Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Science Education
Electrical Engineering

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 20 seconds.

 
Click here for the English version

רובוטריקים חד פאזיים

Overview

מקור: עלי באזי, המחלקה להנדסת חשמל, אוניברסיטת קונטיקט, סטורים, CT.

רובוטריקים הם מכונות חשמליות נייחת כי לעלות או למטה מתח AC. הם נוצרים בדרך כלל סלילים ראשוניים ומשניים או פיתולים, שבו המתח על הראשי הוא מועלה או למטה משני, או להיפך. כאשר מתח מוחל על אחד הפיתולים והזרם זורם באותה פיתול, השטף מושרה בליבה המגנטית, צימוד שני פיתולים. עם זרם AC, שטף AC מושרה, וקצב השינוי שלו עורר מתח על המתפתל המשני (החוק של פאראדיי). הקשר בין שתי המפתולים תלוי במספר הפניות של כל פיתול; לכן, אם לפיתולים העיקריים יש יותר פניות מאשר המתפתל המשני, המתח יהיה גבוה יותר על הראשי מאשר על המשני, ולהיפך.

ניסוי זה מאפיין שנאי חד פאזי על ידי מציאת הפרמטרים המעגליים המקבילים שלו. שלוש בדיקות מבוצעות: מבחן במעגל פתוח, מבחן קצר, ובדיקת DC.

Principles

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

השנאי המשמש בניסוי זה מדורג ב 115 V / 24 V, 100 VA. דירוג המתח נובע מהיכולת של הבידוד של כל פיתול לטפל בבטחה מתחים ספציפיים, בעוד דירוג VA או כוח (וואט) דירוג מגיע מיכולת טיפול הנוכחי של פיתולים אלה, במיוחד עובי חוט. חשוב לא לערבב ראשוני ומשני עם המינוח במתח גבוה ונמוך. לניסוי זה, ההנחה היא שלצד הראשי יש דירוג V 115, בעוד הצד המשני מדורג ב- 24 V. בצד 115 V יש שני מסופים המסומנים IN1 ו- IN2, בעוד שבצד המשני יש שני מסופים המסומנים OUT1 ו- OUT2.

הצד במתח גבוה משמש בדרך כלל לבדיקת קצר חשמלי כדי להשיג רזולוציית מתח רבה יותר. לדוגמה, אם שנאי מדורג עבור 1200 V / 120 V, קצר על 120 V כנראה יש זרם מדורג זורם עם פחות מ 10% של 1200 V, מה שהופך 0-120 V משתנה אוטומטי שנאי (VARIAC) על 1200 V מתאים לבדיקה זו. הצד במתח נמוך משמש בדרך כלל לבדיקת מעגל פתוח, שכן מתח זה נגיש יותר במעבדה. לפיכך, גישה זו מתבצעת כפרקטיקה מקובלת בניסוי זה.

מבחן המעגל הפתוח מסייע להעריך את ההשראות ההדדית בין שתי פיתולים, כמו גם הפסדי כוח הליבה הנגרמים על ידי שטף המושרה בליבה. מבחן קצר מסייע בזיהוי הדליפה של שני הפיתולים, שכן הזרם המרבי נמשך בקצר, וכמה דליפות שטף מהליבה סביב הפיתולים. מבחן DC מסייע במדידת עמידות תיל של שני פיתולים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Procedure

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. מבחן DC

  1. הפעל את ספק הכוח DC במתח נמוך הזמין על הספסל.
  2. הגדר את יציאת המתח שלו ל- 0 V והגדר את מגבלת הזרם ל- 0.8 A.
  3. בדוק שוב את חיבורי המעגל ולאחר מכן חבר את פלט ספק הכוח על-פני פיתולי הצד הראשיים (IN1 ו- IN2). השאר את פיתולים בצד המשני (OUT1 ו OUT2) פתוח.
  4. הפעל את האספקה והגדיל מעט את המתח עד להגעה למגבלה הנוכחית. שים לב שייתכן שהאספקה כבר מוגבלת כעת כאשר האספקה מופעלת. אל תגדיל את המגבלה הנוכחית.
  5. הקלט את קריאות המתח והזרם מתצוגת ספק הכוח.
  6. הגדר את המתח בחזרה ל- V 0 ונתק את האספקה.
  7. התאם את המגבלה הנוכחית ל- 4 A ולאחר מכן חבר את פלט האספקה על-פני פיתולים בצד המשני (OUT1 ו- OUT2). השאר את פיתולי הצד העיקריים (IN1 ו- IN2) פתוחים.
  8. הפעל את האספקה והגדיל מעט את המתח עד להגעה למגבלה הנוכחית. שים לב שייתכן שהאספקה כבר מוגבלת כעת כאשר האספקה מופעלת. אל תגדיל את המגבלה הנוכחית.
  9. הקלט את קריאות המתח והזרם מתצוגת ספק הכוח. עבור שנאי זה, מתח הכניסה הוא 3.5 V והזרם הוא 0.8 A.
  10. הגדר את המתח בחזרה ל- V 0, כבה את האספקה וניתק אותו.
  11. מדוד את ההתנגדות על פני המפתולים העיקריים עם מרובה מטרים.
  12. מדוד את ההתנגדות על פני פיתולים משניים עם מרובה מטרים.
  13. זה נפוץ יש התנגדות צד מתח גבוה יותר להיות גבוה יותר מאשר התנגדות צד המתח התחתון בשל העובדה כי כוח משני הצדדים הוא שווה באופן אידיאלי, מתח גבוה יותר פירושו זרם נמוך יותר ובכך התנגדות נמוכה יותר. מבחן DC והתנגדות מדודה על מרובה מטר צריך להתאים באופן הדוק.

