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. DC Testleri
<ol>
	<li>0.8 A ile sınırlı düşük güçlü DC güç kaynağı ile, besleme terminallerini DC makine armatürüne bağlayın. </li>
	<li>Kaynağın DC voltajını ve akım okumalarını kaydedin. </li>
	<li>Her sargının direncini tahmin edin. </li>
	<li>Diğer sargılar, şönt alanı ve seri alanı için teker teker tekrarlayın. </li>
	<li>Düşük güçlü DC güç kaynağını kapatın ve bağlantısını kesin. </li>
	<li>Yerleşik alan reostatını maksimum dirence ayarlayın ve direncini ölçün. </li>
	<li>Seri alan reostatını (harici) maksimum dirence ayarlayın ve direncini ölçün. </li>
</ol>
2. İlk Taşıyıcı Kurulumu ve Artık Manyetizma
Bu deneydeki ana hareket ettirici, DC jeneratör rotorunu (armatür) döndüren bir motor olarak çalışan senkron makinedir. 
<ol>
	<li>Üç fazlı bağlantı kesme anahtarının, senkron motor anahtarının ve DC motor anahtarının kapalı olduğundan emin olun.</li>
	<li>VARIAC'ın %0 olduğunu kontrol edin. </li>
	<li>VARIAC'ı üç fazlı prize bağlayın ve Şekil 5'te gösterilen kurulumu bağlayın. </li>
	<li>"Başlat/Çalıştır" anahtarının "Başlat" konumunda olduğunu kontrol edin. </li>
	<li>Üç fazlı bağlantı kesme anahtarını açın. </li>
	<li>Yüksek voltajlı DC güç kaynağını açın. </li>
	<li>Besleme terminallerinden gelen tüm bağlantıların açık olduğundan emin olun. </li>
	<li>Voltajı ve akım çalışma noktalarını görüntülemek için besleme üzerindeki "V/I DIS" düğmesine basın. Voltaj düğmesini 125 V'a ayarlayın.
	<ol>
		<li>Başlat düğmesine basmayın. </li>
	</ol>
	</li>
	<li>DC güç kaynağı panelindeki "Başlat" düğmesine basın. </li>
	<li>VAC1 120 V okuyana kadar VARIAC çıkışını yavaşça artırın.</li>
	<li>Senkron motor sabit durum hızına ulaştığında, Başlat/Çalıştır anahtarını Çalışma konumuna çevirin. </li>
	<li>Flaş ışığını kullanarak dönme hızını ölçün ve kaydedin ve VA kaydedin. </li>
	<li>DC güç kaynağını kapatın ve VARIAC'ı %0'a getirin. </li>
	<li>"Başlat/Çalıştır" anahtarını "Başlat" olarak sıfırlayın.</li>
	<li>Üç fazlı bağlantı kesme anahtarını kapatın. </li>
</ol>
<img alt="Figure 5" src="/files/ftp_upload/10166/10166fig5.jpg"> 
Şekil 5: Prime-mover'ın nasıl kurulacağını gösteren bir şema. <a href="//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/10166/10166fig5large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. </a>
3. DC Şönt Jeneratör Karakterizasyonu
<ol>
	<li>DC jeneratör tarafında, şönt alanını Şekil 6'da gösterildiği gibi armatür alanına paralel olarak bağlayın. </li>
	<li>RFsh(ext) için yerleşik reostayı kullanın ve IFsh ölçmek için multimetreyi ampermetre olarak kullanın. </li>
	<li>Yüksüz bir test için "S1" açık tutun. </li>
	<li>"RFsh(ext)" maksimum dirençte tutun. </li>
	<li>Üç fazlı bağlantı kesme anahtarını açın. </li>
	<li>DC güç kaynağı panelindeki "Başlat" düğmesine basın. </li>
	<li>VAC1 120 V okuyana kadar VARIAC çıkışını yavaşça artırın.</li>
	<li>Senkron motor sabit durum hızına ulaştığında, "Başlat/Çalıştır" anahtarını "Çalıştır" konumuna çevirin. </li>
	<li>Başka bir yerde açıklanan flaş ışığı tekniğini kullanarak şaft hızını ölçün. </li>
	<li>DC jeneratör tarafında bu yüksüz durumda VA kaydedin. </li>
	<li>RFsh(ext) değerini VA değerinde üretilen voltaj yaklaşık 150 V olana kadar azaltın.</li>
