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. Identificazione della permeabilità relativa
Seguire la procedura per trovare la permeabilità relativa del piccolo induttore (nucleo di ferrite giallo/bianco). Le dimensioni del nucleo sono mostrate in Fig. 2 e il numero di giri è N= 75.
<ol><li>Utilizzando un misuratore LCR, misurare l'induttanza dell'induttore sia a 120 Hz che a 1000 Hz.</li>
	<li>Costruisci il circuito in Fig. 1 su una proto-scheda, ma mantieni l'uscita del generatore di funzioni scollegata dalla proto-scheda.</li>
	<li>Controllare una sonda di tensione differenziale e una sonda di corrente per l'uscita di offset con la sonda di corrente collegata sul canale 1 e la sonda di tensione collegata sul canale 2.</li>
	<li>Notare i fattori di scala per la sonda differenziale sulla sonda stessa e sull'ambito. Impostare la sonda differenziale su 1/20 per una migliore risoluzione.</li>
	<li>Impostare la sonda corrente su 100 mV/A sulla sonda stessa e 1X sull'oscilloscopio. Tenere presente che questi fattori di ridimensionamento devono essere utilizzati durante l'esecuzione dei calcoli.</li>
	<li>Impostare l'uscita del generatore di funzioni (50 Ω connettore di uscita BNC) su 10 V di picco e forma d'onda sinusoidale a 1000 Hz. Osservare la forma d'onda utilizzando la sonda di tensione differenziale.</li>
	<li>Lasciare acceso il generatore di funzioni anche quando è scollegato, ma evitare di cortocircuitare i suoi terminali. La disattivazione del generatore di funzioni ripristina molte impostazioni.</li>
	<li>Collegare le sonde di corrente e tensione per misurare vC e i.</li>
	<li>Verificare che il circuito sia come desiderato e che tutte le connessioni siano mantenute.</li>
	<li>Collegare il generatore di funzioni al circuito.</li>
	<li>Fai uno screenshot della corrente e della tensione misurate con almeno tre periodi mostrati oltre ai valori di picco o RMS dei segnali misurati.</li>
	<li>Dal menu "Display" sull'ambito, modificare il formato di visualizzazione da "YT" a "XY".</li>
	<li>Osservate la curva B-H regolando le manopole di regolazione verticale del canale 1 e del canale 2 fino a quando la curva non si adatta allo schermo dell'oscilloscopio.</li>
	<li>Per visualizzare una curva più stabile, utilizzare l'opzione "persist" dal menu di visualizzazione con un'impostazione di 1 o 2 s.</li>
	<li>Fai uno screenshot della curva B-H misurata.</li>
	<li>Regolare la frequenza del generatore di funzioni a 120 Hz e riprendere lo screenshot della curva B-H dopo aver regolato le impostazioni della curva in base alle esigenze.</li>
	<li>Scollegare il generatore di funzioni e rimuovere l'induttore. Mantieni intatto il resto del circuito.</li>
</ol><img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/10164/10164fig2.jpg"> Figura 2: Dimensioni del nucleo dell'induttore più piccolo. <a href="//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/10164/10164fig2large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
2. Identificazione del numero di giri
L'induttore nero più grande (Bourns 1140-472K-RC) ha un numero imprecisato di giri. Per semplificare i calcoli, supponiamo che il nucleo sia un solenoide all-air-core con un raggio di 1,5 cm e una lunghezza di 2,5 cm. Se questa ipotesi non viene presa, la geometria del nucleo dovrà essere considerata e complicherà i calcoli. Tuttavia, questa ipotesi è ancora ragionevole dato che con un solenoide, il flusso deve passare attraverso l'aria su entrambi i lati del dispositivo e l'aria è il mezzo di flusso dominante.
<ol><li>Utilizzando il misuratore LCR, misurare l'induttanza dell'induttore fornito sia a 120 Hz che a 1000 Hz.</li>
	<li>Posizionare l'induttore nel circuito mostrato in Fig. 1 , che dovrebbe essere ancora intatto dalla parte precedente dell'esperimento.</li>
	<li>Controllare una sonda di tensione differenziale e una sonda di corrente per l'uscita di offset con la sonda di corrente collegata sul canale 1 e la sonda di tensione collegata sul canale 2.</li>
	<li>Notare i fattori di scala per la sonda differenziale sulla sonda stessa e sull'ambito. Impostare la sonda differenziale su 1/20 per una migliore risoluzione.</li>
	<li>Impostare la sonda corrente su 100 mV/A sulla sonda stessa e 1X sull'oscilloscopio. Ricorda che questi fattori di ridimensionamento devono essere utilizzati quando si esegue calcoli utilizzando misurazioni o acquisizioni di dati per ulteriori analisi.</li>
