Name: dc motors and generator action
Uploaded: 2023-04-30T06:43:07.000Z
Duration: 9 min 29 s
Channel: JoVE

K12 Standards

Arizona Science Standards

High School

Physical Science

HS.P3

HS.P3U2.7

DC Motors

1. Tests de DC
<ol><li>Avec la faible puissance DC alimentation limitée à 0,8 A, connectez les bornes d’alimentation à l’armature de machine de DC.</li>
	<li>Enregistrer de l’alimentation en tension continue et lectures actuelles.</li>
	<li>Estimer la résistance de chaque enroulement.</li>
	<li>Répéter pour les autres enroulements, dérivation champ et le champ de la série, un à la fois.</li>
	<li>Éteindre et débrancher l’alimentation CC de faible puissance.</li>
	<li>La valeur du rhéostat de champ intégré une résistance maximum et mesurer sa résistance.</li>
	<li>La valeur du rhéostat de champ de série (externe) la résistance maximum et mesurer sa résistance.</li>
</ol>2. moteur primaire Setup et rémanent
Le moteur primaire dans cette expérience est la machine synchrone, qui fonctionne comme un moteur qui fait tourner le rotor de générateur DC (induit).
<ol><li>Assurez-vous que l’interrupteur-sectionneur moteur triphasé, moteur synchrone interrupteur et interrupteur du moteur DC sont tous éteints.</li>
	<li>Vérifiez que le thyristor est à 0 %.</li>
	<li>Câblez le thyristor à la sortie du moteur triphasé et le programme d’installation illustré à la Fig. 5.</li>
	<li>Vérifiez que l’interrupteur « Démarrer/Exécuter » est dans la position « Start ».</li>
	<li>Allumez l’interrupteur-sectionneur moteur triphasé.</li>
	<li>Allumez l’alimentation électrique de haute tension DC.</li>
	<li>Assurez-vous que toutes les connexions sont claires les bornes d’alimentation.</li>
	<li>Appuyez sur la « V / je DIS » bouton sur l’alimentation pour afficher la tension et les points de fonctionnement actuels. Réglez le bouton de tension à 125 V.<ol>
<li>N’appuyez pas sur le bouton Démarrer.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Appuyez sur le bouton « Démarrer » sur le panneau d’alimentation de puissance DC.</li>
	<li>Augmentez lentement la sortie transfo variable jusqu'à ce que VAC1 indique 120 V.</li>
	<li>Lorsque le moteur synchrone atteint une vitesse d’équilibre, appuyer sur l’interrupteur Start/Run dans la position de marche.</li>
	<li>Mesurer et consigner la vitesse de rotation à l’aide de la lampe stroboscopique et noter VA.</li>
	<li>Coupez l’alimentation électrique DC et retourner le thyristor à 0 %.</li>
	<li>Le sélecteur de « Démarrer/exécuter » à « Démarrer ».</li>
	<li>Éteignez l’interrupteur-sectionneur moteur triphasé.</li>
</ol><img alt="Figure 5" src="/files/ftp_upload/10166/10166fig5.jpg"> Figure 5 : Une représentation schématique de la façon de configurer le moteur primaire. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/10166/10166fig5large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
3. DC Shunt générateur caractérisation
<ol><li>Du côté de générateur de DC, connectez le champ shunt en parallèle avec le champ induit tel qu’illustré à la Fig. 6.</li>
	<li>Utilisez le rhéostat intégré pour RFsh(ext)et le multimètre comme un ampèremètre pour mesurer j’aiFsh.</li>
	<li>« S1» garder ouverte pour un essai à vide.</li>
	<li>Garder "RFsh(ext)» au maximum de résistance.</li>
	<li>Allumez l’interrupteur-sectionneur moteur triphasé.</li>
	<li>Appuyez sur le bouton « Démarrer » sur le panneau d’alimentation de puissance DC.</li>
	<li>Augmentez lentement la sortie transfo variable jusqu'à ce que VAC1 indique 120 V.</li>
	<li>Lorsque le moteur synchrone atteint une vitesse d’équilibre, appuyer sur l’interrupteur « Démarrer/Exécuter » dans la position « Marche ».</li>
	<li>Mesurer la vitesse de l’arbre en utilisant la technique de stroboscope décrite ailleurs.</li>
	<li>Record VA situé cette condition à vide sur le côté du générateur DC.</li>
	<li>Réduire les RFsh(ext) jusqu'à ce que la tension générée à VA est environ 150 V.</li>
	<li>Après ce point, réduire "RFsh(ext)" en cinq étapes presque égales jusqu'à ce que la résistance minimale est atteinte.
