磁阻尼实验报告.docx

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磁阻尼实验报告

磁阻尼实验报告

篇一：

电磁阻尼摆

　　由金属板做成摆锤的单摆,当摆动过程中摆锤在磁铁两磁极间往复通过时,对摆锤面的某一局部范围而言,磁通量发生变化,因而产生感应电动势，进而产生感应电流，这就是涡电流。

按楞次定律，涡电流的磁场与原磁场的作用，阻碍摆锤的运动，因此，金属摆总是受到一个阻尼力的作用，就像在某种粘滞介质中摆动一样，很快地停止下来

，这种阻尼起源于电磁感应，故称电磁阻尼。

若是开口摆锤，涡电流减小，阻尼作用也减小。

操作说明：

1、没有磁场时，让阻尼摆作自由摆动，可观察到阻尼摆经过相当长的时间才停止下来。

2、当阻尼摆在两磁极间前后摆动时，阻尼摆会迅速停止下来，说明了两极间有很强的磁阻尼。

3、将带有间隙的类似梳子的非阻尼摆代替阻尼摆作上述实验，不论有没有在两磁极，其摆动都要经过较长的时间才停止下来。

　　电磁阻尼现象源于电磁感应原理。

宏观现象即为：

当闭合导体与磁铁发生相对运动时，两者之间会产生电磁阻力，阻碍相对运动。

这一现象可以用楞次定律解释：

闭合导体与磁体发生切割磁感线的运动时，由于闭合导体所穿透的磁通量发生变化，闭合导体会产生感生电流，这一电流所产生的磁场会阻碍两者的相对运动。

其阻力大小正比于磁体的磁感应强度、相对运动速度等物理量。

　　电磁阻尼现象广泛应用于需要稳定摩擦力以及制动力的场合，例如电度表、电磁制动机械，甚至磁悬浮列车等。

为了简单可靠地增加系统的稳定性、抑制转子的共振峰值．提出了一种新型的被动式电磁阻尼器．它的结构类似于电磁轴承．但无需闭环控制，采用直流电工作。

通过分析发现，电磁阻尼器线圈内由于转子涡动时变化的磁场而产生的波动电流与转子位移间的相位差是产生阻尼的原因，推导了波动电流、阻尼系数的计算公式。

实验结果显示该阻尼器提供的阻尼能够有效地抑制共振振幅。

依靠电磁阻尼原理将传统的ABS刹车系统进行了改造，以适应电动汽车的刹车制动。

并在一些细节上对传统的ABS进行了优化。

　　相比较传统ABS的优点:

　　1.本制动系统，从踩下刹车系统就开始工作，开始时间比较传统ABS快；

　　2.没有机械刹车制动系统，不会有刹车片的磨损。

因为不会有刹车片的磨损，也就不会因为刹车板在工作是因为磨损而碳化失灵；

　　3.传统ABS采用点刹，本系统采用的刹车系统使用线刹（即一直维持在20％的滑移率）通过改变电磁铁线圈中电流，不但可以改变电磁力的大小，而且可以改变电磁力的方向。

因此，可基于电磁铁设计汽车主动悬架系统。

汽车磁悬浮主动悬架系统的工作原理,主动悬架系统的机械部分由工作缸筒、永磁体和铸钢体等组成。

控制系统由电子元件、超声波传感器、控制器、功率放大器和线圈组成。

由超声波传感器检测位移激振

　　信号，该信号转换成电信号后经过控制器处理，来调整线圈电压的大小，使作用在铸钢体上的力发生变化，达到调整系统刚度和阻尼系数的目的。

为了克服主动悬架系统中电磁力控制稳定性差和电磁悬浮刚度小等缺点，可采用弹簧和电磁力共同构成悬挂系统的刚度，仿真结果表明，由于电磁悬浮主动悬架系统的控制器参数可调，使得该系统具有很好的动力可调特性，其刚度和阻尼在线可调。

但电磁悬浮技术在汽车主动悬架中的应用还有许多问题需要进一步研究，如系统参数优化，控制策略和算法，电磁悬浮系统的工程实现等。

篇二：

磁阻尼和动摩擦系数的测定

　　磁阻尼和动摩擦系数的测定

　　【实验目的】

　　1．观测磁阻尼现象。

　　2．学习测量磁阻尼和动摩擦系数的方法。

　　3．进一步了解磁阻尼系数、动摩擦系数的概念。

【实验原理】

　　1．磁阻尼现象

　　当大块金属与磁场有相对运动或处在变化磁场中时，会产生电磁感应现象，在金属块内会激起感应电流，由楞次定律可以判定，感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因，因此金属块的运动要受到与运动方向相反的阻力—即感应电流受到的磁场安培力作用。