	<li>Bu noktadan sonra, minimum dirence ulaşılana kadar "RFsh(ext)" öğesini neredeyse eşit beş adımda azaltın. 
	<ol>
		<li>Her adım için VA ve IFsh ölçün. </li>
	</ol>
	</li>
	<li>RFsh(ext) değerini minimum değerinde bırakın. </li>
	<li>DC güç kaynağını kapatın. </li>
	<li>VARIAC çıkışını %0'a düşürün. </li>
	<li>Ampermetreyi IFsh ölçümünden IA ölçmek için hareket ettirin. </li>
	<li>Kurulumu daha önce açıklandığı gibi yeniden başlatın. </li>
	<li>RL değerini 300 Ω olarak ayarlayın ve "S1" seçeneğini açın. VA ve IA. </li>
	<li>"S1"ı kapatın, RL'yi 200 Ω olarak ayarlayın, ardından "S1" seçeneğini açın. VA ve IA. </li>
	<li>"S1" seçeneğini kapatın, RL değerini 100 Ω olarak ayarlayın, ardından "S1" seçeneğini açın. VA ve IA. </li>
	<li>DC güç kaynağını kapatın ve VARIAC çıkışını %0'a ayarlayın. </li>
	<li>Kurulumun senkron jeneratör tarafını sağlam tutun. </li>
	<li>DC jeneratör bağlantılarını ayırın. </li>
	<li>"Başlat/Çalıştır" anahtarını "Başlat" olarak sıfırlayın.</li>
	<li>Üç fazlı bağlantı kesme anahtarını kapatın. </li>
</ol>
<img alt="Figure 6" src="/files/ftp_upload/10166/10166fig6.jpg"> 
Şekil 6: Şönt DC jeneratör kurulumunun şeması. <a href="//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/10166/10166fig6large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. </a>
4. DC Serisi Jeneratör Karakterizasyonu
<ol>
	<li>DC jeneratör tarafında, seri alanını Şekil 7'de gösterildiği gibi armatür alanına seri olarak bağlayın.
	<ol>
		<li>RFse(ext) için dış reostayı kullanın. </li>
		<li>Yerleşik reostayı RL olarak kullanın ve maksimum dirençte bulundurun. </li>
		<li>Yüksüz test için "S1" açık tutun. </li>
		<li>RFse(ext) değerini maksimum dirençte tutun. </li>
	</ol>
	</li>
	<li>Üç fazlı bağlantı kesme anahtarını açın. </li>
	<li>DC güç kaynağı panelindeki "Başlat" düğmesine basın. </li>
	<li>VAC1 120 V okuyana kadar VARIAC çıkışını yavaşça artırın.</li>
	<li>Senkron motor sabit durum hızına ulaştığında, "Başlat/Çalıştır" anahtarını "Çalıştır" konumuna çevirin.
	<ol>
		<li>DC jeneratör tarafında bu yüksüz durumda VA ölçün. </li>
	</ol>
	</li>
	<li>"S1" özelliğini açın ve sıfır olmayan RFse(ext) } değerini sıfırı görmek için gerektiği gibi VA. </li>
	<li>RL öğesini P ayarına ulaşılana kadar neredeyse eşit beş adımda değiştirin, 300 Ω ayarlayın ve "S1" ayarını açın. Hızı ölçün, VA ve IA.
	<ol>
		<li>"S1" seçeneğini kapatın, RL değerini 200 Ω olarak ayarlayın, ardından "S1" seçeneğini açın. Hızı ölçün, VA ve IA. </li>
		<li>"S1"ı kapatın, RL'yi 100 Ω olarak ayarlayın, ardından "S1" seçeneğini açın. Hızı ölçün, VA ve IA. </li>
	</ol>
	</li>
	<li>DC güç kaynağını kapatın.
	<ol>
		<li>VARIAC çıkışını %0 olarak ayarlayın. </li>
		<li>Kurulumun senkron jeneratör tarafını sağlam tutun. </li>
		<li>DC jeneratör bağlantılarını ayırın. </li>
		<li>"Başlat/Çalıştır" anahtarını "Başlat" olarak sıfırlayın.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Üç fazlı bağlantı kesme anahtarını kapatın. </li>
	<li>Tüm kabloları ve sayaçları sökün. </li>
</ol>
<img alt="Figure 7" src="/files/ftp_upload/10166/10166fig7.jpg"> 
Şekil 7: Seri DC jeneratör kurulumunun şeması. <a href="//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/10166/10166fig7large.jpg" target="_blank"> Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. </a>
&lt;