	<ol>
<li>Pour chaque étape, mesurer VA et j’aiFsh.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Laisser RFsh(ext) à sa valeur minimale.</li>
	<li>Éteindre l’alimentation DC.</li>
	<li>Réduire le VARIAC sortie à 0 %.</li>
	<li>Déplacez l’ampèremètre mesure j’aiFsh pour mesurer IA.</li>
	<li>Redémarrez le programme d’installation comme décrit précédemment.</li>
	<li>Valeur RL 300 Ω et tourner sur « S1». Mesure de VA et IA.</li>
	<li>Mettez « S1, » la valeur RL Ω 200, puis tourner sur « S »1. Mesure de VAet IA.</li>
	<li>Mettez « S1, » la valeur RL Ω 100, puis tourner sur « S »1. Mesure de VAet IA.</li>
	<li>Coupez l’alimentation électrique DC et définissez le VARIAC sortie à 0 %.</li>
	<li>Préserver le côté générateur synchrone de l’installation.</li>
	<li>Déconnecter les connexions du générateur DC.</li>
	<li>Le sélecteur de « Démarrer/exécuter » à « Démarrer ».</li>
	<li>Éteignez l’interrupteur-sectionneur moteur triphasé.</li>
</ol><img alt="Figure 6" src="/files/ftp_upload/10166/10166fig6.jpg"> Figure 6 : Une représentation schématique de l’installation de génératrice shunt DC. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/10166/10166fig6large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
4. DC série génératrice caractérisation
<ol><li>Du côté de générateur de DC, connectez le champ de série en série avec le champ induit comme illustré en figure 7.<ol>
<li>Utilisez le rhéostat extérieur pour RFse(ext).</li>
		<li>Utiliser le rhéostat intégré comme RL et ont une résistance maximale.</li>
		<li>« S1» garder ouverte pour un essai à vide.</li>
		<li>Maintenir RFse(ext) à la résistance maximale.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Allumez l’interrupteur-sectionneur moteur triphasé.</li>
	<li>Appuyez sur le bouton « Démarrer » sur le panneau d’alimentation de puissance DC.</li>
	<li>Augmentez lentement la sortie transfo variable jusqu'à ce que VAC1 indique 120 V.</li>
	<li>Lorsque le moteur synchrone atteint une vitesse d’équilibre, appuyer sur l’interrupteur « Démarrer/Exécuter » dans la position « Marche ».<ol>
<li>Mesure de VA à cette condition à vide sur le côté du générateur DC.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Tourner sur « S1» et réduire les RFse(ext) au besoin, pour voir non nul VA.</li>
	<li>Varier RL en cinq étapes presque égales jusqu'à ce que ses 50 % est atteint, la valeur 300 Ω et tourner sur « S »1. Mesurer la vitesse, V,Aet IA.<ol>
<li>Mettez « S1, » la valeur RL Ω 200, puis tourner sur « S »1. Mesurer la vitesse, V,Aet IA.</li>
		<li>Mettez « S1, » la valeur RL Ω 100, puis tourner sur « S »1. Mesurer la vitesse, V,Aet IA.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Éteindre l’alimentation DC.<ol>
<li>Définissez le VARIAC sortie à 0 %.</li>
		<li>Préserver le côté générateur synchrone de l’installation.</li>
		<li>Déconnecter les connexions du générateur DC.</li>
		<li>Le sélecteur de « Démarrer/exécuter » à « Démarrer ».</li>
	</ol>
</li>
	<li>Éteignez l’interrupteur-sectionneur moteur triphasé.</li>
	<li>Démonter tous les fils et les compteurs.</li>
</ol><img alt="Figure 7" src="/files/ftp_upload/10166/10166fig7.jpg"> Figure 7 : Une représentation schématique de la série installation Générateur DC. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/10166/10166fig7large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
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Machines de DC sont significativement moins fréquentes qu’auparavant d’être avant l’invention de l’induction de l’AC et machines synchrones. Ils restent monnaie courantes dans les applications simples de faible puissance comme les jouets, petits robots et héritage. Aimant permanent DC machines, qui utilisent des aimants de terres rares abondantes, sont plus fréquentes que leurs homologues de shunt et série causé par une excitation plus simple, en particulier dans les applications de faible coût et faible complexité.

