(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(9.8 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，系统所需激磁电流为
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
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
三、 主要仪器设备 磁悬浮装置
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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”。
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。
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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
课程名称：
专业：
姓名：
实验报告
学号： 日期：
工程电子场与电磁波
地点：
指导老师：________熊素铭________
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：
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
当悬浮高度 1.0cm 激磁电流实测值为 19.1A 时的求解
当悬浮高度 0.6cm 激磁电流实测值为 18.2A 时的求解
3、分析与讨论
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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，只是总 体趋势相同，都是随着高度增加而增大。
误差应该是由多方面原因造成的，主要原因应该有 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
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。
Y 方向磁场 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
当悬浮高度 2.5cm 激磁电流实测值为 23.1A 时的求解
当悬浮高度 2.1cm 激磁电流实测值为 21.7A 时的求解
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当悬浮高度 1.8cm 激磁电流实测值为 20.3A 时的求解
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 悬浮高度 实测电流值
理论值
(A)
号 h(cm)
I(A)
1
2.8
24
22.6
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2
2.5
23.1
3
2.1
21.7
4
1.8
20.3
5
1.0
19.1
6
0.6
18.2
2、铝板的透入深度 d
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 为步距，对应于不同的悬浮高度，
d=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
21.3 19.6 18.15 13.5 10.47
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X 方向磁场 Y 方向磁场 （2）实部结果 对应的磁场情况 （h=2.5cm I=23.1A）
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X 方向磁场
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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
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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