DC makineler, AC endüksiyon ve senkron makinelerin icadından öncesine göre önemli ölçüde daha az yaygındır. Oyuncaklar, küçük robotlar ve eski ekipmanlar gibi basit düşük güçlü uygulamalarda yaygın olmaya devam ederler. Bol miktarda nadir toprak olmayan mıknatıs kullanan sabit mıknatıslı DC makineleri, özellikle düşük maliyetli ve düşük karmaşıklıktaki uygulamalarda daha basit uyarma nedeniyle şönt ve seri muadillerinden daha yaygındır.

dc motorlar

Kaynak: Ali Bazzi, Elektrik Mühendisliği Bölümü, Connecticut Üniversitesi, Storrs, CT. 
DC makinesi, AC akımları ve voltajları gerektiren bir AC makinesinin aksine DC akımları ve voltajları ile çalışır. DC makineleri ilk icat edildi ve DC akımları tarafından kontrol edilen iki manyetik alan kullandı. DC makinesinin alan ve armatür olarak adlandırılan iki alanı olduğundan, uygun alan uyarımı mevcutsa, aynı makine bir motor veya jeneratör olarak kolayca yeniden yapılandırılabilir. Alan genellikle stator tarafındadır ve armatür rotor tarafındadır (AC makinelere kıyasla zıt veya içten dışa). Alan uyarımı, kalıcı mıknatıslar veya bir sargı (bobin) ile sağlanabilir. Armatür veya rotor bobinine akım uygulandığında, sabit olan fırçalar ve dönen rotor üzerine monte edilmiş ve fırçalara temas eden kayar halkalar vasıtasıyla DC kaynağından bobine geçer. Rotor armatür bobini akım taşıyan bir döngü olduğunda ve stator veya alan mıknatısından gelen harici bir alana maruz kaldığında, döngüye bir kuvvet uygulanır. Döngü, rulmanlar kullanılarak motorun her iki tarafında "asılı" olduğundan, kuvvet, rotor milini başka bir yönde hareket ettirmek yerine döndürecek bir tork üretir. 
Bu dönüş, manyetik alanların hizalanmasına neden olur, ancak aynı zamanda kayma halkaları fırçaların kenarlarını değiştirir veya "yer değiştirir" ve bu, komütasyon işlemi olarak bilinir. Bu komütasyon meydana geldiğinde, rotor bobinindeki akım akışı tersine çevrilir ve manyetik alanlar tekrar birbirine karşı çıkar ve aynı dönüş yönünde daha fazla torka neden olur. Bu işlem devam eder ve rotor mili dönerek motor hareketini sağlar. Jeneratör çalışmasında, rotor miline mekanik dönüş sağlanır ve manyetik alan altında hareket eden bir bobin nedeniyle akım indüklendikten sonra rotordan dışarı akar. 
Bu deneyde tartışılan makineler, kalıcı mıknatıslardan ziyade bir alan sargısına sahiptir. DC makine çalışmasında kritik olan bir komütasyon işlemi, rotor döndüğünden ve eğirme tellerinin onları büküp kıracağından, enerjiyi rotordan (armatür) dış dünyaya aktarmak için kayma halkaları ve fırçalar kullanır. Bununla birlikte, bu fırçalar ve kayma halkaları, düzenli bakım, fırça değişimi, temizlik gerektirdiklerinden ve kıvılcıma neden olabileceğinden büyük güvenilirlik dezavantajlarına sahiptir. Bu, çoğu DC makinesinin, bu sorunlara sahip olmayan AC makinelerle değiştirilmesine yol açmıştır ve kalan DC makineleri, oyuncaklar ve basit düşük güçlü aletler gibi çoğunlukla kalıcı mıknatıs alanı uyarımına sahiptir. Fırçasız DC makineleri (veya BLDC'ler) olarak adlandırılan AC makineleri, invertörden AC voltajlarını almak için bir DC kaynağı ve güç elektroniği invertörü kullanan AC makineleridir. 
Bu deneyin amacı, iki ana DC makine konfigürasyonunu test etmektir: şönt ve seri. Testler, makinedeki artık akıyı tahmin etmeyi ve farklı konfigürasyonların yüksüz ve yükleme özelliklerini incelemeyi amaçlamaktadır.

Seri sargılar tipik olarak makinenin nominal armatür akımında nominal olarak yüksek akım taşır, çünkü hem seri hem de armatür sargıları seridir. Bu nedenle, seri sargıların bir mΩ ila birkaç Ω mertebesinde olması beklenmektedir. Şönt sargılar ise makinenin armatürü ile birlikte kendilerine güç sağlayan kaynaktan minimum akım çekmeli ve bu nedenle onlarca, yüzlerce hatta binlerce Ω gibi büyük direnç değerlerine sahip olmalıdır. 
...