moteurs à courant continu

Source : Ali Bazzi, département de génie électrique, Université du Connecticut, Storrs, CT.
La machine DC fonctionne avec DC courants et tensions par opposition à une machine de AC, ce qui nécessite des tensions et courants alternatifs. Machines de DC ont été les premiers à inventer et à utiliser deux champs magnétiques qui sont contrôlés par le courant continu. La même machine peut être facilement modifiée pour être un moteur ou un générateur si l’excitation du champ approprié n’est disponible, puisque la machine DC comporte deux champs appelés champ et l’armature. Le domaine se trouve généralement du côté stator et l’armature est sur le côté du rotor (opposées ou dedans-dehors par rapport à AC machines). Excitation de champ peut être fournie par des aimants permanents ou un enroulement (bobine). Lorsque le courant est appliquée à la bobine d’armature ou de rotor, il traverse de la source CC à la bobine brosses qui sont fixes et tournants, montés sur le rotor tournant touchant les brosses. Lorsque la bobine d’armature de rotor est une boucle de courant et est exposée à un champ externe entre le stator ou le champ magnétique, une force est exercée sur la boucle. Étant donné que la boucle est « suspendu » des deux côtés du moteur à l’aide de roulements, la force produit un couple qui va tourner l’arbre du rotor plutôt que de déplacer dans n’importe quelle autre direction.
Cette rotation entraîne les champs magnétiques à aligner, mais en même temps, glisser anneaux changer de côté sur les pinceaux, ou « navette », et c’est ce qu’on appelle le processus de commutation. En cas de ce rachat, circuler le courant dans la bobine du rotor est inversé et les champs magnétiques s’opposent encore une fois, causant l’autre couple dans le même sens de rotation. Ce processus se poursuit et l’arbre du rotor tourne action moteur fournissant. Dans le fonctionnement du générateur, rotation mécanique est fournie à l’arbre du rotor et actuel sort le rotor après qu’il est induit en raison d’une bobine mobile sous un champ magnétique.
Les machines discutés dans cette expérience ont un enroulement de champ au lieu des aimants permanents. Un processus de commutation qui est essentiel au fonctionnement de la machine DC utilise des bagues collectrices et brosses pour transférer l’énergie du rotor (induit) vers le monde extérieur puisque le rotor est filature et avoir filature fils auraient tordre et les briser. Toutefois, ces brosses et collecteurs tournants présentent des inconvénients majeurs de fiabilité car ils nécessitent un entretien régulier, brosse de remplacement, nettoyage et peuvent provoquer des étincelles. Cela a conduit au remplacement de la plupart des machines DC par AC machines qui n’ont pas ces problèmes, et autres machines CC ont pour la plupart excitation de champ à un aimant permanent, comme dans les jouets et outils simples de faible puissance. "Machines" AC appelés brushless DC machines (ou BLDCs) sont des machines de AC qui utilisent un DC source et puissance inverseur électronique pour obtenir des tensions AC de l’onduleur.
L’objectif de cette expérience est de tester deux configurations principales de machine DC : shunt et série. Essais ont pour but d’estimer le flux résiduel dans la machine et à étudier les caractéristiques à vide et le chargement des configurations différentes.

Enroulements série transportent généralement un courant élevé évalué à armature nominale de la machine actuel, puisque les enroulements série et l’armature sont en série. Par conséquent, série enroulements sont censés être de l’ordre d’une mΩ à quelques Ω. Shunt enroulements devrait en revanche tirer courant minimal de la source qui leur puissance ainsi que de l’induit de la machine et par conséquent, ont des valeurs de grande résistance de dizaines à des centaines ou même des milliers de...

Moteurs à courant continu

Source: Ali Bazzi, Department of Electrical Engineering, University of Connecticut, Storrs, CT. 
The DC machine operates with DC currents and voltages as ...

