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. 상대적 투과성 식별
절차를 따라 작은 인덕터 (노란색 / 흰색 페릿 코어)의 상대적 투과성을 찾습니다. 코어 치수는 도 2에 표시되며 회전 수는 N=75입니다.
<ol><li>LCR 미터를 사용하여 120Hz와 1000Hz 모두에서 인덕터의 유도를 측정합니다.</li>
	<li>프로토 보드에서 도 1에서 회로를 구축하지만, 프로토 보드에서 분리 기능 생성기 출력을 유지합니다.</li>
	<li>채널 1에 연결된 전류 프로브와 채널 2에 연결된 전압 프로브를 통해 오프셋이 없는 차동 전압 프로브와 전류 프로브를 확인합니다.</li>
	<li>프로브 자체및 범위에 대한 차동 프로브의 배율 조정 계수에 유의하십시오. 더 나은 해상도를 위해 차동 프로브를 1/20으로 설정합니다.</li>
	<li>프로브 자체에 현재 프로브를 100mV/A로 설정하고 범위에서 1X로 설정합니다. 계산을 수행할 때 이러한 배율 조정 요소를 사용해야 합니다.</li>
	<li>기능 생성기 출력(50 Ω BNC 출력 커넥터)를 10V 피크와 1000Hz 시동성 파형으로 설정합니다. 차동 전압 프로브를 사용하여 파형을 관찰한다.</li>
	<li>연결이 끊어진 경우에도 함수 생성기를 켜두지만 터미널을 단락하지 마십시오. 함수 생성기를 끄면 많은 설정이 재설정됩니다.</li>
	<li>전류 및 전압 프로브를 연결하여 vC및 i를측정합니다.</li>
	<li>회로가 원하는대로 유지되고 모든 연결이 유지관리되는지 확인합니다.</li>
	<li>함수 생성기를 회로에 연결합니다.</li>
	<li>측정된 신호의 피크 또는 RMS 값 외에 적어도 3개의 기간이 표시된 측정된 전류 및 전압의 스크린샷을 찍습니다.</li>
	<li>범위의 "디스플레이" 메뉴에서 디스플레이 형식을 "YT"에서 "XY"로 변경합니다.</li>
	<li>곡선이 스코프 스크린에 맞을 때까지 채널 1 및 채널 2 수직 조정 노브를 조정하여 B-H 곡선을 관찰합니다.</li>
	<li>곡선을 원더볼 수 있도록 1 또는 2s의 설정에서 디스플레이 메뉴에서 "지속" 옵션을 사용합니다.</li>
	<li>측정된 B-H 곡선의 스크린샷을 찍습니다.</li>
	<li>함수 생성기 주파수를 120Hz로 조정하고 필요에 따라 곡선 설정을 조정한 후 B-H 곡선 스크린샷을 다시 수행합니다.</li>
	<li>함수 생성기를 분리하고 인덕터를 제거합니다. 회로의 나머지 부분을 그대로 유지합니다.</li>
</ol><img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/10164/10164fig2.jpg"> 그림 2: 작은 인덕터 코어의 치수입니다. <a href="//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/10164/10164fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
2. 회전 수 식별
더 큰 검은 색 인덕터 (Bourns 1140-472K-RC)는 회전의 알 수없는 수를 가지고있다. 계산을 단순화하려면 코어를 반경이 1.5cm, 길이 2.5cm의 모든 공기 코어 솔레노이드로 가정합니다. 이 가정을 취하지 않으면 코어의 형상을 고려해야 하며 계산이 복잡해집니다. 그러나, 이 가정은 솔레노이드를 사용하면 플럭스가 장치의 양쪽에 공기를 통과해야 하며 공기가 지배적인 플럭스 경로 매체라는 점을 감안할 때 여전히 합리적이다.
<ol><li>LCR 미터를 사용하여 제공된 인덕터의 인덕터를 120Hz와 1000Hz 모두에서 측정합니다.</li>
	<li>도 1에 표시된 회로에 인덕터를 배치하여 실험의 이전 부분에서 온전해야 합니다.</li>
	<li>채널 1에 연결된 전류 프로브와 채널 2에 연결된 전압 프로브를 통해 오프셋이 없는 차동 전압 프로브와 전류 프로브를 확인합니다.</li>
	<li>프로브 자체및 범위에 대한 차동 프로브의 배율 조정 계수에 유의하십시오. 더 나은 해상도를 위해 차동 프로브를 1/20으로 설정합니다.</li>
	<li>프로브 자체에 현재 프로브를 100mV/A로 설정하고 범위에서 1X로 설정합니다. 추가 분석을 위해 측정 또는 데이터 캡처를 사용하여 계산을 수행할 때 이러한 배율 조정 요소를 사용해야 합니다.</li>
	<li>기능 생성기 출력(50 Ω BNC 출력 커넥터)를 10V 피크와 1000Hz 시동성 파형으로 설정합니다. 차동 전압 프로브를 사용하여 파형을 관찰한다.</li>
