Name: b-h curves and inductor core limits
Uploaded: 2023-04-30T06:42:59.000Z
Duration: 10 min 41 s
Channel: JoVE

K12 Standards

Arizona Science Standards

High School

Physical Science

HS+Phy.P2

HS+Phy.P2U1.1

Characterization of Magnetic Components

1. זיהוי חדירה יחסית
בצע את ההליך כדי למצוא את החמיצה היחסית של המשרן הקטן (ליבת פריט צהוב / לבן). ממדי הליבה מוצגים ב- Fig. 2, ומספר הפניות הוא N=75.
<ol><li>באמצעות מד LCR, למדוד את האינדוקציה של המשרן הן 120 הרץ ו 1000 הרץ.</li>
	<li>לבנות את המעגל ב Fig. 1 על לוח פרוטו, אבל לשמור על פלט מחולל פונקציה מנותק מלוח הפרוטו.</li>
	<li>בדוק גשושית מתח דיפרנציאלית ובדיקת זרם ללא קיזוז עם הגשושית הנוכחית המחוברת בערוץ 1 ובדיקת המתח המחוברת בערוץ 2.</li>
	<li>שים לב לגורמי קנה המידה עבור הבדיקה הדיפרנציאלית על הגשושית עצמה ועל הטווח. הגדר את הבדיקה הדיפרנציאלית ל- 1/20 לרזולוציה טובה יותר.</li>
	<li>הגדר את הגשוש הנוכחי ל- 100 mV/A על הגשושית עצמה ופי 1 על הטווח. זכור שיש להשתמש בגורמי קנה מידה אלה בעת ביצוע חישובים.</li>
	<li>הגדר את פלט מחולל הפונקציות (מחבר פלט BNC של 50 Ω) בשיא של 10 V ובצורת גל סינוסואידית של 1000 הרץ. שים לב לצורת הגל באמצעות גשושית המתח הדיפרנציאלית.</li>
	<li>השאר את מחולל הפונקציה פועל גם כאשר הוא מנותק, אך הימנע מקצר את המסופים שלו. כיבוי מחולל הפונקציות מאפס הגדרות רבות.</li>
	<li>חבר את בדיקות הזרם והמתח כדי למדוד vC ו- i.</li>
	<li>ודא שהמעגל הוא לפי הרצ;א ושכל החיבורים נשמרים.</li>
	<li>חבר את מחולל הפונקציה למעגל.</li>
	<li>קח צילום מסך של הזרם והמתח הנמדדים עם לפחות שלוש תקופות המוצגות בנוסף לערכי השיא או RMS של האותות הנמדדים.</li>
	<li>מתפריט "תצוגה" בטווח, שנה את תבנית התצוגה מ- "YT" ל- "XY".</li>
	<li>התבונן בעקומת B-H על-ידי התאמת ידיות הכוונון האנכיות של ערוץ 1 וערוץ 2 עד שהעקומה תתאים למסך הטווח.</li>
	<li>כדי לראות עקומה יציבה יותר, השתמש באפשרות "persist" מתפריט התצוגה בהגדרה של 1 או 2 s.</li>
	<li>קח צילום מסך של עקומת B-H הנמדדת.</li>
	<li>התאם את תדר מחולל הפונקציות ל- 120 הרץ וכבוש מחדש את צילום המסך של עקומת B-H לאחר התאמת הגדרות העקומה לפי הצורך.</li>
	<li>נתק את מחולל הפונקציות והסר את המשרן. שמור על שאר המעגל שלם.</li>
</ol><img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/10164/10164fig2.jpg"> איור 2: מידות ליבת המשרן הקטנה יותר. <a href="//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/10164/10164fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>
2. זיהוי מספר הפניות
המשרן השחור הגדול יותר (Bourns 1140-472K-RC) יש מספר לא ידוע של פניות. כדי לפשט את החישובים, להניח את הליבה להיות סולנואיד כל ליבת אוויר עם רדיוס של 1.5 ס"מ ואורך של 2.5 ס"מ. אם הנחה זו לא תילקח, הגיאומטריה של הליבה תצטרך להילקח בחשבון ותסבך את החישובים. עם זאת, הנחה זו עדיין סבירה בהתחשב בכך עם סולנואיד, שטף צריך לעבור באוויר משני צידי המכשיר והאוויר הוא מדיום נתיב השטף הדומיננטי.
<ol><li>באמצעות מד LCR, למדוד את האידוקציה של המשרן שסופק הן 120 הרץ ו 1000 הרץ.</li>
	<li>מניחים את המשרן במעגל המוצג ב- Fig. 1 , אשר עדיין צריך להיות שלם מן החלק הקודם של הניסוי.</li>
	<li>בדוק גשושית מתח דיפרנציאלית ובדיקת זרם ללא קיזוז עם הגשושית הנוכחית המחוברת בערוץ 1 ובדיקת המתח המחוברת בערוץ 2.</li>
	<li>שים לב לגורמי קנה המידה עבור הבדיקה הדיפרנציאלית על הגשושית עצמה ועל הטווח. הגדר את הבדיקה הדיפרנציאלית ל- 1/20 לרזולוציה טובה יותר.</li>
	<li>הגדר את הגשוש הנוכחי ל- 100 mV/A על הגשושית עצמה ופי 1 על הטווח. זכור כי יש להשתמש בגורמי קנה מידה אלה בעת ביצוע חישובים המשתמשים במדידות או בלכידות נתונים לניתוח נוסף.</li>
