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1、沖尸乂唆实验报告专业：姓名：. 学号： 日期：.地点：课程名称: 工程电子场与电磁波 指导老师: 成绩:实验名称：磁悬浮实验类型： 动手操作及仿真 同组学生姓名:、实验目的和要求（必填）、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填） 五、实验数据记录和处理 七、讨论、心得四、操作方法和实验步骤 六、实验结果与分析（必填）一、实验目的和要求1、观察自稳定的磁悬浮物理现象；2、了解磁悬浮的作用机理及其理论分析的基础知识；3、在理论分析与实验研究相结合的基础上，力求深化对磁场能量、电感参数和电磁力等知识点的理 解。二、实验内容1、观察自稳定的磁悬浮物理现象2、实测对应于不同悬浮高度的盘状线圈的激磁
2、电流3、观察不同厚度的铝板对自稳定磁悬浮状态的影响实验原理A铝板220V盘状线圈截西團畑）艇悬浮系统示意图图施悬浮装直盘伏线圏11N匝1、自稳定的磁悬浮物理现象由盘状载流线圈和铝板相组合构成磁悬浮系统的实验装置，如图2-6 所示。该系统中可调节的扁 平盘状线圈的激磁电流由自耦变压器提供，从而在50 Hz 正弦交变磁场作用下，铝质导板中将产生感 应涡流，涡流所产生的去磁效应，即表征为盘状载流线圈自稳定的磁悬浮现象。2、基于虚位移法的磁悬浮机理的分析在自稳定磁悬浮现象的理想化分析的前提下，根据电磁场理论可知，铝质导板应被看作为完纯导 体，但事实上当激磁频率为50 Hz时，铝质导板仅近似地满足这一要
3、求。为此，在本实验装置的构造 中，铝质导板设计的厚度b还必须远大于电磁波正入射平表面导体的透入深度d(b )。换句话说，在 理想化的理论分析中，就交变磁场的作用而言，此时，该铝质导板可被看作为“透不过的导体”。对于给定悬浮高度的自稳定磁悬浮现象，显然，作用于盘状载流线圈的向上的电磁力必然等于该 线圈的重量。本实验中，当通入盘状线圈的激磁电流增大到使其与铝板中感生涡流合成的磁场，对盘 状载流线圈作用的电磁力足以克服线圈自重时，线圈即浮离铝板，呈现自稳定的磁悬浮物理现象。现 应用虚位移法来求取作用于该磁悬浮系统的电动推斥力。首先，将图2-1 所示盘状载流线圈和铝板的组合看成一个磁系统，则其对应于力
4、状态分析的磁场 能量式中，I为激磁电流的有效值。其次，取表征盘状载流线圈与铝板之间相对位移的广义坐标为h (即 给定的悬浮高度)，则按虚位移法可求得作用于该系统的电动推斥力，也就是作用于盘状载流线圈的 向上的电磁悬浮力在铝板被看作为完纯导体的理想化假设的前提下，应用镜像法，可以导得该磁系统的自感为(2-2)式中，a盘状线圈被理想化为单匝圆形线圈时的平均半径；N线匝数；R导线被看作 圆形导线时的等效圆半径。从而，由稳定磁悬浮状态下力的平衡关系，即步式中，M 盘状线圈的质量(kg)； g 重力加速度(9.8 m/s2)；进一步代入关系式(2-2),稍 加整理，便可解出对于给定悬浮高度h的磁悬浮状态
5、，系统所需激磁电流为三、主要仪器设备磁悬浮装置铝板：b=14mm, b=2mm，Y =3.82E7 S/m盘状线圈： N=250， R1=31mm， R2=195mm， h=12.5mm， M=3.1kg 自耦变压器： 0100V， 030A， 50Hz电流表四、操作方法和实验步骤1、观察自稳定的磁悬浮物理现象在给定厚度为 14 mm 的铝板情况下，通过调节自耦变压器以改变输入盘状线圈的激磁电流，从 而观察在不同给定悬浮高度h的条件下，起因于铝板表面层中涡流所产生的去磁效应，而导致的自稳 定的磁悬浮物理现象2、实测对应于不同悬浮高度的盘状线圈的激磁电流在厚度为14 mm的铝板情况下，以5 mm
6、为步距，对应于不同的悬浮高度，逐点测量稳定磁悬浮 状态下盘状线圈中的激磁电流，记录其悬浮高度h与激磁电流I的相应读数。3、观察不同厚度的铝板对自稳定磁悬浮状态的影响分别在厚度为14 mm和厚度为6 mm的两种铝板情况下，对应于相同的激磁电流(如I = 20 A)， 观察并读取相应的悬浮高度h的读数，且用手直接感觉在该两种铝板情况下铝板底面的温度五、实验结果与结论1、悬浮高度与激励电流I的相应关系序号悬浮高度h(cm)实测电流值1(A)理论值 I =(A) L0 = UaN212.82422.622.523.121.332.121.719.641.820.318.1551.019.113.560
7、.618.210.472、铝板的透入深度 dd=1.883E-2 m六、实验仿真结果1. 磁场分布图像1)需部结果对应的磁场图)i： !： 丁冨柝柝fl.y-VFL.SUE -IEMJ=3XKE临肉.ajiy =-目丁銘,51磁二年苹7X方向磁场J-：.j4SS:孕日丄.-:-j l _ r：:：.：-w冷.X J_ -.J z .3/mL .SjlUTIOH.51LP-l.S5E -1ESU=3XHT阿蠲区贺=Ct曲1/ =-5湘1越虞二J.蛉您ANY方向磁场SB制-E17(2)实部结果对应的磁场情况(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艰=4441X方向磁场1和如藍L 2XUTIT佛TEF=1忌UR F豳CF5JJRESiL B?fflL2H应淵住R；3；=e.sw =-?31ffl场耳=1筑2爭ANJVP 13： .3511 iS!：x：!5?弋划.站-liaei7Z.1X5T-7 till-1IS731-teofcll1 百仍蛊净Y方向磁场帮：:心祖SUB =1ERE沪刃P-ES
9、il 口虹王Hl沁1呵.蟄徨二一宝沁址阳巴耳=44 H皱ANJVK i? M11-lilti肝El?鱼曲电处蛊於2. 数据求解结果 当悬浮高度为2.8cm激磁电流实测值为24A时的求解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当悬浮高度2.5cm激磁电流实测值为23.1A时的求解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当悬浮高度2.1cm激磁电流实测值为21.7A时的求解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当悬浮高度1.8cm激磁电流实测值为20.3A时的求解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当悬浮高度1.0cm激磁电流实测值为19.1A时的求解|SUHMARV OF FORCES B UIRTUAL UORKLoad St ep Number:1.Substep Number:1.TIme:0.5000E+02Units of Force:Compone ntForce-tfccoil0.29707E+02SUHMARV OF FORCES BV MAKUELL STHESS TENSOR Units of Force:Compone n七Popce-Yccoil0.29G84E+32当悬浮高度0.6cm激磁电流实测值为18.2A时的求解GUHHARV OF FORCES BV UIRTUAL WORKLoad Step Nunibei*:1.Substep