	<li>Impostare l'uscita del generatore di funzioni (50 Ω connettore di uscita BNC) su 10 V di picco e forma d'onda sinusoidale a 1000 Hz. Osservare la forma d'onda utilizzando la sonda di tensione differenziale.</li>
	<li>Lasciare acceso il generatore di funzioni anche quando è scollegato, ma evitare di cortocircuitare i suoi terminali. La disattivazione del generatore di funzioni ripristina molte impostazioni.</li>
	<li>Collegare le sonde di corrente e tensione per misurare vC e i.</li>
	<li>Controllare il circuito e assicurarsi che le connessioni siano come desiderato.</li>
	<li>Collegare il generatore di funzioni al circuito.</li>
	<li>Fai uno screenshot della corrente e della tensione misurate con almeno tre periodi mostrati oltre ai valori di picco o RMS dei segnali misurati.</li>
	<li>Dal menu "display" sull'ambito, modificare il formato di visualizzazione da "YT" a "XY".</li>
	<li>Osservate la curva B-H regolando le manopole di regolazione verticale del canale 1 e del canale 2 fino a quando la curva non si adatta allo schermo dell'oscilloscopio.</li>
	<li>Per visualizzare una curva più stabile, utilizzare l'opzione "persist" dal menu di visualizzazione con un'impostazione di 1 o 2 s.</li>
	<li>Fai uno screenshot della curva B-H misurata.</li>
	<li>Regolare la frequenza del generatore di funzioni a 120 Hz e riprendere lo screenshot della curva B-H dopo aver regolato le impostazioni della curva in base alle esigenze.</li>
	<li>Spegnere il generatore di funzioni e smontare il circuito.</li>
</ol>Curva 3.B-H di un trasformatore a 60 Hz
Il trasformatore utilizzato in questa dimostrazione scende da 115 V RMS a 24 V RMS, ma può essere utilizzato solo per la caratterizzazione della curva B-H in questo esperimento, quindi vengono utilizzati solo i terminali RMS da 120 V. Le dimensioni del trasformatore sono mostrate in Fig. 3.
<ol><li>Utilizzando il misuratore LCR, misurare l'induttanza dell'avvolgimento lato V 115 a 120 Hz (più vicino ai 60 Hz nominali).</li>
	<li>Assicurarsi che l'interruttore di disconnessione trifase sia in posizione off.</li>
	<li>Collegare il cavo trifase al VARIAC.</li>
	<li>Costruisci il circuito mostrato in Fig. 4. Avere il trasformatore seduto sul lato della proto-scheda. Utilizzare cavi a banana per collegare AC1 e N dal VARIAC alla proto-scheda.</li>
	<li>Assicurarsi che variaC sia impostato su 0%.</li>
	<li>Controllare una sonda di tensione differenziale e una sonda di corrente per l'uscita di offset con la sonda di corrente collegata sul canale 1 e la sonda di tensione collegata sul canale 2.</li>
	<li>Annotare i fattori di scala per la sonda differenziale sulla sonda stessa e sull'ambito. Impostare il ridimensionamento della sonda differenziale su 1/200.</li>
	<li>Impostare la sonda corrente su 100 mV/A sulla sonda stessa e 1X sull'oscilloscopio. Ricorda che questi fattori di ridimensionamento devono essere utilizzati quando si esegue calcoli.</li>
	<li>Collegare le sonde di corrente e tensione per misurare vC e i.</li>
	<li>Controllare il circuito.</li>
	<li>Accendere l'interruttore di disconnessione trifase e regolare lentamente il VARIAC fino a raggiungere il 90%.</li>
	<li>Fai uno screenshot della corrente e della tensione misurate con almeno tre periodi mostrati oltre ai valori di picco o RMS dei segnali misurati.</li>
	<li>Dal menu "Display" sull'ambito, modificare il formato di visualizzazione da "YT" a "XY".</li>
	<li>Osservate la curva B-H regolando le manopole di regolazione verticale del canale 1 e del canale 2 fino a quando la curva non si adatta allo schermo dell'oscilloscopio.</li>
	<li>Per visualizzare una curva più stabile, utilizzare l'opzione "persist" dal menu di visualizzazione con un'impostazione di 1 o 2 s.</li>
	<li>Fai uno screenshot della curva B-H misurata.</li>
	<li>Ripristinare il VARIAC allo 0%, spegnere l'interruttore di disconnessione e smontare il circuito.</li>
</ol><img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/10164/10164fig3.jpg"> Figura 3: Dimensioni del nucleo del trasformatore. <a href="//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/10164/10164fig3large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 4" src="/files/ftp_upload/10164/10164fig4.jpg"> Figura 4: Circuito di prova per determinare la curva B-H di un trasformatore a 60 Hz. Fare clic qui per <a href="//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/10164/10164fig4large.jpg" target="_blank">visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>