Moteurs à courant continu, équipements d’entraînement, allant des petits jouets et des outils électriques rechargeables, aux véhicules électriques. Ces machines électromécaniques se composent d’une bobine conductrice interne, appelée armature, et d’un aimant externe, appelé stator. Une source CC fournit du courant à l’induit par le biais d’une glissière de collecteur. Induisant une force électromagnétique et permettant la rotation de la boucle. L’amplitude de la force électromagnétique dépend de l’angle entre le champ magnétique et la bobine, créant des fluctuations de couple avec la rotation. Plusieurs enroulements, espacés autour de l’armature, minimisent les fluctuations de couple et empêchent la forme du collecteur de court-circuiter l’alimentation. Le glissement du collecteur change périodiquement la direction du courant à travers la bobine, empêchant ainsi l’alignement des champs magnétiques. Cette vidéo présente les configurations de moteurs à courant continu et démontre la mesure des caractéristiques de performance des moteurs à courant continu, telles que la vitesse, le courant et la tension avec une charge variable. Les statères à aimant permanent, dans les machines à courant continu, sont les plus courantes, cependant, lorsque le champ magnétique des statères est produit par des enroulements de conducteur, les caractéristiques de performance, telles que la vitesse et le couple de sortie, peuvent être modifiées par la conception du champ électrique. Par exemple, la vitesse est liée à la tension développée par le moteur, appelée force électromoteur, ou CEM. De même, le couple est proportionnel au courant. Ces caractéristiques varient en fonction de la conception du moteur et influencent la conception du moteur sélectionné pour certaines applications. Les quatre configurations électroniques de base des machines à courant continu sont excitées séparément, shunt, série et composée. Les moteurs à excitation séparée utilisent des alimentations distinctes pour le champ et l’induit, ce qui permet un contrôle indépendant pour supporter des charges variables. Dans la conception shunt, la configuration la plus courante, les enroulements de champ sont connectés parallèlement à la charge d’induit, avec une alimentation CC commune. Cela permet une vitesse réglable avec une charge variable, ce qui est utile dans les machines-outils et les pompes centrifuges. En configuration série, une alimentation CC alimente le champ et l’induit en série. Cela permet d’obtenir un couple de démarrage plus élevé pour surmonter les charges internes dans les équipements, tels que les trains, les ascenseurs ou les treuils. Les moteurs composés utilisent à la fois des circuits shunt et en série pour un couple de démarrage élevé et une régulation de vitesse. Le champ de shunt peut être chargé avant ou après le champ de série. Maintenant que les configurations des moteurs à courant continu ont été décrites, l’analyse des relations de courant, de tension et de charge dans les moteurs à courant continu shunt sera démontrée. Les données collectées lors des tests DC peuvent être utilisées pour construire des modèles de circuits équivalents si nécessaire. Avant de mesurer les caractéristiques électriques du moteur à courant continu, réglez l’alimentation CC de faible puissance sur 0,8 ampères et connectez les bornes d’alimentation à l’induit de la machine. Ensuite, enregistrez la tension et le courant d’alimentation. Ensuite, utilisez un multimètre pour mesurer la tension et le courant aux bornes de l’induit, en enroulant le champ de dérivation et le champ en série. Utilisez les données pour estimer la résistance de chaque composant. Après avoir mesuré les caractéristiques de base du générateur de moteur à courant continu, réglez le rhéostat de champ intégré aux paramètres maximum et mesurez sa résistance. Enfin, réglez le rhéostat de champ en série externe à sa limite supérieure et mesurez sa résistance. Après les tests du moteur à courant continu, une machine synchrone est utilisée pour faire tourner l’armature de la machine à courant continu. Ainsi, la machine à courant continu fonctionne comme un générateur, sans excitation de champ, puis sans charge. Dans ces conditions, la tension aux bornes est égale à la force électrométrique. La vitesse de rotation du générateur est mesurée et utilisée pour calculer le magnétisme conservé par l’induit en l’absence d’excitation de la bobine, appelée magnétisme résiduel. Tout d’abord, vérifiez que le sectionneur triphasé, le moteur synchrone et le moteur à courant continu sont tous éteints. Ensuite, fixez un petit morceau de ruban adhésif au rotor externe du moteur à courant continu. Après avoir vérifié que le variac est réglé à zéro pour cent, câblez le variac à la sortie triphasée. Ensuite, connectez la configuration comme indiqué. Vérifiez ensuite que l’interrupteur de démarrage est en position de départ. Après les réglages du variac, vérifiez que toutes les connexions sont dégagées des bornes d’alimentation. Ce n’est qu’alors qu’il faut allumer le sectionneur triphasé. Ensuite, allumez l’alimentation CC haute tension, appuyez sur le bouton d’affichage VI pour afficher le courant final de fonctionnement et réglez le bouton de tension sur 125 volts. N’appuyez pas sur le bouton de démarrage avant d’avoir réglé le bouton de tension. Appuyez sur le bouton de démarrage du panneau d’alimentation CC et allumez l’équipement. Ensuite, augmentez lentement la sortie variac jusqu’à ce que la tension aux bornes indique 120 volts. Lorsque le moteur synchrone atteint une vitesse de rotation stable, basculez l’interrupteur de démarrage pour fonctionner. Faites attention aux changements de bruit de la machine. Le son de la machine devient monotone à l’état stable. Utilisez la lumière stroboscopique pour figer le mouvement du moteur en synchronisant la vitesse du stroboscope avec la vitesse de rotation du moteur. Le ruban adhésif fixé au rotor apparaîtra immobile lorsque la lumière stroboscopique sera synchronisée. Vérifiez que ce taux correspond à la vitesse du moteur en augmentant lentement le taux stroboscopique pour synchroniser le ventilateur au taux le plus élevé suivant. Si c’est le cas, ce sera le double du premier taux de synchronisation stroboscopique observé. Cette séquence de démarrage sera répétée avant chaque essai ultérieur. Après le démarrage, enregistrez la vitesse de rotation du moteur et la tension de l’induit. Utilisez ensuite ces données pour calculer l’intensité du champ magnétique résiduel. Les machines à courant continu sont utilisées dans une variété d’applications. Une fois que les paramètres de fonctionnement des différentes machines sont caractérisés, ils peuvent être choisis en fonction des spécifications de conception d’un appareil particulier. Le générateur CC peut être caractérisé dans diverses configurations, telles que la configuration shunt. Avec l’interrupteur S1 ouvert, pour un test sans charge, les résistances de charge de fin de champ sont réglées au maximum. Ensuite, la vitesse de l’arbre et la tension aux bornes sont enregistrées comme décrit précédemment. La résistance de dérivation est réduite en cinq étapes jusqu’à ce que la résistance minimale soit atteinte. Et la tension et le courant aux bornes de la résistance shunt mesurés. Le moteur peut être mesuré avec des charges simulées à l’aide de résistances de charge, selon le même protocole. Chaque type de générateur à courant continu a sa propre sortie de courant de tension. Les générateurs shunt peuvent fournir une tension pour une large gamme de charge de courant, tandis que les générateurs en série fournissent une tension croissante avec la charge de courant. Dans une variété d’applications, où une source d’alimentation sans fil est préférée, comme les prothèses motorisées, les moteurs à courant continu sont l’actionneur de choix. Dans les prothèses de membre inférieur contrôlées par neur, des capteurs de surface ou transdermiques sont utilisés pour envoyer des signaux aux articulations motorisées du membre de remplacement, tout comme dans une jambe intacte. La flection de la porte et du pied est contrôlée de manière plus naturelle et intuitive qu’il ne serait possible de le faire avec un remplacement de membre rigide. Vous venez de regarder l’introduction de Jupiter aux moteurs à courant continu. Vous devez maintenant comprendre le fonctionnement d’un moteur à courant continu et comment caractériser ses paramètres. Merci d’avoir regardé.