感应电流产生的机械效应即为磁阻尼现象。

　　2．磁阻尼系数和动摩擦系数的测定原理

　　磁性滑块在非铁磁质良导体斜面上匀速下滑时，滑块受的阻力除滑动摩擦力FS外，还有磁阻尼力FB。

　　设磁性滑块在斜面处产生的磁感应强度为B；滑块与斜面接触的截面不变，其线度为l。

当滑块以匀速率v下滑时，可看作斜面相对于滑块向上运动而切割磁感应线。

由电磁感应定律，在斜面上的切割磁感应线部分将产生电动势E=Blv，如果把由于磁感应产生的电流流经斜面部分的等效电阻设为R，则感应电流应与速度v成正比，即为I?

　　BlvR

　　，此时斜面所受

　　到的安培力F正比于电流I，即为F∝I。

而滑块受到的磁阻尼力FB就是斜面所受安培力F的反作用力，方向与滑块运动方向相反。

由此推出：

FB应正比于v，可表达为FB=Kv（K为常数，将它称为磁阻尼系数）。

因为滑块运动是匀速的，故它在平行于斜面方向应达到力平衡，从而有

　　Wsin?

?

Kv?

?

Wcos?

（10-1）

　　式（10-1）中W是滑块所受重力，θ是斜面与水平面的倾角，μ为滑块与斜面间的滑动摩擦系数。

若将方程式（10-1）的两边同时除以Wcos?

，可得方程

　　tan?

?

　　KW

　　?

　　vcos?

　　?

?

（10-2）

　　显然，tanθ和距b

　　vcos?

　　成线性关系（y?

ax?

b）。

作出tanθ-

　　vcos?

　　直线图，可得斜率a和截

　　K=a·W（10-3）

　　μ=b（10-4）

　　【实验仪器】

　　MF-1磁阻尼和动摩擦系数测定仪、HTM-2霍尔开关用计时仪、磁性滑块、3根导线、米尺。

　　将3M型透明隐形胶带分别粘于磁性滑块的两滑动面上和铝质斜面上，对其动摩擦系数进行研究。

　　【实验内容及步骤】

　　⑴将两传感器的V+、V-和OUT接头分别与HTM-1计时仪的5V、GND和INPUT接线柱相接。

　　⑵调节夹子M，使斜面具有某一倾角，调节螺钉3，使滑块下滑时不往旁边偏离。

⑶测量重垂线和底边的长度，计算倾角的大小。

　　⑷使滑块从斜面上端开始向下滑动，滑块的蓝色面朝下，滑块不仅受到滑动摩擦力的作用，而且还受到磁阻尼力的作用。

　　⑸在约20°＜θ＜45°的范围内能达到匀速下滑的实验条件，对于同一θ值，让滑块从不同的高度滑下，由通过两传感器的时间相同，来说明滑块在A、B间的运动是匀速的。

　　图10-1MF-1磁阻

　　定仪和HTM-2霍尔开关用计时仪

　　1．HTM-2霍尔开关用计时仪，它由5V直流电源和电子计时器组成；

　　2．铝质槽形斜面，可通过夹子M的上下移动来调节倾角θ，在斜面的反面A、B处各装1个霍尔开关，用计时仪可测量滑块通过A、B的时间；

　　3．调节斜面横向倾角的螺钉，可以防止滑块在下滑过程中靠近某一侧；

　　4．重锤，用来确定底边L和高H的长度，从而得出θ并计算tanθ和cosθ的值；

　　5．磁性滑块，它是在圆柱形非磁性材料的一个滑动面上粘一薄片磁钢制成的，因而在这一面附近的磁感应强度较强，而另一面由于离磁钢较远，所以它附近的磁感应强度很弱，以至可以忽略不计。

为了区别，将强磁场面涂成蓝色，弱磁场面涂成红色。

　　尼和动摩擦系数测

　　⑹倾角不变，使滑块从不同高度c1，c2，…等处滑下，记录滑块通过A、B两点的时间。

求取平均值。

　　⑺测量A、B两点间的距离，计算滑块下滑速度。

⑻改变倾角θ，按以上步骤再次测量。

⑼测量滑块质量m。

　　⑽作出tanθ-vcos?

