磁悬浮现象的研究实验报告.docx

磁悬浮现象的研究实验报告 　　实验报告　　课程名称：__工程电磁场与波____指导老师：_____姚缨英_____　　实验名称：磁悬浮_实验类型：________同组学生姓名：____　　一、实验目的和要求二、实验内容和原理　　三、主要仪器设备四、操作方法和实验步骤　　五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析　　七、讨论、心得　　一、实验目的　　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、实验原理　　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，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50Hz正弦交变磁场作用下，铝质导板中将产生感应涡流，最终表征为盘状载流线圈自稳定的磁悬浮现象。　　基于虚位移法的磁悬浮机理的分析　　将盘状载流线圈和铝板组合看成一个磁系统。为简化分析，将铝板看作为一半无限大完纯导体。事实上当激磁频率为50Hz时，只有当铝板表面相对扁平盘状线圈足够大，而厚度b远大于该频率下铝板的透入深度d，才能作这一理想化假设。在此前提下，应用镜像法，可导得该磁系统的自感为　　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。　　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。此时，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。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。对盘状载流线圈和铝板组合的磁系统，其对应于力状态分析的磁　　2场能量为Wm=L*I/2。式中，I为激磁电流的有效值。其次，取盘状载流线圈与铝板之间相对　　位移h为广义坐标，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　　从而，由稳定磁悬浮状态下力的平衡关系，即　　式中，M——盘状线圈的质量(kg)；　　g——重力加速度(m/s2)；　　即可得对于给定悬浮高度h的磁悬浮状态，系统所需激磁电流为　　三、实验内容　　观察自稳定的磁悬浮物理现象　　实测对应于不同悬浮高度的盘状线圈的激励电流　　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14mm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14mm的铝板情况下，以5mm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14mm和厚度为6mm的两种铝板情况下,对应于相同的激磁电流，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　　悬浮高度h与激磁电流I的响应关系　　悬浮高度h激磁电流I仿真结果序号理论值　　1　　2　　3　　4　　5　　6　　　　仿真结果：　　磁场线图当悬浮高度为时求解　　在悬浮高度与激励电流关系中，实验实测数据和理论值的偏差很大，但是总体趋势相同，都是随着高度增加而增大。实测值与仿真结果比较接近。理论值的推导过程中在等效半径的估计上，a取/2是偏大的，而且悬浮高度越小偏大越明显。实际磁场并不能忽略边缘效应，而且漏磁不可忽略，也造成了一定的实测电流偏大。因此在实验中，电流比较小的情况下，理论值与真实值的误差会变得非常大，也就会出现上表中的情况。　　附：命令流　　/clear　　!定义参数，单位均采用国际制单位　　cr1=!盘状线圈内半径　　cr2=!盘状线圈外半径　　ch=!盘状线圈高度　　n=250!线圈匝数　　lh=!铝板高度　　lr1=!铝板内半径　　lr2=!铝板外半径　　pi=2*asin(1)!　　xfh=!线圈悬浮高度，分析中可改变参数　　w=lr2!场域外空气范围相关尺寸　　h=lh+xfh+ch!场域外空气范围相关尺寸　　im0=!线圈电流，分析中需调整的参数　　js0=im0*n*sqrt(2)/((cr2-cr1)*ch)!线圈截面上的电流密度　　!前处理　　/prep7!前处理　　et,1,plane53,,,1!指定单元类型，轴对称场分析　　mp,mu