2. מבחן מעגל פתוח

  1. ודא שהמקור המשולש כבוי.
  2. חבר את המעגל למבחן המעגל הפתוח (איור 1). השתמש במד כוח דיגיטלי.
  3. ודא שה-VARIAC ב-0%.
  4. בדוק שוב שחיבורי המעגלים הם כצפוי מתג 1, ולאחר מכן הפעל את המקור המשולש.
  5. התאם לאט את ידית VARIAC עד שקריאת המתח במד הכוח הדיגיטלי תגיע ל-24 וולט.
  6. הקלט את המתח, הזרם, הכוח האמיתי ואת גורם הכוח של מד הכוח.
  7. הגדר את ה- VARIAC בחזרה ל- 0%, כבה את המקור המשולש ונתק את פלט VARIAC.
  8. במבחן המעגל הפתוח או ללא עומס, תגובה ממגנטת (Xm) והתנגדות אובדן הליבה (RC) נמצאים מן הזרם (IOC), מתח (VOC), ו כוח (POC) מדידות כדלקמן:
    RC= VOC2/POC (1)
    ו Xm= VOC2/ QOC (2)
    איפה QOC2=(VOCIOC)2 - P OC2 (3)

Figure 1
איור 1: סכמטי בדיקת DC. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

3. מבחן קצר חשמלי

  1. ודא שהמקור המשולש כבוי.
  2. חבר את המעגל למבחן קצר חשמלי (איור 2). ודא ש- IN1 ו- IN2 מחוברים לפלט VARIAC.
  3. ודא שה-VARIAC ב-0%.
  4. חשב את זרם הקלט המדורג של השנאי. זה נמצא על ידי חלוקת דירוג VA לפי דירוג המתח בצד הכניסה. לדוגמה, אם הקלט הוא 115 V ודירוג VA הוא 100 VA, דירוג הנוכחי של הקלט הוא 100/115 = 0.87 A.
  5. בדוק את המעגל ולאחר מכן להפעיל את המקור תלת פאזי.
  6. התאם לאט ובזהירות את ידית VARIAC עד שהקריאה הנוכחית במד הכוח הדיגיטלי תגיע לזרם קלט מדורג.
  7. הקלט את המתח, הזרם, הכוח האמיתי ואת גורם הכוח במד הכוח.
  8. הגדר את ה- VARIAC בחזרה ל- 0%, כבה את מתג הניתוק וניתק את פלט VARIAC. השאר את הכבל המשולש VARIAC מחובר.
  9. הסר את קצר להציב על פני שנאי משני.
  10. במבחן קצר, תגובת הדליפה (X1+X2'=Xeq)והתנגדות חוט (R1+R2'=Req)של שתי הפיתולים נמצאים מהזרם (ISC), מתח (VSC), ועוצמה (PSC) מדידות כדלקמן:
    Req=PSC/ISC2 (4)
    ו Xeq= QSC/ISC2 (5)
    איפה QSC2=(VSC ISC)2 - P SC2 (6)
  11. ההנחה היא ש- X1 שווה ל- X2', בעוד שניתן להשתמש ב- R1 ו- R2' מבדיקת DC (או לפחות אחד מהם). אם בדיקת DC אינה מבוצעת, מקובל להניח כי R1 ו- R2' שווים.

Figure 2
איור 2: סכמטי מבחן קצר חשמלי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

4. בדיקת עומס

בדיקות עומס מראות כיצד ערכי הזרם והמתח מתואמים בין צדי הכניסה והפלט של השנאי כאשר באופן אידיאלי, V1/V2 = I2/I1 = N1/N2 = a where N הוא מספר הסיבובים, כתבים משניים 1 ו- 2 הם עבור הצדדים הראשיים והמשניים, בהתאמה, ו- a הוא יחס הסיבובים. העכבה בצד המשני המשתקפת לצד הראשי היא R'=2R או X'=2X.

