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. Test DC
<ol><li>Con l'alimentatore CC a bassa potenza limitato a 0,8 A, collegare i terminali di alimentazione all'armatura della macchina CC.</li>
	<li>Registrare le letture della tensione CC e della corrente di alimentazione.</li>
	<li>Stimare la resistenza di ogni avvolgimento.</li>
	<li>Ripetere per gli altri avvolgimenti, campo di shunt e campo di serie, uno alla volta.</li>
	<li>Spegnere e scollegare l'alimentatore CC a bassa potenza.</li>
	<li>Impostare il reostato di campo incorporato sulla massima resistenza e misurarne la resistenza.</li>
	<li>Impostare il reostato di campo della serie (esterno) alla massima resistenza e misurarne la resistenza.</li>
</ol>2. Configurazione del motore primario e magnetismo residuo
Il motore principale in questo esperimento è la macchina sincrona, che funziona come un motore che fa girare il rotore del generatore DC (armatura).
<ol><li>Assicurarsi che l'interruttore di disconnessione trifase, l'interruttore del motore sincrono e l'interruttore del motore CC siano tutti spenti.</li>
	<li>Controllare che il VARIAC sia allo 0%.</li>
	<li>Collegare il VARIAC alla presa trifase e collegare la configurazione mostrata in Fig. 5.</li>
	<li>Verificare che l'interruttore "Start/Run" sia in posizione "Start".</li>
	<li>Accendere l'interruttore di disconnessione trifase.</li>
	<li>Accendere l'alimentatore CC ad alta tensione.</li>
	<li>Assicurarsi che tutte le connessioni siano chiare dai terminali di alimentazione.</li>
	<li>Premere il pulsante "V/I DIS" sull'alimentazione per visualizzare i punti di funzionamento di tensione e corrente. Regolare la manopola di tensione a 125 V.<ol>
<li>Non premere il pulsante di avvio.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Premere il pulsante "Start" sul pannello di alimentazione CC.</li>
	<li>Aumentare lentamente l'uscita VARIAC fino a quando VAC1 legge 120 V.</li>
	<li>Quando il motore sincrono raggiunge una velocità stazionario, capovolgere l'interruttore Start/Run nella posizione Run.</li>
	<li>Misurare e registrare la velocità di rotazione utilizzando la luce stroboscopica e registrare VA.</li>
	<li>Spegnere l'alimentatore CC e riportare il VARIAC allo 0%.</li>
	<li>Ripristina l'interruttore "Start/Run" su "Start".</li>
	<li>Spegnere l'interruttore di disconnessione trifase.</li>
</ol><img alt="Figure 5" src="/files/ftp_upload/10166/10166fig5.jpg"> Figura 5: Schema di come impostare il motore principale. Fare clic qui per <a href="//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/10166/10166fig5large.jpg" target="_blank">visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
3. Caratterizzazione del generatore di shunt DC
<ol><li>Sul lato del generatore DC, collegare il campo di shunt in parallelo con il campo di armatura come mostrato in Fig. 6.</li>
	<li>Utilizzare il reostato incorporato per RFsh(ext)e utilizzare il multimetro come amperometro per misurare IFsh.</li>
	<li>Tenere aperto "S1" per un test a vuoto.</li>
	<li>Mantenere "RFsh(ext)" alla massima resistenza.</li>
	<li>Accendere l'interruttore di disconnessione trifase.</li>
	<li>Premere il pulsante "Start" sul pannello di alimentazione CC.</li>
	<li>Aumentare lentamente l'uscita VARIAC fino a quando VAC1 legge 120 V.</li>
	<li>Quando il motore sincrono raggiunge una velocità stazionario, capovolgere l'interruttore "Start/Run" nella posizione "Run".</li>
	<li>Misurare la velocità dell'albero utilizzando la tecnica della luce stroboscopica descritta altrove.</li>
	<li>Registrare VA in questa condizione di uscita a vuoto sul lato del generatore DC.</li>