Anche se gli induttori e altri dispositivi elettromagnetici(ad esempioi trasformatori) sono molto comuni in molti sistemi elettrici, elettronici e meccanici, l'acquisto di induttori per un'applicazione specifica non è banale. Anche quando viene acquistato un induttore, le informazioni del foglio dati possono ancora avere ambiguità sul materiale effettivo, sul numero di giri e su altri dettagli. I test in questo esperimento sono particolarmente utili per ingegneri e tecnici che intendono costruire i propri indutt...

caratterizzazione dei componenti magnetici

Fonte: Ali Bazzi, Dipartimento di Ingegneria Elettrica, Università del Connecticut, Storrs, CT.
L'obiettivo di questo esperimento è quello di ottenere un'esperienza pratica con diversi componenti magnetici dal punto di vista del design e del materiale. Questo esperimento copre le curve B-H del materiale magnetico e la progettazione dell'induttore attraverso l'identificazione di fattori di progettazione sconosciuti. La curva B-H di un elemento magnetico, come un induttore o un trasformatore, è una caratteristica del materiale magnetico che forma il nucleo attorno al quale sono avvolti gli avvolgimenti. Questa caratteristica fornisce informazioni sulla densità del flusso magnetico che il nucleo può gestire rispetto alla corrente che scorre negli avvolgimenti. Fornisce anche informazioni sui limiti prima che il nucleo sia magneticamente saturo, cioè quando spingendo più corrente attraverso la bobina non porta a ulteriori flussi di flusso magnetico.

Per trovare la permeabilità relativa del materiale del nucleo, è possibile utilizzare due approcci. Il primo approccio consiste nell'utilizzare un misuratore LCR, in cui viene misurata l'induttanza (L) di una bobina realizzata con un numero noto di giri (N), e quindi la permeabilità relativa può essere calcolata come segue:
Riluttanza del nucleo: <img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/10164/10164eq7v2.jpg...

