磁懸浮實(shí)驗(yàn)報(bào)告67796

1、專業(yè)： 姓名： 學(xué)號： 日期： 地點(diǎn)： 實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱： 工程電子場與電磁波 指導(dǎo)老師：_熊素銘_成績：_實(shí)驗(yàn)名稱：_ 磁懸浮 _實(shí)驗(yàn)類型： 動手操作及仿真 同組學(xué)生姓名： 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填）四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（必填）七、討論、心得一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?、觀察自穩(wěn)定的磁懸浮物理現(xiàn)象；2、了解磁懸浮的作用機(jī)理及其理論分析的基礎(chǔ)知識；3、在理論分析與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的基礎(chǔ)上，力求深化對磁場能量、電感參數(shù)和電磁力等知識點(diǎn)的理解。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、觀察自穩(wěn)定的磁懸浮物理現(xiàn)象2、實(shí)測對應(yīng)于不同懸浮高度的盤狀

2、線圈的激磁電流3、觀察不同厚度的鋁板對自穩(wěn)定磁懸浮狀態(tài)的影響實(shí)驗(yàn)原理1、自穩(wěn)定的磁懸浮物理現(xiàn)象由盤狀載流線圈和鋁板相組合構(gòu)成磁懸浮系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置，如圖2-6所示。該系統(tǒng)中可調(diào)節(jié)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(zhì)導(dǎo)板中將產(chǎn)生感應(yīng)渦流，渦流所產(chǎn)生的去磁效應(yīng)，即表征為盤狀載流線圈自穩(wěn)定的磁懸浮現(xiàn)象。2、基于虛位移法的磁懸浮機(jī)理的分析在自穩(wěn)定磁懸浮現(xiàn)象的理想化分析的前提下，根據(jù)電磁場理論可知，鋁質(zhì)導(dǎo)板應(yīng)被看作為完純導(dǎo)體，但事實(shí)上當(dāng)激磁頻率為50 Hz時，鋁質(zhì)導(dǎo)板僅近似地滿足這一要求。為此，在本實(shí)驗(yàn)裝置的構(gòu)造中，鋁質(zhì)導(dǎo)板設(shè)計(jì)的厚度b還必須遠(yuǎn)大于電磁波正入射

3、平表面導(dǎo)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(zhì)導(dǎo)板可被看作為“透不過的導(dǎo)體”。對于給定懸浮高度的自穩(wěn)定磁懸浮現(xiàn)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(shí)驗(yàn)中，當(dāng)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(xiàn)自穩(wěn)定的磁懸浮物理現(xiàn)象。現(xiàn)應(yīng)用虛位移法來求取作用于該磁懸浮系統(tǒng)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(tǒng)，則其對應(yīng)于力狀態(tài)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

4、的廣義坐標(biāo)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(tǒng)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(2-1)在鋁板被看作為完純導(dǎo)體的理想化假設(shè)的前提下，應(yīng)用鏡像法，可以導(dǎo)得該磁系統(tǒng)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(shù)；R導(dǎo)線被看作圓形導(dǎo)線時的等效圓半徑。從而，由穩(wěn)定磁懸浮狀態(tài)下力的平衡關(guān)系，即式中，M 盤狀線圈的質(zhì)量(kg)；g 重力加速度(9.8 m/s2)；進(jìn)一步代入關(guān)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(tài)，系統(tǒng)所需激磁電流為三、 主要儀器設(shè)備 磁懸浮裝置鋁板：b=14mm，b=2mm，=3.82E

5、7 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(shí)驗(yàn)步驟1、觀察自穩(wěn)定的磁懸浮物理現(xiàn)象在給定厚度為14 mm的鋁板情況下，通過調(diào)節(jié)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(chǎn)生的去磁效應(yīng)，而導(dǎo)致的自穩(wěn)定的磁懸浮物理現(xiàn)象2、實(shí)測對應(yīng)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為步距，對應(yīng)于不同的懸浮高度，逐點(diǎn)測量穩(wěn)定磁懸浮狀態(tài)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(yīng)讀數(shù)。3、

6、觀察不同厚度的鋁板對自穩(wěn)定磁懸浮狀態(tài)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(yīng)于相同的激磁電流（如I = 20 A），觀察并讀取相應(yīng)的懸浮高度h的讀數(shù)，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(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論1、懸浮高度與激勵電流I的相應(yīng)關(guān)系序號懸浮高度h(cm)實(shí)測電流值 I(A)理論值 I=2MghL0 (A) L0=0aN212.82422.622.523.121.332.121.719.641.820.318.1551.019.113.560.618.210.472、鋁板的透入深度dd=1.883E-2 m六、實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果1.磁場分布圖像（1）需部結(jié)果對應(yīng)的磁場圖X方向磁場Y方向磁場（2）實(shí)部結(jié)果對應(yīng)的磁場情況（h=2.5cm I=23.1A）X方向磁場Y方向磁場2.數(shù)據(jù)求解結(jié)果當(dāng)懸浮高度為2.8cm激磁電流實(shí)測值為24A時的求解當(dāng)懸浮高度2.5cm激磁電流實(shí)測值為23.1A時的求解當(dāng)懸浮高度2.1cm激磁電流實(shí)測值為21.7A時的求解當(dāng)懸浮高度1.8cm激磁電流實(shí)測值為20.3A時的求解當(dāng)懸浮高度1.0cm激磁電流實(shí)測值為19.1A時的求解當(dāng)懸浮高度0.6cm激磁電流實(shí)測值為18.2A時的求解3、分析與討論在懸浮高度與激勵電流關(guān)系中，實(shí)驗(yàn)實(shí)測數(shù)據(jù)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(yīng)該