	<li>연결이 끊어진 경우에도 함수 생성기를 켜두지만 터미널을 단락하지 마십시오. 함수 생성기를 끄면 많은 설정이 재설정됩니다.</li>
	<li>전류 및 전압 프로브를 연결하여 vC및 i를측정합니다.</li>
	<li>회로를 확인하고 연결이 원하는대로 있는지 확인합니다.</li>
	<li>함수 생성기를 회로에 연결합니다.</li>
	<li>측정된 신호의 피크 또는 RMS 값 외에 적어도 3개의 기간이 표시된 측정된 전류 및 전압의 스크린샷을 찍습니다.</li>
	<li>범위의 "디스플레이" 메뉴에서 디스플레이 형식을 "YT"에서 "XY"로 변경합니다.</li>
	<li>곡선이 스코프 스크린에 맞을 때까지 채널 1 및 채널 2 수직 조정 노브를 조정하여 B-H 곡선을 관찰합니다.</li>
	<li>곡선을 원더볼 수 있도록 1 또는 2s의 설정에서 디스플레이 메뉴에서 "지속" 옵션을 사용합니다.</li>
	<li>측정된 B-H 곡선의 스크린샷을 찍습니다.</li>
	<li>함수 생성기 주파수를 120Hz로 조정하고 필요에 따라 곡선 설정을 조정한 후 B-H 곡선 스크린샷을 다시 수행합니다.</li>
	<li>함수 생성기를 끄고 회로를 분해합니다.</li>
</ol>60Hz 변압기의 3.B-H 곡선
이 데모에 사용되는 변압기는 115 V RMS에서 24V RMS로 단계아래로 단계이지만 이 실험에서 B-H 곡선 특성화에만 사용할 수 있으므로 120V RMS 단자만 사용됩니다. 변압기 치수는 도 3에 표시됩니다.
<ol><li>LCR 미터를 사용하여 120Hz에서 115 V 측 권선(정격 60Hz에 가깝음)의 인덕팅을 측정합니다.</li>
	<li>3단계 분리 스위치가 꺼져 있는지 확인합니다.</li>
	<li>3상 케이블을 VARIAC에 연결합니다.</li>
	<li>도 4에 표시된 회로를 구축합니다. 변압기가 프로토 보드 의 측면에 앉아 있다. 바나나 케이블을 사용하여 VARIAC에서 프로토 보드에 AC1과 N을 연결합니다.</li>
	<li>VARIAC가 0%로 설정되어 있는지 확인합니다.</li>
	<li>채널 1에 연결된 전류 프로브와 채널 2에 연결된 전압 프로브를 통해 오프셋이 없는 차동 전압 프로브와 전류 프로브를 확인합니다.</li>
	<li>프로브 자체및 범위에 대한 차동 프로브의 배율 조정 계수에 유의하십시오. 차동 프로브 스케일링을 1/200으로 설정합니다.</li>
	<li>프로브 자체에 현재 프로브를 100mV/A로 설정하고 범위에서 1X로 설정합니다. 계산을 수행할 때 이러한 배율 조정 요소를 사용해야 합니다.</li>
	<li>전류 및 전압 프로브를 연결하여 vC및 i를측정합니다.</li>
	<li>회로를 확인합니다.</li>
	<li>3단계 분리 스위치를 켜고 90%에 도달할 때까지 VARIAC를 천천히 조정합니다.</li>
	<li>측정된 신호의 피크 또는 RMS 값 외에 적어도 3개의 기간이 표시된 측정된 전류 및 전압의 스크린샷을 찍습니다.</li>
	<li>범위의 "디스플레이" 메뉴에서 디스플레이 형식을 "YT"에서 "XY"로 변경합니다.</li>
	<li>곡선이 스코프 스크린에 맞을 때까지 채널 1 및 채널 2 수직 조정 노브를 조정하여 B-H 곡선을 관찰합니다.</li>
	<li>곡선을 원더볼 수 있도록 1 또는 2s의 설정에서 디스플레이 메뉴에서 "지속" 옵션을 사용합니다.</li>
	<li>측정된 B-H 곡선의 스크린샷을 찍습니다.</li>
	<li>VARIAC를 0으로 복원하고 분리 스위치를 끄고 회로를 분해합니다.</li>
</ol><img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/10164/10164fig3.jpg"> 그림 3: 변압기 코어의 치수입니다. <a href="//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/10164/10164fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" src="/files/ftp_upload/10164/10164fig4.jpg"> 그림 4: 60Hz 변압기의 B-H 곡선을 결정하기 위한 테스트 회로. <a href="//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/10164/10164fig4large.jpg" target="_blank"></a>

