磁悬浮实验实验报告.docx
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磁悬浮实验实验报告
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（必填）二、实验内容和原理（必填）
三、主要仪器设备（必填）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（必填）
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
（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,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。
（2）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（即给定的悬浮高度）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（9.8m/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
（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（如i=20a）,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（a）（cm）（a）（a）10.417.0
5.2315.720.818.57.4018.831.019.88.2819.341.720.010.79
21.452.021.511.7122.162.823.813.8524.3
仿真结果:
磁场线图当悬浮高度为2.8cm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（r1+r2）/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=0.031!
盘状线圈内半径
cr2=0.195!
盘状线圈外半径
ch=0.0125!
盘状线圈高度
n=250!
线圈匝数
lh=0.014!
铝板高度
lr1=0.02!
铝板内半径
lr2=0.25!
铝板外半径
pi=2*asin
（1）!
3.1415926
xfh=0.008!
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=18.80!
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（幅值）
!
前处理
/prep7!
前处理
et,1,plane53,,,1!
指定单元类型,轴对称场分析
mp,murx,1,1!
指定1号材料（空气）的相对磁导率
mp,murx,2,1!
指定2号材料（线圈）的相对磁导率mp,murx,3,1!
指定3号
材料（铝板）的相对磁导率mp,rsvx,3,2.62e-8!
指定3号材料（铝板）的电阻率!
建
立几何模型
!
铝板
rectng,0,lr1,0,lh
rectng,0,lr2,0,lh
!
线圈
rectng,0,cr1,lh+xfh,lh+xfh+chrectng,0,cr2,lh+xfh,lh+xfh+ch!
外围空气区域及整个分析场域
rectng,0,lr2,0,lh+xfh+chrectng,0,w+h,-h,2*h
rectng,0,w+8*h,-5*h,6*haovlap,all
!
对几何模型（即,面）设置属性
!
选择线圈所对应的面,根据位置来选择
asel,s,loc,x,cr1,cr2
asel,r,loc,y,lh+xfh,lh+xfh+chlsel,s,loc,x,cr1
asll,r
aatt,2,,1,0,
!
选择铝板
asel,s,loc,x,lr1,lr2
asel,r,loc,y,0,lh
lsel,s,loc,x,lr1
asll,r
aatt,3,,1,0,
!
选择空气
allsel
asel,u,mat,,2,3
aatt,1,,1,0
!
剖分,建立网格
!
先划分铝板所在区域
asel,s,mat,,3
esize,0.003
amesh,all
!
划分线圈所在区域
asel,s,mat,,2!
根据材料号来选择线圈
esize,0.003!
定义单元尺寸为0.003mamesh,all!
剖分线圈所对应的面
!
划分线圈外的空气区域
lsel,s,loc,y,0,h
lsel,r,loc,x,0asll
cm,airin,area
mshape,1,2d
amesh,all
esize,0.02
!
划分线圈内的空气区域
smrtsize,6
mshape,1,2d!
三角形单元
mshkey,0!
自由剖分
asel,s,mat,,1
cmsel,u,airin
amesh,all
!
加载线圈电流密度
asel,s,mat,,2
esla
bfe,all,js,,,,js0
!
加载外边界磁力线平行边界条件
allsel
lsel,s,ext!
选择外边界处的线
dl,all,,asym!
磁力线平行
allsel
!
加载求力边界条件
asel,s,mat,,2
esla
cm,ccoil,elem
fmagbc,ccoil
allsel
save
finish
/solu
antype,3
harfrq,50!
指定分析频率为50hz.solve!
求解
finish
/post1!
后处理
set,1,,1,0!
读实部结果
plf2d,27,0,10,1!
画实部结果对应的磁场线图fmagsum,ccoil!
求线圈所受力
set,1,,1,1!
读虚部结果
plf2d,27,0,10,1!
画虚部结果对应的磁场线图篇二:
磁悬浮实验报告
课程名称:
工程电子场与电磁波指导老师:
________熊素铭
实验名称:
_磁悬浮_实验类型:
动手操作及仿真同组学生
姓名:
一、实验目的和要求（必填）二、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）
实验报告
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
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
50hz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50hz时,铝
质导板仅近似地满足这一要求。
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
（2-1）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
式中,m——盘状线圈的质量（kg）;g——重力加速度（9.8m/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,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,γ=3.82e7s/m盘状线圈:
n=250,r1=31mm,r2=195mm,h=12.5mm,m=3.1kg自耦变压器:
0~100v,0~30a,
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（如i=20a）,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
2、铝板的透入深度d
d=1.883e-2m
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
x方向磁场
y方向磁场
篇三:
磁悬浮实验报告
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（必填）二、实验内容和原理（必填）
三、主要仪器设备（必填）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（必填）
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
（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,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。
（2）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（即给定的悬浮高度）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（9.8m/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
（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（如i=20a）,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（a）（cm）（a）（a）10.417.0
5.2315.720.818.57.4018.831.019.88.2819.341.720.010.79
21.452.021.511.7122.162.823.813.8524.3
仿真结果:
磁场线图当悬浮高度为2.8cm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（r1+r2）/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=0.031!