	<li>Ridurre RFsh(ext) fino a quando la tensione generata a VA è di circa 150 V.</li>
	<li>Dopo quel punto, riduci "RFsh(ext)" in cinque passaggi quasi uguali fino a raggiungere la resistenza minima.
	<ol>
<li>Per ogni passaggio, misurare VA e IFsh.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Lasciare RFsh(ext) al suo valore minimo.</li>
	<li>Spegnere l'alimentatore CC.</li>
	<li>Ridurre l'output VARIAC allo 0%.</li>
	<li>Spostare l'amperometro dalla misurazione IFsh alla misura IA.</li>
	<li>Riavviare il programma di installazione come descritto in precedenza.</li>
	<li>Impostare RL su 300 Ω e attivare "S1". Misura VA e IA.</li>
	<li>Disattiva "S1",imposta RL su 200 Ω, quindi attiva "S1". Misura VAe IA.</li>
	<li>Disattiva "S1",imposta RL su 100 Ω, quindi attiva "S1". Misura VAe IA.</li>
	<li>Spegnere l'alimentatore CC e impostare l'uscita VARIAC su 0%.</li>
	<li>Mantenere intatto il lato generatore sincrono della configurazione.</li>
	<li>Scollegare le connessioni del generatore DC.</li>
	<li>Ripristina l'interruttore "Start/Run" su "Start".</li>
	<li>Spegnere l'interruttore di disconnessione trifase.</li>
</ol><img alt="Figure 6" src="/files/ftp_upload/10166/10166fig6.jpg"> Figura 6: Schema della configurazione del generatore DC di shunt. Fare clic qui per <a href="//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/10166/10166fig6large.jpg" target="_blank">visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
4. Caratterizzazione del generatore della serie DC
<ol><li>Sul lato del generatore DC, collegare il campo di serie in serie con il campo di armatura come mostrato in Fig 7.<ol>
<li>Utilizzare il reostato esterno per RFse(ext).</li>
		<li>Usa il reostato incorporato come RL e averlo alla massima resistenza.</li>
		<li>Tenere aperto "S1" per un test a vuoto.</li>
		<li>Mantenere RFse(ext) alla massima resistenza.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Accendere l'interruttore di disconnessione trifase.</li>
	<li>Premere il pulsante "Start" sul pannello di alimentazione CC.</li>
	<li>Aumentare lentamente l'uscita VARIAC fino a quando VAC1 legge 120 V.</li>
	<li>Quando il motore sincrono raggiunge una velocità stazionario, capovolgere l'interruttore "Start/Run" nella posizione "Run".<ol>
<li>Misura VA in questa condizione di uscita a vuoto sul lato del generatore DC.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Attivare "S1"e ridurre RFse(ext) secondo necessità per vedere VAdiverso da zero.</li>
	<li>Varia RL in cinque passaggi quasi uguali fino a raggiungere l'impostazione del 50%, imposta su 300 Ω e attiva "S1". Misurare la velocità, VA, e IA.<ol>
<li>Disattiva "S1",imposta RL su 200 Ω, quindi attiva "S1". Misurare la velocità, VA, e IA.</li>
		<li>Disattiva "S1",imposta RL su 100 Ω, quindi attiva "S1". Misurare la velocità, VA, e IA.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Spegnere l'alimentatore CC.<ol>
<li>Impostare l'output VARIAC su 0%.</li>
		<li>Mantenere intatto il lato generatore sincrono della configurazione.</li>
		<li>Scollegare le connessioni del generatore DC.</li>
		<li>Ripristina l'interruttore "Start/Run" su "Start".</li>
	</ol>
</li>
	<li>Spegnere l'interruttore di disconnessione trifase.</li>
	<li>Smontare tutti i fili e i contatori.</li>
</ol><img alt="Figure 7" src="/files/ftp_upload/10166/10166fig7.jpg"> Figura 7: Schema della configurazione del generatore DC della serie. Fare clic qui per <a href="//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/10166/10166fig7large.jpg" target="_blank"> visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
&lt;

