用于盤狀載流線圈的向上的電磁力必然等于該 線圈的重量。本實驗中，當通入盤狀線圈的激磁電流增大到使其與鋁板中感生渦流合成的磁場，對盤 狀載流線圈作用的電磁力足以克服線圈自重時，線圈即浮離鋁板，呈現自穩定的磁懸浮物理現象?，F 應用虛位移法來求取作用于該磁懸浮系統的電動推斥力。首先，將圖2-1 所示盤狀載流線圈和鋁板的組合看成一個磁系統，則其對應于力

4、狀態分析的磁場 能量式中，I為激磁電流的有效值。其次，取表征盤狀載流線圈與鋁板之間相對位移的廣義坐標為h (即 給定的懸浮高度)，則按虛位移法可求得作用于該系統的電動推斥力，也就是作用于盤狀載流線圈的 向上的電磁懸浮力在鋁板被看作為完純導體的理想化假設的前提下，應用鏡像法，可以導得該磁系統的自感為(2-2)式中，a盤狀線圈被理想化為單匝圓形線圈時的平均半徑；N線匝數；R導線被看作 圓形導線時的等效圓半徑。從而，由穩定磁懸浮狀態下力的平衡關系，即步式中，M 盤狀線圈的質量(kg)； g 重力加速度(9.8 m/s2)；進一步代入關系式(2-2),稍 加整理，便可解出對于給定懸浮高度h的磁懸浮狀態

5、，系統所需激磁電流為三、主要儀器設備磁懸浮裝置鋁板：b=14mm, b=2mm，Y =3.82E7 S/m盤狀線圈： N=250， R1=31mm， R2=195mm， h=12.5mm， M=3.1kg 自耦變壓器： 0100V， 030A， 50Hz電流表四、操作方法和實驗步驟1、觀察自穩定的磁懸浮物理現象在給定厚度為 14 mm 的鋁板情況下，通過調節自耦變壓器以改變輸入盤狀線圈的激磁電流，從 而觀察在不同給定懸浮高度h的條件下，起因于鋁板表面層中渦流所產生的去磁效應，而導致的自穩 定的磁懸浮物理現象2、實測對應于不同懸浮高度的盤狀線圈的激磁電流在厚度為14 mm的鋁板情況下，以5 mm

6、為步距，對應于不同的懸浮高度，逐點測量穩定磁懸浮 狀態下盤狀線圈中的激磁電流，記錄其懸浮高度h與激磁電流I的相應讀數。3、觀察不同厚度的鋁板對自穩定磁懸浮狀態的影響分別在厚度為14 mm和厚度為6 mm的兩種鋁板情況下，對應于相同的激磁電流(如I = 20 A)， 觀察并讀取相應的懸浮高度h的讀數，且用手直接感覺在該兩種鋁板情況下鋁板底面的溫度五、實驗結果與結論1、懸浮高度與激勵電流I的相應關系序號懸浮高度h(cm)實測電流值1(A)理論值 I =(A) L0 = UaN212.82422.622.523.121.332.121.719.641.820.318.1551.019.113.560

7、.618.210.472、鋁板的透入深度 dd=1.883E-2 m六、實驗仿真結果1. 磁場分布圖像1)需部結果對應的磁場圖)i： !： 丁冨柝柝fl.y-VFL.SUE -IEMJ=3XKE臨肉.ajiy =-目丁銘,51磁二年蘋7X方向磁場J-：.j4SS:孕日丄.-:-j l _ r：:：.：-w冷.X J_ -.J z .3/mL .SjlUTIOH.51LP-l.S5E -1ESU=3XHT阿蠲區賀=Ct曲1/ =-5湘1越虞二J.蛉您ANY方向磁場SB制-E17(2)實部結果對應的磁場情況(h=25cm I=231A)MfliSYS 12-0-1,TDW 13 2Dll1=4S=