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Génie électrique

dc motors and generator action

DC machines use direct current and direct voltage to create motion or generate electricity. They were the first machines of this kind to be invented. A DC machine works with two magnetic fields that are controlled by DC currents, and the same machine can be set up as either a motor or a generator when the right field excitation is available.

In a DC machine, the field is usually on the stator side and the armature is on the rotor side. That arrangement is the reverse of what is found in many AC machines. The field can come from permanent magnets or from a winding, which is a coil of wire.

When current reaches the armature coil, it passes from the DC source through brushes and slip rings. The brushes stay still, while the slip rings are mounted on the rotating rotor and touch the brushes as the rotor turns. A current-carrying loop in the armature, when placed in the field from the stator or field magnet, feels a force.

Because the loop is supported by bearings, that force creates torque. Torque makes the rotor shaft spin instead of moving in some other direction. As the shaft turns, the magnetic fields line up, and the slip rings switch sides on the brushes. This switching is called commutation.

During commutation, the current in the rotor coil reverses. The magnetic fields then oppose each other again, which keeps producing torque in the same direction. The cycle repeats, and the rotor shaft continues to spin. That is how the machine produces motor action.

In generator operation, the process is reversed. Mechanical rotation is applied to the rotor shaft, and current is induced in the moving coil under a magnetic field. The machines discussed here use a field winding rather than permanent magnets.

Brushes and slip rings are critical because they transfer energy between the spinning rotor and the outside circuit. They are needed because spinning wires would twist and break. At the same time, these parts have reliability problems. They need regular maintenance, brush replacement, and cleaning, and they may also cause sparking.

These drawbacks have led most DC machines to be replaced by AC machines that do not have the same issues. The DC machines that remain are often simple systems with permanent magnet field excitation, such as toys and low-power tools. AC machines called brushless DC machines, or BLDCs, use a DC source and a power electronic inverter to produce AC voltages.