  1. ודא שהמקור המשולש כבוי.
  2. חבר את המעגל למבחן העומס (איור 3). ודא ש- IN1 ו- IN2 מחוברים לפלט VARIAC.
  3. ודא שה-VARIAC ב-0%.
  4. חבר בדיקת מתח דיפרנציאלית של אוסצילוסקופ על-פני הראשי עם הגדרה של 1/200. התאם את מדידת הבדיקה עבור היסט V 0 עם גורם קנה מידה מתאים.
  5. חבר בדיקה זרם oscilloscope כדי למדוד את זרם העומס. התאם את מדידת הבדיקה עבור היסט של 0 mV עם גורם קנה מידה של פי 1 עבור הגדרה של 100 mV/A.
  6. בדוק את המעגל ולאחר מכן הפעל את מתג הניתוק תלת-פאזי.
  7. כוונן לאט את ידית VARIAC עד VP קורא 115 V.
  8. הקלט את המתח, הזרם, הכוח האמיתי ומקדם הכוח של שני מדי הכוח הדיגיטליים.
  9. לכוד את מסך האוסצילוסקופ עם לפחות שלושה מחזורים מוצגים.
  10. כבה את המקור המשולש והגדר את ה- VARIAC ב- 0%.
  11. החלף את 100 Ω נגד בשלושה 100 Ω נגדים במקביל.
  12. הפעל את המקור המשולש וכוון לאט את ידית VARIAC עד ש- VPיקרא V 115 V.
  13. הקלט את שתי קריאות מד הכוח הדיגיטלי בלבד (ללא לכידת מסך אוסצילוסקופ).
  14. הגדר את ה- VARIAC בחזרה ל- 0%, כבה את בורר הניתוק ונתק את ההתקנה.

Figure 3
איור 3: סכמטי בדיקת טעינה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

שנאים חד פאזיים משמשים ספקי כוח וציוד אחר כדי להמיר מתחי AC וזרמים מערך אחד למשנהו. רובוטריקים הם קריטיים למתן בידוד חשמלי אשר הכרחי לפעולה בטוחה של מכשירי מעבדה רבים ומכשירים רפואיים. אם הקלט והפלט אינם חולקים מסוף משותף, השנאי יכול להעביר כוח עם הפרדה פיזית מלאה. זה מונע חשמל בצד המתח הגבוה המסוכן של מערכת מלהגיע למעגלים ואנשים בצד הבטוח של מתח נמוך. הבנת הרכיבים בתוך שנאי חשובה לניתוח ועיצוב שנאי. וידאו זה מדגים כיצד למדוד פרמטרים חשמליים של רכיבי שנאי על ידי ביצוע בדיקות שונות.

לשנאי יש זוג מסופי קלט המחוברים לפיתול או סליל ראשי וזוג מסופי פלט המחוברים לפיתול משני. ליבה המורכבת מפלדה, פריט או אפילו אוויר פשוט ממזגת את שני המפתולים. מתח על פני פיתול אחד גורם לזרם לזרום דרכו, ויוצר שדה מגנטי. השטף המגנטי, שהוא כמות השדה המגנטי העובר דרך אזור, מצמיד את הליבה לפיתול המשני שבו הוא גורמת למתח. המנהל הזה נקרא אינדוקציה הדדית. חוק פאראדיי קובע כי קצב השינוי של השטף כפול מספר המפותלים שווה למתח המושרה. נקרא גם כוח אלקטרומוטיבי או EMF. מתח DC על פני המתפתל הראשי הוא קבוע ולכן השטף המגנטי המתקבל הוא גם קבוע וקצב השינוי הוא אפס. עם זאת מתח AC מייצר שטף מגנטי עם קצב לא אפס של שינוי וכתוצאה מכך גורמת למתח. במילים אחרות, מתח AC נדרש כדי שהשנאי יפעל. יחס סיבובי השנאי הוא מספר הסיבובים של חוט על המתפתל הראשי חלקי מספר הפניות על המתפתל המשני. היחס בין המתח על פני הראשי למתח על פני המשני שווה ליחס הסיבובים. בהתאם ליחס הפניות שנאי יכול להגביר את המתח, לרדת מתח או לשמור אותו זהה. היחס בין הזרם דרך הראשי לזרם דרך המשני שווה להופכי של יחס הפניות. לדוגמה, אם ל סליל הראשי יש שלושה סיבובים והמשני כולל 30 סיבובים, יחס הסיבובים הוא 0.1. לכן 120 וולט על הראשי של שנאי זה הופך 1200 וולט על המשני. 10 אמפר דרך הראשי הופך 1 אמפר דרך המשני. לבסוף, אם ל סליל המשני יש עומס של עכום Z2, ל סליל הראשי יש עומס נראה או רפלקטיבי, Z2 prime. הערך של עומס רפלקטיבי זה הוא העכבה בצד המשני המוכפלת בריבוע יחס הסיבובים. שנאי יכול להיחשב זוג משרן מצמיד אשר באופן אידיאלי מעביר אנרגיה ללא אובדן מסליל אחד לשני. עם זאת שנאי אמיתי דלף שטף מגנטי או אינדוקציה דליפה אשר אינו תורם להעברת אנרגיה בין פיתולים. יתר על כן, שנאי אמיתי חווה פיזור כוח וחימום מהתנגדויות מתפתלות. שטף מגנטי המושרה בליבה הוא מקור נוסף של חום עקב התנגדות אובדן הליבה. כדי למנוע נזק, נעשה שימוש בקלט הספק מרבי שצוין הנקרא דירוג VA או תוצר של מתח כניסה והזרם שהוא כוח. עכשיו, לאחר שהיסודות של שנאי הוצגו, בואו נסתכל כיצד למדוד את הפרמטרים החשמליים של השנאי.