Caratterizzazione dei componenti magnetici

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

Gli elementi magnetici, come induttori o trasformatori, hanno proprietà caratteristiche che dipendono dal materiale magnetico che forma il nucleo all'interno della bobina. Quando la corrente scorre in un induttore o in una bobina del trasformatore, crea un campo magnetico. La capacità del materiale del nucleo di trattenere il campo magnetico, chiamata permeabilità, determina l'intensità del campo, chiamata forza magnetizzante. La forza di magnetizzazione produce quindi un flusso magnetico nel nucleo dell'induttore. Negli induttori e nei trasformatori, la relazione tra la forza di magnetizzazione e la densità di flusso è definita come il flusso magnetico attraverso un'area della sezione trasversale e può essere analizzata utilizzando una curva B-H. La curva B-H descrive il materiale del nucleo e identifica il suo limite di saturazione magnetica. Ciò si verifica quando la corrente aggiuntiva attraverso gli avvolgimenti non aumenta più il flusso magnetico. Questo video illustra la misurazione delle curve BH per induttori e trasformatori e la caratterizzazione del materiale del nucleo e degli avvolgimenti degli induttori. Una curva B-H mostra la relazione tra la densità del flusso magnetico, B, e l'intensità del campo magnetico, H. Inizialmente, all'aumentare dell'intensità del campo magnetico, anche la densità del flusso aumenta fino a un certo valore massimo. Dopo questo punto, qualsiasi aumento dell'intensità del campo magnetico non comporta alcun aumento significativo della densità del flusso magnetico e il materiale è considerato saturo. I materiali magnetici reali mostrano isteresi poiché il materiale è magnetizzato alternativamente nelle direzioni positiva e negativa. Ciò implica che quando l'intensità del campo magnetico viene ridotta a zero, rimane un po' di magnetismo residuo. L'area all'interno della curva B-H è proporzionale alla perdita di energia poiché il materiale è magnetizzato nelle direzioni positiva e negativa. Un materiale con una minore perdita di isteresi, come l'acciaio, è comunemente usato nei nuclei dei trasformatori a causa di questa proprietà. La curva B-H può essere utilizzata anche per descrivere la permeabilità di un materiale, calcolata come il rapporto tra la densità del flusso magnetico e l'intensità del campo magnetico. È spesso correlata alla permeabilità dello spazio libero e quindi definita permeabilità relativa. I materiali con una suscettibilità magnetica molto bassa, come il legno, hanno una bassa permeabilità relativa. Mentre i materiali con un'elevata suscettibilità magnetica, come il ferro, hanno un'elevata permeabilità relativa. Per creare una curva B-H, è necessario prima determinare la densità di flusso, B. Per questo, viene misurata la velocità di variazione del flusso, che è relativa alla tensione attraverso la bobina utilizzando la legge di Faraday. Questo può essere identificato utilizzando un semplice circuito RC in parallelo con la bobina. Per informazioni più dettagliate su questi calcoli, fare riferimento al protocollo di testo. L'intensità del campo magnetico, o H, può essere trovata utilizzando la legge di Ampere e variabili misurabili, la corrente nella bobina, il numero di spire dell'avvolgimento e la lunghezza media del nucleo. La curva B-H di un materiale può essere stimata dalle misurazioni della corrente e dell'integrale temporale della tensione attraverso l'elemento. Quando si conosce anche il numero di giri e le dimensioni degli elementi, questi possono essere scalati alle quantità effettive. Ora, dimostriamo come misurare la permeabilità relativa e calcolare le curve B-H. In questi esperimenti, vengono misurate tre componenti magnetiche, un piccolo induttore con un nucleo di ferrite, un induttore nero più grande con un numero sconosciuto di spire e un trasformatore a 60 Hz. Inizia con il piccolo induttore con le dimensioni mostrate e un numero di giri dell'avvolgimento di 75. Innanzitutto, misurare l'induttanza dell'induttore a 120 e 1.000 Hz utilizzando un misuratore LCR. In secondo luogo, costruire il circuito come mostrato, mantenendo l'uscita del generatore di funzioni a 50 ohm e il cavo del connettore BNC scollegato. Successivamente, collegare le sonde di tensione e corrente differenziale e verificare che non vi siano offset. Impostare la sonda differenziale su 120 per una migliore risoluzione. Infine, impostare la sonda di corrente su 100 millivolt per ampere sulla sonda e 1x sull'oscilloscopio. E annota questi fattori di scala per i calcoli successivi. Impostare l'uscita del generatore di funzioni su una forma d'onda sinusoidale soto a 1.000 Hz con un picco di 10 volt. Misurare VC e I, collegare il generatore di funzioni e verificare che tutti i collegamenti del circuito siano come mostrato. Quindi, registrare la