	<li>הגדר את פלט מחולל הפונקציות (מחבר פלט BNC של 50 Ω) בשיא של 10 V ובצורת גל סינוסואידית של 1000 הרץ. שים לב לצורת הגל באמצעות גשושית המתח הדיפרנציאלית.</li>
	<li>השאר את מחולל הפונקציה פועל גם כאשר הוא מנותק, אך הימנע מקצר את המסופים שלו. כיבוי מחולל הפונקציות מאפס הגדרות רבות.</li>
	<li>חבר את בדיקות הזרם והמתח כדי למדוד vC ו- i.</li>
	<li>בדוק את המעגל וודא שהחיבורים רצויים.</li>
	<li>חבר את מחולל הפונקציה למעגל.</li>
	<li>קח צילום מסך של הזרם והמתח הנמדדים עם לפחות שלוש תקופות המוצגות בנוסף לערכי השיא או RMS של האותות הנמדדים.</li>
	<li>מתפריט "תצוגה" בטווח, שנה את תבנית התצוגה מ- "YT" ל- "XY".</li>
	<li>התבונן בעקומת B-H על-ידי התאמת ידיות הכוונון האנכיות של ערוץ 1 וערוץ 2 עד שהעקומה תתאים למסך הטווח.</li>
	<li>כדי לראות עקומה יציבה יותר, השתמש באפשרות "persist" מתפריט התצוגה בהגדרה של 1 או 2 s.</li>
	<li>קח צילום מסך של עקומת B-H הנמדדת.</li>
	<li>התאם את תדר מחולל הפונקציות ל- 120 הרץ וכבוש מחדש את צילום המסך של עקומת B-H לאחר התאמת הגדרות העקומה לפי הצורך.</li>
	<li>כבה את מחולל הפונקציה ופרק את המעגל.</li>
</ol>עקומת 3.B-H של שנאי 60 הרץ
השנאי המשמש בהדגמה זו יורד 115 V RMS ל 24 V RMS, אך ניתן להשתמש בו רק לאפיון עקומת B-H בניסוי זה, ולכן נעשה שימוש רק במסופי RMS 120 V. מידות השנאי מוצגות בתג 3.
<ol><li>באמצעות מד LCR, למדוד את האינדוקציה של 115 V-צד מתפתל ב 120 הרץ (קרוב יותר מדורג 60 הרץ).</li>
	<li>ודא שמתג הניתוק תלת-פאזי נמצא במצב כבוי.</li>
	<li>חבר את הכבל המשולש ל- VARIAC.</li>
	<li>בנה את המעגל המוצג בתאנה 4. שהשני ישב בצד של הלוח הפרוטו. השתמש בכבלי בננה כדי לחבר AC1 ו- N מן VARIAC ללוח הפרוטו.</li>
	<li>ודא שה-VARIAC מוגדרת ב- 0%.</li>
	<li>בדוק גשושית מתח דיפרנציאלית ובדיקת זרם ללא קיזוז עם הגשושית הנוכחית המחוברת בערוץ 1 ובדיקת המתח המחוברת בערוץ 2.</li>
	<li>שים לב לגורמי קנה המידה עבור הבדיקה הדיפרנציאלית על הגשושית עצמה ועל הטווח. הגדר את קנה המידה של הבדיקה הדיפרנציאלית ל- 1/200.</li>
	<li>הגדר את הגשוש הנוכחי ל- 100 mV/A על הגשושית עצמה ופי 1 על הטווח. זכור שיש להשתמש בגורמי קנה מידה אלה בעת ביצוע חישובים.</li>
	<li>חבר את בדיקות הזרם והמתח כדי למדוד vC ו- i.</li>
	<li>בדוק את המעגל.</li>
	<li>הפעל את מתג הניתוק המשולש והתאימו לאט את ה-VARIAC עד להגעה ל-90%.</li>
	<li>קח צילום מסך של הזרם והמתח הנמדדים עם לפחות שלוש תקופות המוצגות בנוסף לערכי השיא או RMS של האותות הנמדדים.</li>
	<li>מתפריט "תצוגה" בטווח, שנה את תבנית התצוגה מ- "YT" ל- "XY".</li>
	<li>התבונן בעקומת B-H על-ידי התאמת ידיות הכוונון האנכיות של ערוץ 1 וערוץ 2 עד שהעקומה תתאים למסך הטווח.</li>
	<li>כדי לראות עקומה יציבה יותר, השתמש באפשרות "persist" מתפריט התצוגה בהגדרה של 1 או 2 s.</li>
	<li>קח צילום מסך של עקומת B-H הנמדדת.</li>
	<li>שחזר את ה- VARIAC ל- 0%, כבה את מתג הניתוק ופרק את המעגל.</li>
</ol><img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/10164/10164fig3.jpg"> איור 3: מידות ליבת השנאי. <a href="//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/10164/10164fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 4" src="/files/ftp_upload/10164/10164fig4.jpg"> איור 4: בדוק מעגל כדי לקבוע את עקומת B-H של שנאי 60 הרץ. אנא לחץ כאן כדי להציג <a href="//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/10164/10164fig4large.jpg" target="_blank">גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>