The experiment in this collection focuses on two DC machine setups: shunt and series. It also aims to estimate the residual flux in the machine. In addition, it studies the no-load and loading characteristics of the different configurations.

DC Motors and Generator Action

electrical safety precautions and basic equipment

electrical-safety-precautions-and-basic-equipment

Safe Handling of High-Voltage Lab Power

Safe handling of high-voltage lab power is essential in electric machine and power electronics experiments. These labs involve electrical currents, voltages, power, and energy that require extreme care. The systems used in this work can include three-phase AC voltage at 208 V, 230 V, or 480 V. They may also use up to 250 V DC and currents that can reach 10 A. These levels can be dangerous if handled without proper attention. Electrocution can happen when electricity passes through the body.

characterization of magnetic components

B-H Curves and Inductor Core Limits

Magnetic components such as inductors and transformers depend on the core material around their windings. In this experiment, students get hands-on experience with these parts from both a design view and a material view. The work focuses on B-H curves, which show the magnetic behavior of a material. A B-H curve describes the magnetic flux density the core can support as current flows through the windings. It also helps show the limit before magnetic saturation occurs. Magnetic saturation...

introduction to the power pole board

Power Pole Board for DC/DC Converter Labs

The HiRel Power Pole Board is a flexible tool for studying DC/DC converters. A DC/DC converter changes direct-current voltage and current from one level to another. In many cases, voltage conversion is the main goal. This board supports several converter types on one platform. It can be used to examine boost converters, which step voltage up, and buck converters, which step voltage down. It also helps students study buck-boost converters, which can step voltage up or down. The board is also...

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Stepping Up DC Voltage with Boost Converters

DC voltage can be increased with a boost converter. This step-up circuit is useful in many applications where a DC source must be raised without first converting it to AC, using a transformer, and then rectifying the transformer output. A boost converter uses an inductor as an energy storage device. The inductor supports the output with extra energy in addition to the DC input source. That added energy raises the output voltage. This experiment studies several characteristics of a boost...

dc/dc buck converter

Buck Converter Step-Down DC Voltage

A DC/DC buck converter steps down DC voltage in an efficient, regulated way. Unlike transformers, which easily raise or lower AC voltage and current, DC systems need switching power converters to change voltage levels. The buck converter works by chopping the input DC voltage with a series input switch. An L-C low-pass filter then smooths the chopped signal and extracts the average output voltage. A diode gives the inductor current a path when the switch is off during part of the switching...

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Flyback Converter Voltage Step-Up and Step-Down

A flyback converter is a buck-boost converter that can both step voltage up and step it down. It also provides electrical isolation between the input and the output by using a coupled inductor, or flyback transformer. The coupled inductor acts like a transformer with a turns ratio, but it also stores energy through the air gap. This setup gives the converter both voltage step-up and step-down capability. In the experiment, the converter is studied in open-loop operation with a manually set...

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Single Phase Transformer Testing

Single-phase transformers step up or step down AC voltage in electric power systems. They are stationary electric machines with primary and secondary coils, also called windings. The primary winding receives the applied voltage, and the secondary winding delivers the changed voltage. Inside the transformer, current in one winding creates magnetic flux in the core. This flux links the two windings and transfers energy between them. With AC current, the changing flux induces voltage in the...

single phase rectifiers

AC to DC Conversion with Rectifiers

Rectifiers convert AC power into DC power for electronic circuits. A DC power supply provides unidirectional voltage and current. Batteries can do this, but they are limited by lifetime and cost. Using a rectifier is another way to turn AC line power into DC power. A rectifier is a device that lets current pass in one direction and blocks it in the other. It works after a forward voltage threshold is reached. Rectifiers may use a diode, a silicon controlled rectifier, or other silicon P-N...

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Controlling SCR Half-Wave Rectification

Thyristors, also called silicon controlled rectifiers (SCRs), are used to control current in a rectifier circuit. Like diodes, they let current pass from the anode to the cathode and block current in the opposite direction. Unlike a diode, a thyristor can be turned on with a gate terminal that receives a small current pulse. A thyristor is a four-layer device with alternating n-type and p-type layers. These layers form a PNPN structure with three junctions. The device has three terminals. The...

single phase inverter

DC to AC Conversion with Half-Bridge Inverters

DC to AC conversion is the main idea behind a power inverter. DC power flows in one direction, while AC current changes direction at about 50-60 Hz. Many electronic devices are designed to run on AC power, so a DC source must be inverted before it can be used with them. An inverter makes this change through switching action. The switches repeatedly flip the polarity of the input DC source at the output, or load side, for part of a switching period. A typical power inverter needs a stable DC...