　　直线图，由此图求出斜率a、截距b。

根据式（3）、（4）计算磁阻

　　尼系数K和滑动摩擦系数μ。

　　⑾用最小二乘法进行数据处理，计算磁阻尼系数K和滑动摩擦系数μ。

　　【数据记录】

　　AB距S=滑块质量m=

　　【注意事项】

　　⑴按实验示意图连接导线后，接通HTM-2霍尔开关计时仪的电源，在滑块下滑前按一下计时仪的RESET键，复零计时数。

　　⑵滑块接触导轨面的磁性为N极，在滑块滑到第一个对应导轨下面的霍尔开关位置时，会使霍尔开关传感器输出低电平，计时仪上相应的指示灯发光，计时仪开始计时；在滑块再滑到第二个对应导轨下面的霍尔开关位置时，霍尔开关传感器输出低电平，计时仪上相应的指示灯发光，计时仪停止计时，并保持所计的时间到按RESET键前。

若滑块接触导轨面的磁性为S极，不会使霍尔开关传感器输出低电平，计时仪不计时。

　　⑶由于滑动摩擦系数与接触表面有关，务请实验前用柔软的纸仔细擦拭实验导轨和实验滑块。

请留意湿度和灰尘对滑动摩擦的影响。

【思考题】

　　1．磁阻尼系数的大小与哪些因素有关？

篇三：

大学物理演示实验

　　大学物理演示实验姓名：

任红红学号：

14XX0103

　　电磁阻尼摆

　　实验目的

　　1.观察金属摆在交变电场中，由于涡流的存在而受到的阻尼。

　　2.通过实验了解涡流的产生以及作用原理

　　3.通过强阻尼摆和弱阻尼摆的衰减快慢分析影响阻尼因子实验器材

　　电磁阻尼摆演示仪，220伏交流电源，如图（a）（b）所示。

　　ab

　　实验原理

　　在线圈未加电时，电磁铁没有被励磁，所以，摆动不受阻碍。

但当线圈通有交流电时，电磁铁被励磁，由于摆动使穿过摆的磁通量发生改变，因而产生感应电动势，进而产生感应电流，这就是涡电流。

按楞次定律，涡电流的磁场与原磁场的作用，阻碍摆锤的运动，这就是电

　　磁阻尼作用。

若是开口摆锤，涡电流减小，阻尼作用也减小,若未开口，若未开口，则电流比较大，阻尼作用也大。

当金属摆锤在两磁极间往复通过时，磁通量发生变化，因而产生感应电流,这就是涡电流。

按照楞次定律，涡电流的磁场与原磁场的作用，阻碍摆锤的运动。

阻尼摆的阻尼现象是涡流作用的实例。

铝片在磁场中摆动切割磁力线产生了涡流，涡流在磁场中受力方向与摆动方向相反，因而阻碍了它和磁场的相对运动。

在摆片上开断糟，是为了使涡流回路的截面积变小，电阻增大，产生的涡流强度减弱，故制动作用大大减小，摆幅的衰减就比较慢。

　　实验操作与现象

　　?

在未通电时，观察金属摆是否能自由地摆动（忽略机械损耗和空气阻力）。

　　实验现象：

在未通电时，块式和耙式铝片均正常自由摆动

　　?

接通交流电源，再观察金属摆摆动的情况，是否很快就停了下来？

接通交流电源之后，块状铝片立马停下来，而耙式铝片缓慢的停下来，但相对于没有通电时要快些停下来。

　　原理应用

　　电磁炉

　　电磁炉采用了磁场感应涡流加热原理，它利用交变电流通过线圈产生交变磁场，当磁场内的磁感线传到含铁质锅的底部时，即会产生无数强大的小涡流，使锅本身自行迅速发热，然后再加热锅内的食物。

感应加热

　　利用足够大的电力在导体中产生很大的涡流，导体中电流可以发热，使金属受热甚至熔化。

所以制造了感应炉，用来冶炼金属。

在感应炉中，有产生高频电流的大功率电源和产生交变磁场的线圈，线圈的中间放置一个耐火材料（例如陶瓷）制成的坩埚，用来放有待熔化的金属。

涡流感应加热的应用很广泛，如用高频感应炉冶炼金属，用高频塑料热压机过塑，以及把涡流热疗系统用于治疗，金属材料学中常用于感应淬火、感应退火等方法来提高工件的表面硬度与耐磨性。

感应加热的优点：

　　1.非接触式加热，热源和受热物件可以不直接接触

　　2.加热效率高，速度快，可以减少表面氧化现象

　　3.容易控制温度，提高加工精度

　　4.可实现局部加热

　　5.可实现自动化控制