למרות משרן והתקנים אלקטרו-מגנטיים אחרים (למשל,שנאים) נפוצים מאוד במערכות חשמליות, אלקטרוניות ומכאניות רבות, קניית משרים ליישום מסוים אינה טריוויאלית. גם כאשר נרכש משרן, ייתכן שעדיין יש מידע על חומר הממשי, מספר הפניות ופרטים אחרים. הבדיקות בניסוי זה שימושיות במיוחד עבור מהנדסים וטכנאים המתכננים לבנות משרן משלהם או לאפיין את אלה מחוץ למדף. זה נפוץ עם יישומי אלקטרוניקה כוח(למשל,ממירי DC / DC) כמו גם יישומי כונן מנוע חשמלי(למשל,משרן מסנן AC) שבו מידע נוסף רצוי על המשרן ביד.

אפיון רכיבים מגנטיים

מקור: עלי באזי, המחלקה להנדסת חשמל, אוניברסיטת קונטיקט, סטורים, CT.
מטרת הניסוי היא להשיג ניסיון מעשי עם רכיבים מגנטיים שונים מנקודות מבט עיצוביות וחומריות. ניסוי זה מכסה עקומות B-H של חומר מגנטי ועיצוב משרן באמצעות זיהוי גורמי עיצוב לא ידועים. עקומת B-H של יסוד מגנטי, כגון משרן או שנאי, היא מאפיין של החומר המגנטי היוצר את הליבה שסביבה נכרכים פיתולים. מאפיין זה מספק מידע על צפיפות השטף המגנטי שהליבה יכולה להתמודד איתו ביחס לזרם הזורם בפיתולים. הוא גם מספק מידע על גבולות לפני הליבה רווי מגנטית, כלומר כאשר דוחף זרם יותר דרך סליל מוביל לא זרימת שטף מגנטי נוסף.

על מנת למצוא את החדרות היחסית של חומר הליבה, ניתן להשתמש בשתי גישות. הגישה הראשונה היא להשתמש במד LCR, שבו השראתו (L) של סליל שנעשה עם מספר ידוע של פניות (N) נמדדת, ולאחר מכן ניתן לחשב את החמידות היחסית כדלקמן:
חוסר רצון של הליבה: <img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/10164/10164eq7v2.jpg"> (7)
החמיצות היחסית (μr) היא אפוא:<...

Source: Ali Bazzi, Department of Electrical Engineering, University of Connecticut, Storrs, CT.
The objective of this experiment is to achieve hands-on ...

