电磁阻尼

增加系统稳定性的物理现象

电磁阻尼指的是当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的运动的这种现象。电磁阻尼现象源于电磁感应原理。

定义

在磁场中转动的线圈，会产生感应电动势。若线圈的外电路闭合，则在线圈中会产生感应电流。磁场对感应电流将产生安培力，形成与原来转动方向相反的力偶矩，对线圈的转动起阻尼作用。下列两种方法，分别演示短路线接上后，对灵敏电流计和电动机的电磁阻尼效果。

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。

验证电磁阻尼操作

验证方法一

目的：演示灵敏电流计的短路保护。

器材：灵敏电流计，导线等。

(1)将灵敏电流计摇动后，使指针有较大的摆动幅度。停止摇动后，可观察指一针要摆动多次，经一定时间才能停止下来。

(2)再次摇动灵敏电流计，使其有较大的摆幅。立即在两个接线柱上接上一根导线(短路线)，可发现指针摆幅迅速减小，比不连短路线时摆动的时间短得多。这是由于与指针相连的线圈在磁场中摆动时产生了感应电流，线圈受到安培力形成的阻力矩的作用，使指针摆幅迅速衰减。这样能起到阻尼保护的作用。

(3)再摇动已连上短路线的灵敏电流计，可见指针摆动幅度很小，且迅速停下。理由同操作(2)。

说明

(1)通常JD409或JD409-1型灵敏电流计的阻尼时间小于4S，因为此种灵敏电流计的动圈铝框是闭合的，已有一定的阻尼作用。所以本演示中最好采用老式的灵敏电流计(内部动圈铝框是不闭合的)，演示短路阻尼效果更好。

(2)实验说明灵敏电流计不用时，应在两接线柱上加上短路线，以达到阻尼保护的作用。防止在搬动或运输过程中，电流计受到振动，指针振幅过大而被撞弯或轴尖脱落等情况。

验证方法二

目的：演示电动机的短路制动方法。

器材：玩具电机，单刀双位开关，干电池，导线等。

(1)将玩具电动机、两节干电池、单刀双位开关用导线连接如图。

(2)将单刀双位开关扳到a，电动机即高速转动。切断电源，可见电动机断电后，仍能较长时间保持转动。记下从切断电源到完全停转的时间。

(3)再次将开关扳到a，电动机高速转动后，即将单刀双位开关扳到b。发现电动机会迅速停止转动。与操作(2)形成明显对比。这是因为已经高速转动的电动机转子，在切断供电后，仍在磁场中高速转动，转子中会产生感应电动势。若这时将外电路闭合(如开关打到b)，在电路中会产生感应电流，这时相当于一个发电机。具有感应电流的转子线圈，受到安培力力偶矩的制动作用，会使转动迅速停止下来。故这时电动机外部的短路线起到了对转子的电磁阻尼作用。

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