인덕터 및 기타 전자기장치(예:변압기)는 많은 전기, 전자 및 기계 시스템에서 매우 일반적이지만 특정 응용 분야에 대한 인덕터를 구입하는 것은 사소한 일이 아닙니다. 인덕터를 구입하더라도 데이터 시트 정보는 실제 자료, 회전 수 및 기타 세부 정보에 대한 모호성을 가질 수 있습니다. 이 실험의 테스트는 자신의 인덕터를 구축하거나 기성 용 인덕터를 구성하려는 엔지니어와 기술자에게 특히 유용합니다. 이는 전력 전자 응용분야(예:DC/DC 컨버터)뿐만 아니라 인덕터에 대한 자세한 정보가 필요한 전기 모터 드라이브애플리케이션(예:AC 필터 인덕터)에서 일반적입니다.

마그네틱 부품 특성

출처: 알리 바지, 코네티컷 대학교 전기 공학학과, 스토스, CT.
이 실험의 목적은 설계 및 재료 관점에서 다른 자기 구성 요소로 실습 경험을 달성하는 것입니다. 이 실험은 알 수 없는 설계 요소를 식별하여 자기 물질 및 인덕터 설계의 B-H 곡선을 다룹니다. 인덕터 나 변압기와 같은 자기 요소의 B-H 곡선은 권선이 감싸는 코어를 형성하는 자기 물질의 특성입니다. 이러한 특성은 코어가 권선에서 흐르는 전류에 대해 처리할 수 있는 자기 플럭스 밀도에 대한 정보를 제공합니다. 또한 코어가 자기 포화되기 전에 한계에 대한 정보를 제공하며, 즉 코일을 통해 더 많은 전류를 밀어붙일 때 더 이상 자기 플럭스 흐름이 되지 않습니다.

코어 재료의 상대적 투과성을 찾기 위해 두 가지 방법을 사용할 수 있습니다. 첫 번째 접근법은 LCR 미터를 사용하는 것으로, 알려진 회전수(N)로만든 코일의 인덕턴스(L)가 측정되고, 상대투과성이 다음과 같이 계산될 수 있다.
코어의 거부: <img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/10164/10164eq7v2.jpg"> (7)
상대투과성(μr)은다음과 같이 한다.
<img alt="Equation 8" src="/files/ftp_uploa...