corrente e la tensione misurate. Infine, modificare il formato di visualizzazione dell'oscilloscopio da yt a xy per visualizzare la curva BH. Regolare le manopole di regolazione verticale del canale uno e del canale due finché la curva non si adatta allo schermo dell'oscilloscopio. Quindi, stabilizzare la curva impostando l'opzione di persistenza per la visualizzazione. E poi, fai uno screenshot della curva. Infine, regolare la frequenza del generatore di funzioni su 120 Hz e ripetere lo screenshot della curva BH dopo aver regolato le impostazioni della curva secondo necessità. Infine, scollegare il generatore di funzioni e rimuovere l'induttore. Mantieni intatto il resto del circuito. Per determinare il numero di spire per l'induttore più grande, misuriamo prima la sua curva B-H. Per semplificare i calcoli, si supponga che il nucleo sia un nucleo all-air. Innanzitutto, misurare l'induttanza dell'induttore a 120 e 1.000 Hz utilizzando il misuratore LCR. Quindi, posizionare l'induttore nel circuito RC. Misurare la curva B-H per l'induttore più grande utilizzando la stessa procedura descritta per l'induttore piccolo. Osservare e registrare la corrente e la tensione misurate. Visualizza la curva B-H. Regolare la frequenza del generatore di funzioni su 120 Hz e regolare le impostazioni della curva secondo necessità. I trasformatori monofase sono costituiti da due avvolgimenti accoppiati da un nucleo magnetico. Qui viene misurata la curva B-H per un trasformatore a 60 Hz. Utilizzando il misuratore LCR, misurare l'induttanza dell'avvolgimento laterale a 115 volt a 120 Hz. Quindi, assemblare il circuito collegando AC1 e N dal variac al lato primario del trasformatore attraverso il circuito della protoscheda utilizzando cavi a banana. Regolare i fattori di scala e i parametri del generatore di funzioni come descritto in precedenza. Con il variac al 90 percento, misurare la corrente e la tensione. Quindi, visualizza e registra la curva BH. Se il numero di spire per la bobina, la lunghezza media del nucleo e l'area della sezione trasversale sono noti, l'induttanza della bobina viene misurata direttamente e la permeabilità relativa può essere calcolata. In alternativa, è possibile utilizzare una curva B-H misurata per determinare la permeabilità relativa di un elemento e quindi calcolare il numero di spire nella bobina. Nella regione lineare della curva B-H, la permeabilità relativa può essere trovata dal pendio. Utilizzando la permeabilità relativa, e dato che l'induttanza e le dimensioni del nucleo sono note, il numero di spire può essere facilmente calcolato utilizzando la seguente relazione. Gli induttori e altri dispositivi elettromagnetici, come i trasformatori, sono comuni in molti sistemi elettrici, elettronici e meccanici. La rete elettrica fornisce elettricità ai consumatori distribuendo elettricità ad alta tensione su lunghe distanze tramite linee di trasmissione. Sono necessarie alte tensioni su lunghe distanze per compensare le perdite di energia. I trasformatori vengono utilizzati lungo le linee elettriche per ridurre le tensioni di trasmissione più elevate ai livelli più bassi necessari nelle stazioni di distribuzione e per l'alimentazione dell'utente finale. I trasformatori trasferiscono energia attraverso l'induzione elettromagnetica, consentendo la riduzione controllata delle tensioni CA. Sono comunemente progettati con nuclei in acciaio a causa dell'elevato punto di saturazione magnetica dell'acciaio. Il magnete dello statore induce un campo magnetico rotante nel rotore che provoca la rotazione del rotore. In effetti, lo statore è l'avvolgimento primario di un trasformatore e la gabbia dello scoiattolo, l'avvolgimento secondario. I motori asincroni CA sono utilizzati in un'ampia varietà di applicazioni. Il motore è costituito da un magnete avvolto stazionario esterno e dal nucleo ferromagnetico interno del rotore. Tipicamente, una disposizione cilindrica di barre conduttive che formano la gabbia dello scoiattolo. Hai appena visto l'introduzione di JoVE alla caratterizzazione dei componenti magnetici. A questo punto è necessario comprendere come misurare le curve B-H di induttori e trasformatori, identificando al contempo fattori di progettazione sconosciuti, come la permeabilità relativa e il numero di giri. Grazie per l'attenzione.

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Ingegneria

Electrical Engineering

Ingegneria Elettrica

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

Questa collezione inizia con un video sulla sicurezza elettrica che mostra le migliori pratiche
per l'utilizzo di apparecchiature comuni in un laboratorio elettrico. I video successivi introducono elementi quali induttori, trasformatori, convertitori, raddrizzatori e invertitori.

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

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