盘状线圈内半径
cr2=0.195!
盘状线圈外半径
ch=0.0125!
盘状线圈高度
n=250!
线圈匝数
lr1=0.02!
铝板内半径
lr2=0.25!
铝板外半径
pi=2*asin
（1）!
3.1415926
xfh=0.008!
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=18.80!
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（幅值）
!
前处理
/prep7!
前处理
et,1,plane53,,,1!
指定单元类型,轴对称场分析
mp,murx,1,1!
指定1号材料（空气）的相对磁导率
mp,murx,2,1!
指定2号材料（线圈）的相对磁导率
mp,murx,3,1!
指定3号材料（铝板）的相对磁导率
mp,rsvx,3,2.62e-8!
指定3号材料（铝板）的电阻率
!
建立几何模型
!
铝板
rectng,0,lr1,0,lh
rectng,0,lr2,0,lh
!
线圈
rectng,0,cr1,lh+xfh,lh+xfh+chrectng,0,cr2,lh+xfh,lh+xfh+ch!
外围空
气区域及整个分析场域rectng,0,lr2,0,lh+xfh+chrectng,0,w+h,-h,2*h
rectng,0,w+8*h,-5*h,6*haovlap,all
!
对几何模型（即,面）设置属性
!
选择线圈所对应的面,根据位置来选择asel,s,loc,x,cr1,cr2asel,r,loc,y,lh+xfh,lh+xfh+chlsel,s,loc,x,cr1
asll,r
aatt,2,,1,0,
!
选择铝板
asel,s,loc,x,lr1,lr2
asel,r,loc,y,0,lh
lsel,s,loc,x,lr1
asll,r
aatt,3,,1,0,
!
选择空气
allsel
asel,u,mat,,2,3
aatt,1,,1,0
!
剖分,建立网格
!
先划分铝板所在区域
esize,0.003
amesh,all
!
划分线圈所在区域
asel,s,mat,,2!
根据材料号来选择线圈esize,0.003!
定义单元尺寸为0.003m
amesh,all!
剖分线圈所对应的面!
划分线圈外的空气区域
lsel,s,loc,y,0,h
lsel,r,loc,x,0
asll
cm,airin,area
mshape,1,2d
amesh,all篇四:
物理演示实验报告（磁悬浮列车演示实验报告）磁悬浮列车演示实验报告
【实验目的】
1.利用超导体对永磁体的排斥作用演示磁悬浮;
【实验器材】
1.超导磁悬浮列车演示仪,如图70-1所示。
由二部分组成:
磁导轨支架、磁导轨。
其
中磁导轨是用550×240×3椭圆形低碳钢板作磁轭,按图70-2所示的方式铺以18×10
×6mm的钕铁硼永磁体,形成磁性导轨,两边轨道仅起保证超导体周期运动的磁约束作用。
2.高温超导体,是用熔融结构生长工艺制备的,含ag的ybacuo系高温超导体。
之所以
称为高温超导体是因为它在液氮温度77kc（-196℃）下呈现出超导性,以区别于以往在液氦
温度42k（-269℃）以下呈现超导特性的低温材料。
样品形状为:
圆盘状,直径18mm左右,
厚度为6mm,其临界转变温度为90k左右（-183℃）。
3.液氮。
上图:
实验装置图
下图:
磁导轨
【实验原理】
实验原理:
超导是超导电性的简称.它是指金属或合金在极低温度下（接近绝对零度）电阻变为零的
性质.它是一种宏观量子现象,只有依据量子力学才能给与正确的微观解释.这就是bcs理论.
这是一台高临界温度超导磁悬浮的动态演示装置.该装置为一个盛放高临界温度超导体
的简易列车模型,在具有磁束缚的封闭磁轨道上方,利用超导体对永磁体的排斥作用,演示磁
悬浮;;并可在旋转磁场加速装置作用下,沿轨道以悬浮或倒挂悬浮状态无磨擦地连续运转.
当将一个永磁体移近钇钡铜氧ybacuo超导体表面时,磁通线从表面进入超导体内,在超
导体内形成很大的磁通密度梯度,感应出高临界电流,从而对永磁体产生排斥,排斥力随相对
距离的减小而逐渐增大,它可以克服永磁体的重力使其悬浮在超导体上方一定的高度上;高
温超导体是
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