לאלמנטים מגנטיים, כגון משרנים או שנאים, יש תכונות אופייניות התלויות בחומר המגנטי היוצר את הליבה בתוך הסליל. כאשר זרם זורם בסליל משרן או שנאי, הוא יוצר שדה מגנטי. היכולת של חומר הליבה להחזיק את השדה המגנטי, הנקראת החדירות שלו, קובעת את עוצמת השדה, הנקראת כוח המגנטיות שלו. לאחר מכן הכוח הממגנט מייצר שטף מגנטי בליבת המשרן. במשרנים ובשנאי, הקשר בין כוח מגנטי לצפיפות שטף מוגדר כשטף המגנטי דרך שטח חתך וניתן לנתח אותו באמצעות עקומת BH. עקומת BH מתארת את חומר הליבה ומזהה את גבול הרוויה המגנטית שלו. זה קורה כאשר זרם נוסף דרך הפיתולים כבר לא מגביר את השטף המגנטי. סרטון זה ממחיש את מדידת עקומות BH עבור משרנים ושנאים ואת אפיון חומר הליבה וליפופי המשרנים. עקומת B-H מראה את הקשר בין צפיפות השטף המגנטי, B, ועוצמת השדה המגנטי, H. בתחילה, ככל שעוצמת השדה המגנטי גדלה, צפיפות השטף עולה גם לערך מקסימלי מסוים. לאחר נקודה זו, כל עלייה בעוצמת השדה המגנטי אינה מביאה לעלייה משמעותית בצפיפות השטף המגנטי והחומר נחשב לרווי. חומרים מגנטיים אמיתיים מציגים היסטרזיס מכיוון שהחומר ממוגנט לסירוגין בכיוונים החיוביים והשליליים. זה מרמז שכאשר עוצמת השדה המגנטי מצטמצמת בחזרה לאפס, נשארת מגנטיות שיורית מסוימת. השטח בתוך עקומת BH הוא פרופורציונלי לאובדן האנרגיה מכיוון שהחומר ממוגנט בכיוונים החיוביים והשליליים. חומר עם אובדן היסטרזיס נמוך יותר, כגון פלדה, משמש בדרך כלל בליבות שנאים בשל מאפיין זה. עקומת BH יכולה לשמש גם לתיאור חדירות של חומר, המחושבת כיחס בין צפיפות השטף המגנטי לעוצמת השדה המגנטי. זה קשור לעתים קרובות לחדירות של שטח פנוי ולכן נקרא חדירות יחסית. לחומרים בעלי רגישות מגנטית נמוכה מאוד, כמו עץ, יש חדירות יחסית נמוכה. כאשר לחומרים בעלי רגישות מגנטית גבוהה, כמו ברזל, יש חדירות יחסית גבוהה. על מנת ליצור עקומת B-H, תחילה יש לקבוע את צפיפות השטף, B. לשם כך נמדד קצב השטף של השינוי, שהוא יחסית למתח על פני הסליל באמצעות חוק פאראדיי. ניתן לזהות זאת באמצעות מעגל RC פשוט במקביל לסליל. למידע מפורט יותר על חישובים אלה, עיין בפרוטוקול הטקסט. ניתן למצוא את עוצמת השדה המגנטי, או H, באמצעות חוק אמפר ומשתנים מדידים, הזרם בסליל, מספר הסיבובים המתפתלים והאורך הממוצע של הליבה. ניתן להעריך את עקומת ה-BH של חומר ממדידות זרם ואינטגרל הזמן של המתח על פני האלמנט. כאשר מספר הסיבובים והממדים של היסודות ידועים גם הם, ניתן להגדיל אותם לכמויות בפועל. כעת, בואו נדגים כיצד למדוד חדירות יחסית ולחשב עקומות BH. בניסויים אלה נמדדים שלושה רכיבים מגנטיים, משרן קטן עם ליבת פריט, משרן שחור גדול יותר עם מספר סיבובים לא ידוע ושנאי 60 הרץ. התחל עם המשרן הקטן עם הממדים כפי שמוצג, וסיבוב מתפתל מספר 75. ראשית, מדוד את השראות המשרן ב-120 ו-1,000 הרץ באמצעות מד LCR. שנית, בנה את המעגל כפי שמוצג, תוך שמירה על פלט מחולל הפונקציות על 50 אוהם וכבל מחבר BNC מנותק. לאחר מכן, חבר את בדיקות המתח והזרם הדיפרנציאלי וודא שאין קיזוזים. הגדר את הגשושית הדיפרנציאלית ל-120 לרזולוציה טובה יותר. לבסוף, הגדר את הגשושית הנוכחית ל-100 מילי-וולט לאמפר על הגשושית ו-1x על ההיקף. ושימו לב לגורמי קנה המידה הללו לחישובים מאוחרים יותר. הגדר את פלט מחולל הפונקציות לצורת גל סוטו סינוס של 1,000 הרץ עם שיא של 10 וולט. מדוד VC