DC Motorlar

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

DC Motorlar, küçük oyuncaklar ve şarj edilebilir elektrikli el aletlerinden elektrikli araçlara kadar değişen tahrik ekipmanları. Bu elektromekanik makineler, armatür adı verilen bir iç iletken bobin ve stator adı verilen bir dış mıknatıstan oluşur. Bir DC kaynağı, bir komütatör kaydırma yoluyla armatüre akım sağlar. Elektromanyetik kuvveti indüklemek ve döngünün dönmesine izin vermek. Elektromanyetik kuvvetin büyüklüğü, manyetik alan ile bobin arasındaki açıya bağlıdır ve dönme ile torkta dalgalanmalar yaratır. Armatürün etrafına yerleştirilmiş çoklu sargılar, tork dalgalanmalarını en aza indirir ve komütatör formunun güç kaynağını kısa devre yapmasını önler. Komütatör kayması, bobinden geçen akımın yönünü periyodik olarak değiştirerek manyetik alanların hizalanmasını daha da önler. Bu video, DC motor konfigürasyonlarını tanıtır ve değişen yük ile hız, akım ve voltaj gibi DC motor performans özelliklerinin ölçümünü gösterir. DC makinelerde kalıcı mıknatıslı staterler en yaygın olanıdır, ancak stater manyetik alanı iletken sargıları yoluyla üretildiğinde, hız ve tork çıkışı gibi performans özellikleri elektrik alan tasarımı yoluyla değiştirilebilir. Örneğin hız, motor tarafından geliştirilen ve elektro motor kuvveti veya EMF olarak adlandırılan voltajla ilgilidir. Benzer şekilde, tork akımla orantılıdır. Bu özellikler motorun tasarımına bağlı olarak değişir ve belirli uygulamalar için seçilen motor tasarımını etkiler. DC makinelerin dört temel elektronik konfigürasyonu ayrı ayrı uyarılmış, şönt, seri ve bileşiktir. Ayrı ayrı uyarılmış motorlar, saha ve armatür için ayrı güç kaynakları kullanır ve değişen yükleri desteklemek için bağımsız kontrol sağlar. En yaygın konfigürasyon olan şönt tasarımında, alan sargıları, ortak bir DC beslemesi ile armatür yüküne paralel olarak bağlanır. Bu, takım tezgahlarında ve santrifüj pompalarda yararlı olan değişken yük ile ayarlanabilir hız sağlar. Seri konfigürasyonda, bir DC beslemesi sahaya ve armatüre seri olarak güç sağlar. Bu, trenler, asansörler veya yük asansörleri gibi ekipmanlardaki ara yüklerin üstesinden gelmek için daha yüksek başlangıç torku sağlar. Bileşik tasarımlı motorlar, hem yüksek başlangıç torku hem de hız regülasyonu için hem şönt hem de seri devreler kullanır. Şönt alanı, seri alanından önce veya sonra yükleniyor olabilir. Artık DC motorların konfigürasyonları ana hatlarıyla belirtildiğine göre, şönt DC motorlarda akım, voltaj ve yük ilişkilerinin analizi gösterilecektir. DC testlerinde toplanan veriler, gerekirse eşdeğer devre modelleri oluşturmak için kullanılabilir. DC motorun elektriksel özelliklerini ölçmeden önce, düşük güçlü DC beslemesini 0,8 ampere ayarlayın ve besleme terminallerini makine armatürüne bağlayın. Ardından, besleme voltajını ve akımını kaydedin. Ardından, armatür boyunca voltaj ve akımı ölçmek için bir multimetre kullanın, şönt alanını ve seri alanı sarın. Her bir bileşendeki direnci tahmin etmek için verileri kullanın. DC motor jeneratörünün temel özelliklerini ölçtükten sonra, yerleşik alan reostatını maksimum ayarlara getirin ve direncini ölçün. Son olarak, dış seri alan reostatını üst sınırına ayarlayın ve direncini ölçün. DC motor testlerinin ardından, DC makinenin armatürünü döndürmek için senkron bir makine kullanılır. Böylece, DC makinesi, alan uyarımı olmadan, daha sonra yüksüz bir jeneratör olarak çalıştırılır. Bu koşullar altında, terminal voltajı EMF'ye eşittir. Jeneratörün dönme hızı ölçülür ve artık manyetizma adı verilen bobin uyarımının yokluğunda armatür tarafından tutulan manyetizmayı hesaplamak için kullanılır. İlk olarak, üç fazlı bağlantı kesme, senkron motor ve DC motorun tümünün kapalı olduğunu kontrol edin. Ardından, DC motor dış rotoruna küçük bir parça bant takın. Varyakın yüzde sıfıra ayarlandığını kontrol ettikten sonra, varyakı üç fazlı prize bağlayın. Ardından, kurulumu gösterildiği gibi bağlayın. Ardından, başlat çalıştırma anahtarının başlangıç konumunda olduğunu kontrol edin. Varyak ayarlamalarını takiben, besleme terminallerinden gelen tüm bağlantıların açık olduğunu onaylayın. Ancak o zaman, üç fazlı bağlantı kesme anahtarını açın. Ardından, yüksek voltajlı DC güç kaynağını açın, çalışma bitiş akımını görüntülemek için VI ekran düğmesine basın