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

인덕터 또는 변압기와 같은 자기 요소는 코일 내부의 코어를 형성하는 자성 재료에 따라 달라지는 특성적인 특성을 가지고 있습니다. 인덕터 또는 변압기 코일에 전류가 흐르면 자기장이 생성됩니다. 투과성이라고 하는 자기장을 유지하는 코어 물질의 능력은 자력이라고 하는 자기장의 강도를 결정합니다. 그런 다음 자화력은 인덕터 코어에 자속을 생성합니다. 인덕터와 변압기에서 자화력과 자속 밀도 사이의 관계는 단면적을 통한 자속으로 정의되며 BH 곡선을 사용하여 분석할 수 있습니다. B-H 곡선은 코어 재료를 설명하고 자기 포화 한계를 식별합니다. 이것은 권선을 통한 추가 전류가 더 이상 자속을 증가시키지 않을 때 발생합니다. 이 비디오는 인덕터 및 변압기의 BH 곡선 측정과 코어 재료 및 인덕터 권선의 특성화를 보여줍니다. B-H 곡선은 자속 밀도 B와 자기장 강도 H 사이의 관계를 보여줍니다. 처음에는 자기장 강도가 증가함에 따라 자속 밀도도 특정 최대값까지 증가합니다. 이 시점 이후에는 자기장 강도가 증가해도 자속 밀도가 크게 증가하지 않으며 재료는 포화 상태로 간주됩니다. 실제 자성 재료는 재료가 양의 방향과 음의 방향으로 교대로 자화되기 때문에 히스테리시스를 나타냅니다. 이것은 자기장 강도가 다시 0으로 감소함에 따라 일부 잔류 자기가 남는다는 것을 의미합니다. B-H 곡선 내부 영역은 재료가 양의 방향과 음의 방향으로 자화됨에 따라 에너지 손실에 비례합니다. 강철과 같이 히스테리시스 손실이 낮은 재료는 이러한 특성으로 인해 변압기 코어에 일반적으로 사용됩니다. B-H 곡선은 자기장 강도에 대한 자속 밀도의 비율로 계산되는 재료의 투과성을 설명하는 데에도 사용할 수 있습니다. 그것은 종종 여유 공간의 투과성과 관련이 있으므로 상대 투과성이라고 합니다. 나무와 같이 자기 감수성이 매우 낮은 재료는 상대 투과성이 낮습니다. 철과 같이 높은 자기 감수성을 가진 물질은 높은 상대 투과성을 갖습니다. B-H 곡선을 만들려면 먼저 플럭스 밀도 B를 결정해야 합니다. 이를 위해 변화의 플럭스 속도가 측정되며, 이는 패러데이의 법칙을 사용하여 코일 양단의 전압에 상대적입니다. 이것은 코일과 병렬로 간단한 RC 회로를 사용하여 식별할 수 있습니다. 이러한 계산에 대한 자세한 내용은 텍스트 프로토콜을 참조하십시오. 자기장 강도 또는 H는 암페어의 법칙과 측정 가능한 변수, 코일의 전류, 권선 회전 수 및 코어의 평균 길이를 사용하여 찾을 수 있습니다. 재료의 BH 곡선은 전류 및 요소 전체의 전압 적분 측정에서 추정 할 수 있습니다. 요소의 회전 수와 치수도 알고 있으면 실제 수량으로 확장할 수 있습니다. 이제 상대 투과성을 측정하고 BH 곡선을 계산하는 방법을 보여드리겠습니다. 이 실험에서는 페라이트 코어가 있는 작은 인덕터, 권선 수를 알 수 없는 더 큰 검은색 인덕터, 60Hz 변압기의 세 가지 자기 구성 요소를 측정합니다. 그림과 같은 치수와 권선 회전 수가 75인 작은 인덕터로 시작합니다. 먼저 LCR 미터를 사용하여 120 및 1,000Hz에서 인덕터의 인덕턴스를 측정합니다. 둘째, 그림과 같이 회로를 구축하여 함수 발생기 출력을 50옴으로 유지하고 BNC 커넥터 케이블을 분리합니다. 다음으로, 차동 전압 및 전류 프로브를 연결하고 오프셋이 없는지 확인합니다. 더 나은 해상도를 위해 차동 프로브를 120도로 설정하십시오. 마지막으로 전류 프로브를 프로브에서 암페어당 100밀리볼트로 설정하고 스코프에서 1x로 설정합니다. 그리고 나중에 계산할 수 있도록 이러한 배율 인수를 기록해 둡니다. 함수 생성기 출력을 10V 피크를 갖는 1,000Hz 사인 소토 파형으로 설정합니다. VC 및 I를 측정하고 함수 발생기를 연결하고 모든 회로 연결이 그림과 같은지 확인합니다. 그런 다음 측정된 전류와 전압을 기록합니다. 마지막으로 오실로스코프 표시 형식을 yt에서 xy로 변경하여 BH 곡선을 표시합니다. 곡선이 스코프 화면에 맞을 때까지 채널 1 및 채널 2 수직 조정 노브를 조정합니다. 