ו-I, חבר את מחולל הפונקציות וודא שכל חיבורי המעגל הם כפי שמוצג. לאחר מכן, רשום את הזרם והמתח הנמדדים. לבסוף, שנה את פורמט תצוגת האוסילוסקופ מ-yt ל-xy כדי להציג את עקומת BH. כוונן את הערוץ הראשון ואת שני כפתורי הכוונון האנכיים עד שהעקומה תתאים למסך ההיקף. לאחר מכן, ייצב את העקומה על ידי הגדרת אפשרות ההתמדה עבור התצוגה. ואז, צלם צילום מסך של העקומה. לבסוף, כוונן את תדר מחולל הפונקציות ל-120 הרץ וצלם מחדש את צילום המסך של עקומת BH לאחר התאמת הגדרות העקומה לפי הצורך. לבסוף, נתק את מחולל הפונקציות והסר את המשרן. שמור על שאר המעגל שלם. כדי לקבוע את מספר הסיבובים עבור המשרן הגדול יותר, בואו נמדוד תחילה את עקומת ה-BH שלו. על מנת לפשט את החישובים, נניח שהליבה היא ליבה של כל האוויר. ראשית, מדוד את השראות המשרן ב-120 ו-1,000 הרץ באמצעות מד ה-LCR. לאחר מכן, הנח את המשרן במעגל ה- RC. מדוד את עקומת ה-B-H עבור המשרן הגדול יותר באמצעות אותו הליך המתואר עבור המשרן הקטן. התבונן ורשום את הזרם והמתח הנמדדים. הצג את עקומת B-H. כוונן את תדר מחולל הפונקציות ל-120 הרץ והתאם את הגדרות העקומה לפי הצורך. שנאים חד פאזיים מורכבים משני פיתולים המחוברים על ידי ליבה מגנטית. כאן נמדדת עקומת BH עבור שנאי 60 הרץ. בעזרת מד ה-LCR, מדוד את ההשראות של סלילת הצד של 115 וולט ב-120 הרץ. לאחר מכן, הרכיבו את המעגל על ידי חיבור AC1 ו-N מה-variac לצד הראשוני של השנאי דרך מעגל האב-לוח באמצעות כבלי בננה. התאם את גורמי קנה המידה ופרמטרי מחולל הפונקציות כפי שתוארו קודם לכן. כאשר ה-variac ב-90 אחוז, מדוד את הזרם והמתח. לאחר מכן, הצג והקלט את עקומת BH. אם ידועים מספר הסיבובים לסליל, אורך הליבה הממוצע ושטח החתך, אז השראות הסליל נמדדת ישירות, וניתן לחשב את החדירות היחסית. לחלופין, ניתן להשתמש בעקומת BH נמדדת כדי לקבוע חדירות יחסית של אלמנט ולאחר מכן לחשב את מספר הסיבובים בסליל. באזור הליניארי של עקומת BH, ניתן למצוא את החדירות היחסית מהשיפוע. באמצעות חדירות יחסית, ובהתחשב בכך שממדי ההשראות והליבה ידועים, ניתן לחשב בקלות את מספר הסיבובים באמצעות הקשר הבא. משרנים והתקנים אלקטרומגנטיים אחרים, כמו שנאים, נפוצים במערכות חשמליות, אלקטרוניות ומכניות רבות. רשת החשמל מספקת חשמל לצרכנים על ידי חלוקת חשמל במתח גבוה למרחקים ארוכים באמצעות קווי הולכה. נדרשים מתחים גבוהים למרחקים ארוכים כדי לפצות על הפסדי אנרגיה. שנאים משמשים לאורך קווי חשמל כדי להוריד את מתחי ההולכה הגבוהים יותר לרמות הנמוכות יותר הדרושות בתחנות חלוקה ולאספקת משתמשי קצה. שנאים מעבירים אנרגיה באמצעות אינדוקציה אלקטרומגנטית, המאפשרת הורדה מבוקרת של מתחי AC. הם מעוצבים בדרך כלל עם ליבות פלדה בגלל נקודת הרוויה המגנטית הגבוהה של הפלדה. מגנט הסטטור גורם לשדה מגנטי מסתובב ברוטור וגורם לרוטור להסתובב. למעשה, הסטטור הוא הפיתול העיקרי של שנאי, וכלוב הסנאי, הפיתול המשני. מנועי אינדוקציה AC משמשים במגוון גדול של יישומים. המנוע מורכב ממגנט פצע נייח חיצוני, והליבה הפרומגנטית הפנימית של הרוטור. בדרך כלל, סידור גלילי של סורגים מוליכים היוצרים את כלוב הסנאי. זה עתה צפיתם במבוא של JoVE לאפיון רכיבים מגנטיים. כעת עליך להבין כיצד למדוד עקומות BH של משרנים ושנאים, תוך זיהוי גורמי תכנון לא ידועים, כגון חדירות יחסית ומספר סיבוב. תודה שצפית.