Le macchine CC sono significativamente meno comuni di quanto non fossero prima dell'invenzione dell'induzione AC e delle macchine sincrone. Rimangono comuni in semplici applicazioni a bassa potenza come giocattoli, piccoli robot e apparecchiature legacy. Le macchine CC a magneti permanenti, che utilizzano abbondanti magneti non in terre rare, sono più comuni delle loro parti di shunt e di serie a causa dell'eccitazione più semplice, specialmente nelle applicazioni a basso costo e bassa complessità.

motori dc

Fonte: Ali Bazzi, Dipartimento di Ingegneria Elettrica, Università del Connecticut, Storrs, CT. 
La macchina CC funziona con correnti e tensioni CC rispetto a una macchina CA, che richiede correnti e tensioni CA. Le macchine DC sono state le prime ad essere inventate e utilizzano due campi magnetici controllati da correnti CC. La stessa macchina può essere facilmente riconfigurata per essere un motore o un generatore se è disponibile un'eccitazione di campo appropriata, poiché la macchina DC ha due campi chiamati campo e armatura. Il campo è solitamente sul lato dello statore e l'armatura è sul lato del rotore (opposto o dentro-fuori rispetto alle macchine CA). L'eccitazione del campo può essere fornita da magneti permanenti o da un avvolgimento (bobina). Quando la corrente viene applicata all'armatura o alla bobina del rotore, passa dalla sorgente DC alla bobina attraverso spazzole fisse e collettori rotanti montati sul rotore rotante toccando le spazzole. Quando la bobina dell'armatura del rotore è un anello che trasporta corrente ed è esposta a un campo esterno dallo statore o dal campo magnetico, viene esercitata una forza sul loop. Poiché il loop è "appeso" su entrambi i lati del motore utilizzando cuscinetti, la forza produce una coppia che ruoterà l'albero del rotore piuttosto che spostarlo in qualsiasi altra direzione.
Questa rotazione fa sì che i campi magnetici si allineino ma allo stesso tempo, gli anelli di scorrimento cambiano lato sulle spazzole, o "pendolarismo", e questo è ciò che è noto come il processo di commutazione. Quando si verifica questa commutazione, il flusso di corrente nella bobina del rotore viene invertito e i campi magnetici si oppongono nuovamente l'un l'altro, causando un'ulteriore coppia nello stesso senso di rotazione. Questo processo continua e l'albero del rotore gira fornendo l'azione del motore. Nel funzionamento del generatore, la rotazione meccanica viene fornita all'albero del rotore e la corrente fuoriesci dal rotore dopo che è stata indotta a causa di una bobina in movimento sotto un campo magnetico.
Le macchine discusse in questo esperimento hanno un avvolgimento di campo piuttosto che magneti permanenti. Un processo di commutazione che è fondamentale nel funzionamento della macchina DC utilizza collettori rotanti e spazzole per trasferire energia dal rotore (armatura) al mondo esterno poiché il rotore sta girando e con fili rotanti li torcerebbe e li romperebbe. Tuttavia, queste spazzole e collettori rotanti presentano importanti inconvenienti di affidabilità in quanto richiedono una manutenzione regolare, la sostituzione della spazzola, la pulizia e possono causare scintille. Ciò ha portato alla sostituzione della maggior parte delle macchine CC con macchine CA che non hanno questi problemi, e le restanti macchine CC hanno per lo più eccitazione del campo a magneti permanenti, come nei giocattoli e nei semplici utensili a bassa potenza. Le macchine CA denominate macchine CC brushless (o BLDC) sono macchine CA che utilizzano una sorgente CC e un inverter elettronico di potenza per ottenere tensioni CA dall'inverter. 
L'obiettivo di questo esperimento è quello di testare due principali configurazioni di macchine DC: shunt e serie. Le prove hanno lo scopo di stimare il flusso residuo nella macchina e di studiare le caratteristiche di carico e di carico delle diverse configurazioni.

Gli avvolgimenti di serie in genere trasportano una corrente elevata nominale alla corrente nominale dell'armatura della macchina, poiché sia gli avvolgimenti di serie che quelli di armatura sono in serie. Pertanto, gli avvolgimenti di serie dovrebbero essere dell'ordine di un mΩ a pochi Ω. Gli avvolgimenti di shunt, d'altra parte, dovrebbero attingere corrente minima dalla fonte che li alimenta insieme all'armatura della macchina e, quindi, avere grandi valori di resistenza da decine a c...