dc motors

DC machines use direct current and direct voltage to create motion or generate electricity. They were the first machines of this kind to be invented. A DC machine works with two magnetic fields that are controlled by DC currents, and the same machine can be set up as either a motor or a generator when the right field excitation is available. In a DC machine, the field is usually on the stator side and the armature is on the rotor side. That arrangement is the reverse of what is found in many...

ac induction motor characterization

Three-Phase Motor Equivalent Circuit Tests

Three-phase induction motor testing can be used to find equivalent circuit parameters. The experiment uses the per-phase equivalent circuit to model the motor. This model keeps the important behavior of the original system and makes calculations easier. The procedure uses tests similar to those used in transformer characterization. These measurements help estimate the motor's circuit values from its electrical response. The experiment also aims to operate the motor in the linear torque-speed...

vfd-fed ac induction machine

Variable Frequency Drive Speed Control

Variable frequency drives, or VFDs, control the speed of AC induction motors. They are a type of adjustable speed drive and are becoming standard equipment for powering most AC induction motors. In industrial and automation settings, VFDs can provide strong control of motor speed, torque, or position. This experiment focuses on speed control with open-loop operation. It uses constant voltage-to-frequency ratio control, also called V/f control. The motor usually operates at a rated stator flux,...

ac synchronous machine synchronization

Grid Connection of AC Synchronous Generators

AC synchronous generators are a major source of electrical power worldwide. They are three-phase, wound-rotor machines that are used in many power plants. These generators need a prime mover and an exciter to produce power. A prime mover is the device that spins the generator, often a turbine driven by fluid. That fluid can come from water flowing from a dam through a long nozzle or from steam made by burning coal. Most power plants use synchronous generators, including coal, nuclear, natural...

ac synchronous machine characterization

Three-Phase Synchronous Motor Starting and V-Curves

Three-phase synchronous motors and generators are important AC machines. Wound-rotor synchronous motors are less common than permanent magnet rotor synchronous motors because the rotor field uses brushes. Synchronous generators are much more common. They are used in most existing power plants because they provide excellent frequency and voltage regulation. A synchronous motor runs at the same speed as the stator magnetic field. This gives it almost 0% speed regulation, so the rotor speed stays...

electrical engineering

Cette collection commence par une vidéo présentant les bonnes pratiques pour travailler en sécurité dans un laboratoire d'électricité. Les vidéos suivantes présentent des éléments tels que les inducteurs, les transformateurs, les convertisseurs, les redresseurs et les onduleurs.

Explore how DC machines use brushes, slip rings, commutation, and field excitation to act as motors or generators, with shunt and series tests.

DC Motors and Generator Action | JoVE K12

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South Carolina College and Career Ready Science Standards

Physics

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Motion and Stability: Forces and Interactions

P-PS2-6.

Georgia Standards of Excellence

9-12

SP5.

Applications in Motors and Generators

Ali Bazzi

Overview

Principles of DC Motors

DC Tests

Measurement of Residual Magnetism

Applications

Summary

Position and Displacement

The position of an object defines its location relative to a convenient frame of reference at any particular time. A frame of reference is an arbitrary ...

Average Velocity

To calculate the other physical quantities in kinematics, we must introduce the time variable. The time variable allows us not only to state the position ...

Average Acceleration

The importance of understanding acceleration spans our day-to-day experiences, as well as the vast reaches of outer space and the tiny world of subatomic ...

Instantaneous Acceleration

Acceleration is in the direction of the change in velocity, but it is not always in the direction of motion. When an object slows down, its acceleration ...

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Velocity and Position by Graphical Method

Velocity and position can be calculated from the known function of acceleration as a function of time. The total area under the acceleration-time graph ...

Kinematic Equations - I

When an object moves with constant acceleration, the velocity of the object changes at a constant rate throughout the motion. The kinematic equations of ...

Kinematic Equations: Problem Solving

When analyzing one-dimensional motion with constant acceleration, the problem-solving strategy involves identifying the known quantities and choosing the ...

Force

Forces affect every moment of our life. Our bodies are held to the Earth by force, and they are held together by the forces of charged particles. When we ...

Mass and Weight

Mass and weight are often used interchangeably in everyday conversation. For example,&#160; medical records often show our weight in kilograms, but never ...

Newton's Laws of Motion

Source: Andrew Duffy, PhD, Department of Physics, Boston University, Boston, MA
This experiment examines at various situations involving two interacting ...