8、47SOMTTOHWEP=1SUB =1MffiQ=5DR3XS=D.123E04.200E-04355E-04a6fi4K-D4.742E-D4S19E-D4_974-D41Q5E-CI3.113E03.121E-0313-6E-O31?43S艱=4441X方向磁場1和如藍L 2XUTIT佛TEF=1忌UR F豳CF5JJRESiL B?fflL2H應淵住R；3；=e.sw =-?31ffl場耳=1筑2爭ANJVP 13： .3511 iS!：x：!5?弋劃.站-liaei7Z.1X5T-7 till-1IS731-teofcll1 百仍蠱凈Y方向磁場幫：:心祖SUB =1ERE滬刃P-ES

9、il 口虹王Hl沁1呵.蟄徨二一寶沁址陽巴耳=44 H皺ANJVK i? M11-lilti肝El?魚曲電處蠱於2. 數據求解結果 當懸浮高度為2.8cm激磁電流實測值為24A時的求解SUMMARY OF FORCES B UIRTUAL UORKLoad Etep Nunber：1.Substep Number:1.Time：0.5000E+02Units of Force:ComponentForce-ccoil0.28786E+02SUMMARV OF FORCES B MAXMELL STRESS TENSORUnits of Force:Compone ntFoi*c 亡一 Ycco

10、il0.28765E+02當懸浮高度2.5cm激磁電流實測值為23.1A時的求解SUMNARV OF FORCES B UIRTUAL MORKLoad Step Number:1.Substep Numbep:1.T ime:0.5000E+02Units of Force:ComponentForce- |ccoil0.28856E+02SUMMARV OF FOfiCES B MAXMELL STRESS TENSORUnits of Force:ComponentForce-ccoil0.28839E+02當懸浮高度2.1cm激磁電流實測值為21.7A時的求解SUNMARV OF FO

11、RCES BV UIRTUAL MORKLoadNumber-：1.Substep Nunbep:1.Iime:0.5000E+02Units： oF Force:Co mponen tccoil0.28856E+02SUMMARV OF FORCES BV N口XMELL STRESS TENSOR Un its： o Force: NComponentFarce-tfccoil0.28S39E+02當懸浮高度1.8cm激磁電流實測值為20.3A時的求解SUMMARY OF FOBCES B UIRTUAL UORKLoad Step Number：1.Substep Number：1.Ti

12、me:0.5030E+02Units of Force:ComponentForceccoil0_2&885E02SUNMARV OF FOBCES BV MAXUELL STRESS TENSOR Units of Force： C N ComponentFopce-ccoil0-26.871E+B2當懸浮高度1.0cm激磁電流實測值為19.1A時的求解|SUHMARV OF FORCES B UIRTUAL UORKLoad St ep Number:1.Substep Number:1.TIme:0.5000E+02Units of Force:Compone ntForce-tfcco

13、il0.29707E+02SUHMARV OF FORCES BV MAKUELL STHESS TENSOR Units of Force:Compone n七Popce-Yccoil0.29G84E+32當懸浮高度0.6cm激磁電流實測值為18.2A時的求解GUHHARV OF FORCES BV UIRTUAL WORKLoad Step Nunibei*:1.Substep Nunber-：1.T ime :0.Units of Force：C N Compone ntFo r-ceVccoil8.3a243E+02SUHNARV OF FORCES B? F1AXUELL SIREGS TENSORUn its of Force：( N Compone ntFo r-ceVccoil0.30221E+023、分析與討論在懸浮高度與激勵電流關系中，實驗實測數據和理論值的偏差很大，只是總體趨勢相同，都是隨著高 度增加而增大。誤差應該是由多方面原因造成的，主要原因應該有在等效半徑的估計上，3?。≧1+R2） /2是偏大的，而且懸浮高度越小偏大越明顯。實際磁場并不能忽略邊緣效應，而且漏磁不可忽略，也造成了一定的實測電流偏大。