Motori DC

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

Motori a corrente continua, apparecchiature di azionamento, che vanno da piccoli giocattoli e utensili elettrici ricaricabili, a veicoli elettrici. Queste macchine elettromeccaniche sono costituite da una bobina conduttiva interna, chiamata armatura, e da un magnete esterno, chiamato statore. Una sorgente CC fornisce corrente all'armatura attraverso un commutatore slippering. Induce una forza elettromagnetica e consente la rotazione del circuito. L'entità della forza elettromagnetica dipende dall'angolo tra il campo magnetico e la bobina, creando fluttuazioni di coppia con la rotazione. Gli avvolgimenti multipli, distanziati attorno all'armatura, riducono al minimo le fluttuazioni di coppia e impediscono alla forma del commutatore di cortocircuitare l'alimentazione. Lo slippering del commutatore cambia periodicamente la direzione della corrente attraverso la bobina, impedendo ulteriormente l'allineamento dei campi magnetici. Questo video presenta le configurazioni dei motori CC e dimostra la misurazione delle caratteristiche prestazionali dei motori CC, come velocità, corrente e tensione al variare del carico. Gli statori a magneti permanenti, nelle macchine a corrente continua, sono i più comuni, tuttavia, quando il campo magnetico degli statori viene prodotto attraverso gli avvolgimenti dei conduttori, le caratteristiche prestazionali, come la velocità e la coppia in uscita, possono essere modificate attraverso la progettazione del campo elettrico. Ad esempio, la velocità è correlata alla tensione sviluppata dal motore, chiamata forza elettromotrice, o EMF. Allo stesso modo, la coppia è proporzionale alla corrente. Queste caratteristiche variano a seconda del design del motore e influenzano il design del motore selezionato per determinate applicazioni. Le quattro configurazioni elettroniche di base delle macchine CC sono eccitate separatamente, shunt, serie e composte. I motori a eccitazione separata utilizzano alimentatori separati per il campo e l'armatura, consentendo un controllo indipendente per supportare carichi variabili. Nella progettazione shunt, la configurazione più comune, gli avvolgimenti di campo sono collegati parallelamente al carico dell'armatura, con un'alimentazione CC comune. Ciò fornisce una velocità regolabile con carico variabile, utile nelle macchine utensili e nelle pompe centrali. Nella configurazione in serie, un'alimentazione CC alimenta il campo e l'armatura in serie. Ciò fornisce una coppia di spunto più elevata per il superamento di carichi intertiali in apparecchiature, come treni, ascensori o paranchi. I motori con design composto utilizzano sia circuiti shunt che in serie per un'elevata coppia di avviamento e regolazione della velocità. Il campo di derivazione potrebbe essere caricato prima o dopo il campo della serie. Ora che le configurazioni dei motori CC sono state delineate, verrà dimostrata l'analisi delle relazioni di corrente, tensione e carico nei motori CC shunt. I dati raccolti nei test CC possono essere utilizzati per costruire modelli di circuiti equivalenti, se necessario. Prima di misurare le caratteristiche elettriche del motore CC, impostare l'alimentazione CC a bassa potenza su 0.8 ampere e collegare i terminali di alimentazione all'armatura della macchina. Quindi, registrare la tensione e la corrente delle forniture. Quindi, utilizzare un multimetro per misurare la tensione e la corrente attraverso l'armatura, avvolgendo il campo di shunt e il campo di serie. Utilizzare i dati per stimare la resistenza in ciascun componente. Dopo aver misurato le caratteristiche di base del generatore di motori a corrente continua, impostare il reostato di campo incorporato sulle impostazioni massime e misurarne la resistenza. Infine, impostare il reostato del campo esterno in serie al suo limite superiore e misurarne la resistenza. Dopo i test del motore CC, viene utilizzata una macchina sincrona per ruotare l'armatura della macchina CC. Pertanto, la macchina CC viene eseguita come un generatore, senza eccitazione di campo, quindi senza carico. In queste condizioni, la tensione del terminale è uguale a EMF. La velocità di rotazione del generatore viene misurata e utilizzata per calcolare il magnetismo trattenuto dall'armatura in assenza di eccitazione della bobina, chiamato magnetismo residuo. Innanzitutto, verificare che la disconnessione trifase, il motore sincrono e il motore CC siano tutti spenti. Quindi, attacca un piccolo pezzo di nastro adesivo al rotore esterno del motore CC. Dopo aver verificato che il variac sia impostato allo zero percento, collegare il variac alla presa trifase. Quindi, collegare la configurazione come mostrato. Quindi, verificare che l'interruttore di avvio della corsa sia in posizione di avvio. Dopo le regolazioni del variac, verificare che