다음으로, 디스플레이에 대한 persist 옵션을 설정하여 곡선을 안정화합니다. 그런 다음 곡선의 스크린샷을 찍습니다. 마지막으로 함수 발생기 주파수를 120Hz로 조정하고 필요에 따라 곡선 설정을 조정한 후 BH 곡선 스크린샷을 다시 찍습니다. 마지막으로 함수 발생기를 분리하고 인덕터를 제거합니다. 회로의 나머지 부분을 그대로 유지하십시오. 더 큰 인덕터의 회전 수를 결정하기 위해 먼저 BH 곡선을 측정해 보겠습니다. 계산을 단순화하기 위해 코어가 모든 공기 코어라고 가정합니다. 먼저 LCR 미터를 사용하여 120 및 1,000Hz에서 인덕터의 인덕턴스를 측정합니다. 그런 다음 인덕터를 RC 회로에 배치합니다. 작은 인덕터에 대해 설명된 것과 동일한 절차를 사용하여 더 큰 인덕터에 대한 BH 곡선을 측정합니다. 측정된 전류와 전압을 관찰하고 기록합니다. B-H 곡선을 표시합니다. 함수 발생기 주파수를 120Hz로 조정하고 필요에 따라 곡선 설정을 조정합니다. 단상 변압기는 자기 코어로 연결된 두 개의 권선으로 구성됩니다. 여기에서 60Hz 변압기에 대한 BH 곡선을 측정합니다. LCR 미터를 사용하여 120Hz에서 115볼트 측 권선의 인덕턴스를 측정합니다. 그런 다음 바나나 케이블을 사용하여 프로토보드 회로를 통해 variac에서 변압기 1차측으로 AC1 및 N을 연결하여 회로를 조립합니다. 스케일링 계수와 함수 생성기 파라미터를 앞에서 설명한 대로 조정합니다. variac을 90%로 하여 전류와 전압을 측정합니다. 그런 다음 BH 곡선을 표시하고 기록합니다. 코일의 회전 수, 평균 코어 길이 및 단면적을 알고 있으면 코일의 인덕턴스를 직접 측정하고 상대 투자율을 계산할 수 있습니다. 또는 측정된 BH 곡선을 사용하여 요소의 상대 투과성을 결정한 다음 코일의 회전 수를 계산할 수 있습니다. B-H 곡선의 선형 영역에서, 상대 투과성은 기울기에서 찾을 수 있습니다. 상대 투과성을 사용하고 인덕턴스와 코어 치수를 알고 있다고 가정하면 다음 관계를 사용하여 회전 수를 쉽게 계산할 수 있습니다. 인덕터 및 변압기와 같은 기타 전자기 장치는 많은 전기, 전자 및 기계 시스템에서 일반적입니다. 전력망은 송전선을 통해 고전압 전기를 장거리로 분배하여 소비자에게 전기를 공급합니다. 에너지 손실을 보상하기 위해 장거리에서 고전압이 필요합니다. 변압기는 전력선을 따라 사용되어 더 높은 전송 전압을 배전소 및 최종 사용자 공급에 필요한 더 낮은 수준으로 낮추는 데 사용됩니다. 변압기는 전자기 유도를 통해 에너지를 전달하여 AC 전압의 제어된 강압을 가능하게 합니다. 그들은 일반적으로 강철의 높은 자기 포화점 때문에 강철 코어로 설계되었습니다. 고정자 자석은 회전자에 회전 자기장을 유도하여 회전자를 회전시킵니다. 실질적으로 고정자는 변압기의 1차 권선이고 다람쥐 케이지는 2차 권선입니다. AC 유도 전동기는 다양한 응용 분야에서 사용됩니다. 모터는 외부 고정 권선 자석과 회전자의 내부 강자성 코어로 구성됩니다. 전형적으로, 다람쥐 케이지를 형성하는 전도성 막대의 원통형 배열. 방금 JoVE의 Introduction to the Characterization of Magnetic Components를 시청하셨습니다. 이제 인덕터와 변압기의 B-H 곡선을 측정하는 동시에 상대 투과성 및 턴 수와 같은 알려지지 않은 설계 요소를 식별하는 방법을 이해해야 합니다. 시청해 주셔서 감사합니다.

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Electrical Engineering

전기공학

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

이 컬렉션은 전기 관련 실험실에서 일반적으로 사용하는 장비를 소개하는 전기 안전 비디오로 시작합니다. 다음 비디오는 인덕터, 변압기, 컨버터, 정류기 및 인버터를 소개합니다.

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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