Education

JoVE Science Education

Engineering

הנדסה

Electrical Engineering

הנדסת חשמל

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 means that adding more current to the coil no longer produces more magnetic flux in the core. The experiment also includes inductor design. Students identify unknown design factors by studying the magnetic component and its material response.

B-H Curves and Inductor Core Limits

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

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...

dc/dc boost converter

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...

flyback converter

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...

single phase transformers

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...

thyristor rectifier

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 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 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

This collection starts with an electrical safety video that introduces the best practices for commonly used equipment in an electrical laboratory. Subsequent videos introduce elements such as inductors, transformers, convertors, rectifiers, and inverters.

Explore B-H curves, magnetic saturation, and inductor design as students study how core materials affect inductors and transformers in this hands-on experiment.

B-H Curves and Inductor Core Limits | JoVE K12

Ali Bazzi

Overview

Principles of Magnetic Component Characterization

Measuring Relative Permeability

Identifying the Number of Turns

B-H Curve of a 60 Hz Transformer

Representative Results

Applications

Summary

Electrical Safety Precautions and Basic Equipment

Source: Ali Bazzi, Department of Electrical Engineering, University of Connecticut, Storrs, CT.
Electric machines and power electronics experiments ...

Magnetic Fields

Source: Yong P. Chen, PhD, Department of Physics &#38; Astronomy, College of Science, Purdue University, West Lafayette, IN
Magnetic fields can be ...

A moving charge or a current creates a magnetic field in the surrounding space, in addition to its electric field. The magnetic field exerts a force on ...

Solenoids

A solenoid is a conducting wire coated with an insulating material, wound tightly in the form of a helical coil. The magnetic field for a solenoid is the ...

Induction

An emf is induced when the magnetic field in a coil is changed by pushing a bar magnet into or out of the coil. emfs of opposite signs are produced by ...

Faraday's Law

Faraday&#39;s law state that the induced emf is the negative change in the magnetic flux per unit of time. Any change in the magnetic field or change in ...

Lenz's Law

The direction in which the induced emf drives the current around a wire loop can be found through the negative sign. However, it is usually easier to ...

Electric Generator: Alternator

Electric generators induce an emf by rotating a coil in a magnetic field. A simple alternator is an AC generator that creates electrical energy that ...

Magnetic Field due to Moving Charges

A stationary charge creates and interacts with the electric field, while a moving charge creates a magnetic field.
Consider a point charge moving with a ...

Magnetic Field of a Solenoid

A solenoid is a conducting wire coated with an insulating material, wound tightly in the form of a helical coil. The magnetic field due to a solenoid is ...

Magnetic Flux

The magnetic flux measures the number of magnetic field lines passing through a given surface area. The SI unit for magnetic flux is the weber (Wb). ...

Magnetic Force

In addition to the electric forces between electric charges, moving electric charges exert magnetic forces on each other. A magnetic field is created by a ...

DC Generator

An alternator converts mechanical energy into electrical energy that varies sinusoidally, resulting in AC current. Meanwhile, a DC generator converts ...

Plan and carry out investigations to design, build, and refine a device that works within given constraints to demonstrate that an electric current can produce a magnetic field and that a changing magnetic field can produce an electric current.

B-H Curves and Inductor Core Limits

Description

Transcript

Tags

More videos by Standards