tutti i collegamenti siano liberi dai terminali di alimentazione. Solo a questo punto, accendere il sezionatore trifase. Quindi, accendere l'alimentatore CC ad alta tensione, premere il pulsante del display VI per visualizzare la corrente di fine funzionamento e regolare la manopola della tensione a 125 volt. Non premere il pulsante di avvio prima di regolare la manopola della tensione. Premere il pulsante di avvio sul pannello di alimentazione CC e accendere l'apparecchiatura. Quindi, aumentare lentamente l'uscita variac fino a quando la tensione del terminale non legge 120 volt. Quando il motore sincrono raggiunge una velocità di rotazione stazionaria, ruotare l'interruttore di avvio e marcia per avviarlo. Prestare attenzione ai cambiamenti del suono della macchina. Il suono della macchina diventa monotono allo stato stazionario. Utilizzare la luce stroboscopica per congelare il movimento del motore sincronizzando la velocità dello strobo con la velocità di rotazione del motore. Il nastro attaccato al rotore apparirà fermo quando la luce stroboscopica è sincronizzata. Verificare che questa velocità sia la velocità del motore aumentando lentamente la velocità dello strobo per sincronizzare la ventola alla velocità successiva più alta. Se corretto, questo sarà il doppio della prima velocità di sincronizzazione stroboscopica osservata. Questa sequenza di avvio verrà ripetuta prima di ogni successiva esecuzione del test. Dopo l'avvio, registrare la velocità di rotazione del motore e la tensione dell'indotto. Quindi utilizzare questi dati per calcolare l'intensità del campo magnetico residuo. Le macchine CC sono utilizzate in una varietà di applicazioni. Una volta caratterizzati i parametri operativi delle diverse macchine, è possibile sceglierli in base alle specifiche di progettazione di un particolare dispositivo. Il generatore CC può essere caratterizzato in varie configurazioni, come la configurazione shunt. Con l'interruttore S1 aperto, per il test a vuoto, i resistori di carico finale sul campo vengono regolati al massimo. Quindi, la velocità dell'albero e la tensione terminale vengono registrate come descritto in precedenza. La resistenza allo shunt viene ridotta in cinque fasi fino a raggiungere la resistenza minima. E la tensione e la corrente del terminale attraverso il resistore di shunt misurate. Il motore può essere misurato con carichi simulati utilizzando resistori di carico, seguendo lo stesso protocollo. Ogni tipo di generatore CC ha la propria uscita di corrente di tensione. I generatori shunt possono fornire tensione per un'ampia gamma di carichi di corrente, mentre i generatori in serie forniscono una tensione crescente con il carico di corrente. In una varietà di applicazioni, in cui si preferisce una fonte di alimentazione wireless, come le protesi motorizzate, i motori CC sono l'attuatore preferito. Nelle protesi degli arti inferiori a controllo neurale, vengono utilizzati sensori di superficie o transdermici per inviare segnali alle articolazioni motorizzate nell'arto sostitutivo, proprio come in una gamba intatta. La flessione del cancello e del piede è controllata in modo più naturale e intuitivo di quanto sarebbe possibile utilizzando una protesi rigida dell'arto. Hai appena visto l'introduzione di Giove ai motori a corrente continua. A questo punto dovresti capire come funziona un motore a corrente continua e come caratterizzarne i parametri. Grazie per l'attenzione.

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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

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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.

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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...

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Power Pole Board for DC/DC Converter Labs

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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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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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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...

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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...

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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...

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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 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

south-carolina-college-and-career-ready-science-standards

South Carolina College and Career Ready Science Standards

Physics

motion-and-stability-forces-and-interactions

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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