Newton's First Law: Introduction

Motion draws our attention. Motion itself can be beautiful, causing us to marvel at the forces needed to create spectacular sights, such as that of a ...

first-law-particles-in-one-dimensional-equilibrium

First Law: Particles in One-dimensional Equilibrium

Newton&#39;s first law of motion states that a body at rest remains at rest, or if in motion, remains in motion at constant velocity, unless acted on by a ...

Newton's Second Law

Newton&#39;s second law is closely related to his first law of motion. It mathematically gives the cause-and-effect relationship between force and changes ...

Force and Acceleration

Source: Nicholas Timmons,&#160;Asantha Cooray, PhD, Department of Physics &#38; Astronomy, School of Physical Sciences, University of California, Irvine, ...

Second Law: Motion under Same Force

Newton&#39;s laws can be applied to bodies at rest and bodies in motion. Newton&#39;s first law is applied to bodies in equilibrium, whereas the second ...

Newton's Third Law: Introduction

Whenever one body exerts a force on a second body, the first body experiences a force equal in magnitude and opposite in direction, to the force that it ...

Drawing Free-body Diagrams: Rules

The first step in describing and analyzing most phenomena in physics involves the careful drawing of a free-body diagram. Free-body diagrams are useful in ...

Free Body Diagrams: Examples

Solving problems that involve forces is easy using free-body diagrams. A free-body diagram is a sketch showing all the external forces that are acting on ...

Equilibrium and Free-body Diagrams

Source: Ketron Mitchell-Wynne, PhD, Asantha Cooray, PhD, Department of Physics &#38; Astronomy, School of Physical Sciences, University of California, ...

Collect, analyze and interpret data regarding the change in motion of an object or system in one dimension, to construct an explanation using Newton’s Laws.

HS.P3U1.6

Solving Problems in Physics

Problem-solving is the ability to apply general physical principles to specific situations, usually expressed by equations. It is an essential skill in ...

Problem Solving in Statics

Problem-solving in statics is a crucial aspect of engineering and physics that involves resolving issues associated with bodies in a state of equilibrium. ...

An Introduction to Mechanics

Humans have been making ships, shelters, pyramids, weapons, agricultural equipment, and many more items without recording the process or theory behind ...

Introduction to Structures

A structure is defined as a system of interconnected members designed to support or transfer forces and successfully withstand the loads acting on them. ...

Simple Trusses

A truss is a structural framework consisting of slender members connected at joints, designed to support external loads while minimizing material usage ...

Method of Joints

The method of joints is a commonly used technique to analyze the forces in structural trusses. The method is based on the principle of equilibrium, which ...

Rigid Body Equilibrium Problems - I

A rigid body is said to be in static equilibrium when the net force and the net torque acting on the system is equal to zero. To solve for rigid body ...

Stability of structures

Consider two rods connected at point O by a pin and a torsional spring of constant k. The ends of both the rods are pin-connected.
If both the rods are ...

Buckling of Steel Columns

Source:&#160;Roberto Leon, Department of Civil and Environmental Engineering, Virginia Tech, Blacksburg, VA
In the design of civil works, it is important ...

Machines

Machines are complex structures consisting of movable, pin-connected multi-force members that work together to transmit forces. One example of a machine ...

Rolling Resistance

When a solid cylinder rolls steadily on a rigid surface, the normal force applied by the surface on the cylinder is perpendicular to the tangent at the ...

Propulsion and Thrust

Source: Alexander S Rattner; Department of Mechanical and Nuclear Engineering, The Pennsylvania State University, University Park, PA
Aircraft, rockets, ...

Rocket Propulsion in Empty Space - I

The driving force for the motion of any vehicle is friction, but in the case of rocket propulsion in space, the friction force is not present. The motion ...

aerodynamic-performance-of-a-model-aircraft-the-dc-6b

Aerodynamic Performance of a Model Aircraft: The DC-6B

Source: Jose Roberto Moreto and Xiaofeng Liu, Department of Aerospace Engineering, San Diego State University, San Diego, CA
The low-speed wind tunnel is ...

airfoil-behavior-pressure-distribution-over-a-clark-y-14-wing

Airfoil Behavior: Pressure Distribution over a Clark Y-14 Wing

Source: David Guo, College of Engineering, Technology, and Aeronautics (CETA), Southern New Hampshire University (SNHU), Manchester, New Hampshire
An ...

Use mathematics and computational thinking to explain how Newton’s laws are used in engineering and technologies to create products to serve human ends.

DC Motors and Generator Action

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