ve voltaj düğmesini 125 volta ayarlayın. Voltaj düğmesini ayarlamadan önce başlat düğmesine basmayın. DC güç kaynağı panelindeki başlat düğmesine basın ve ekipmanı açın. Ardından, terminal voltajı 120 volt okuyana kadar varyak çıkışını yavaşça artırın. Senkron motor sabit bir dönüş hızına ulaştığında, çalıştırmak için çalıştırma çalıştırma anahtarını çevirin. Makine ses değişikliklerine dikkat edin. Makine sesi sabit durumda monotonik hale gelir. Flaş hızını motor dönüş hızıyla senkronize ederek motorun hareketini dondurmak için flaş ışığını kullanın. Rotora takılan bant, flaş ışığı senkronize edildiğinde sabit görünecektir. Fanı bir sonraki en yüksek hızda senkronize etmek için flaş hızını yavaşça artırarak bu hızın motor hızı olduğunu onaylayın. Doğruysa, bu ilk gözlemlenen flaş senkronizasyon hızının iki katı olacaktır. Bu başlatma sırası, sonraki her test çalıştırmasından önce tekrarlanacaktır. Başlattıktan sonra, motorun dönüş hızını ve armatür voltajını kaydedin. Ardından, kalan manyetik alan kuvvetini hesaplamak için bu verileri kullanın. DC makineleri çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır. Farklı makinelerin çalışma parametreleri karakterize edildikten sonra, belirli bir cihazın tasarım özelliklerine göre seçilebilirler. DC jeneratör, şönt konfigürasyonu gibi çeşitli konfigürasyonlarda karakterize edilebilir. S1 anahtarı açıkken, yüksüz test için saha uç yük dirençleri maksimuma ayarlanır. Ardından, şaft hızı ve terminal voltajı daha önce açıklandığı gibi kaydedilir. Şönt direnci, minimum dirence ulaşılana kadar beş adımda azaltılır. Ve şönt direnç boyunca terminal voltajı ve akımı ölçüldü. Motor, aynı protokolü takip ederek yük dirençleri kullanılarak simüle edilmiş yüklerle ölçülebilir. Her DC jeneratör tipinin kendi voltaj akım çıkışı vardır. Şönt jeneratörler, çok çeşitli akım yükü için voltaj sağlayabilirken, seri jeneratörler akım yükü ile artan voltaj sağlar. Motorlu protezler gibi kablosuz bir güç kaynağının tercih edildiği çeşitli uygulamalarda, DC motorlar tercih edilen aktüatördür. Nöral olarak kontrol edilen alt ekstremite protezlerinde, sağlam bir bacakta olduğu gibi, yedek ekstremitedeki motorlu eklemlere sinyaller göndermek için yüzey veya transdermal sensörler kullanılır. Kapı ve ayak fleksiyonu, sert bir uzuv replasmanı kullanılarak mümkün olandan daha doğal ve sezgisel olarak kontrol edilir. Jove'un DC motorlarla tanışmasını az önce izlediniz. Artık bir DC motorun nasıl çalıştığını ve parametrelerini nasıl karakterize edeceğinizi anlamalısınız. İzlediğiniz için teşekkürler.

Education

JoVE Science Education

Engineering

Mühendislik

Electrical Engineering

Elektrik Mühendisliği

dc motors and generator action

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

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

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

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

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

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

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

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

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

DC Motors and Generator Action

electrical safety precautions and basic equipment

electrical-safety-precautions-and-basic-equipment

Safe Handling of High-Voltage Lab Power

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

characterization of magnetic components

B-H Curves and Inductor Core Limits

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

introduction to the power pole board

Power Pole Board for DC/DC Converter Labs

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

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 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

Bu koleksiyon, bir elektrik laboratuvarında yaygın olarak kullanılan ekipmanlar için en iyi uygulamaları gösteren bir elektrik güvenliği videosu ile başlar. Sonraki videolarda indüktörler, transformatörler, konvertörler, doğrultucular ve invertörler gibi öğeler tanıtılmaktadır.

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 ...

velocity-and-position-by-graphical-method

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

Description

Transcript

Tags

More videos by Standards