השנאי המשמש בניסוי זה מדורג לסבול מקסימום של 115 וולט על המתפתל העיקרי ומקסימום של 24 וולט על המתפתל המשני. יתר על כן, שנאי זה יש דירוג כוח של 100VA כלומר, הוא יכול לקבל מקסימום של 100 וואט של כוח. מבחן DC זה מודד את ההתנגדות של כל פיתול לשימוש במודל המעגל המקביל של השנאי. תחילה הגדר את יציאת מתח מתח החשמל DC במתח נמוך לאפס וולט ואת המגבלה הנוכחית ל- 0.8 אמפר. אז תכבה את האספקה. חבר את פלט ספק הכוח לאורך המפותל הראשי. אל תחבר שום דבר לפיתול המשני. הפעל את ספק הכוח DC והגדל את המתח בהדרגה עד להגעה למגבלה הנוכחית. הקלט את קריאות המתח והזרם מהתצוגה של ספק הכוח. חשב את ההתנגדות של המתפתל הראשי על ידי חלוקת המתח על ידי הזרם. הגדר את מתח ספק הכוח בחזרה לאפס וולט וכבה אותו. חבר את ספק הכוח על פני המתפתל המשני משאיר מעגל פתוח על המתפתל הראשי. הגדר את המגבלה הנוכחית על ספק הכוח לארבעה אמפר. לאחר מכן להגדיל את המתח בהדרגה עד לגבול הנוכחי הוא הגיע. הקלט את קריאות המתח והזרם מהתצוגה של ספק הכוח. חשב את ההתנגדות של המתפתל המשני. הגדר את מתח ספק הכוח בחזרה לאפס וולט, כבה אותו וניתק אותו מהשנאי. לבסוף השתמש במונה כדי לאשר את ההתנגדות המחושבת על פני פיתולים ראשוניים ומשניים.

מבחן המעגל הפתוח מודד את המגיבים ההדדיים או את ההתנגדות לשינוי בזרם מהתנגדות הליבה לאובדן. עמידות לאובדן ליבה היא פרמטר המעגל המקביל עבור פיזור כוח והפסדי כוח משוערים בליבת השנאי. כאשר מקור הכוח התלת-פאזי כבוי והווריאק מוגדר לאפס אחוזים, הרכיבו את המעגל כפי שמוצג. לאחר מכן השתמש במד כוח דיגיטלי כדי למדוד זרם ומתח פתוחים בצד הראשי. הפעל את מקור הכוח המשולש וכוונו לאט לאט את ידית הבקרה של Variac כדי להגביר את המתח עד שמד הכוח הדיגיטלי יקרא 24 וולט. הקלט את מתח המעגל הפתוח, זרם המעגל הפתוח, כוח אמיתי במעגל פתוח ומקדם כוח. השתמש בערכים אלה כדי לחשב פרמטרי מעגל מקבילים עבור השנאי. עמידות אובדן הליבה, RC מחושב ממתח המעגל הפתוח וכוח המעגל הפתוח. התגובה ההדדית XM מחושב באופן דומה באמצעות מתח מעגל פתוח, כוח וזרם.

מבחן קצר מודד את מגיבי הדליפה ויכול גם לקבוע את עמידות החוטים של שתי המפתולים. תחילה חשב את זרם הקלט המדורג של השנאי על-ידי חלוקת דירוג VA לפי דירוג המתח עבור צד הכניסה. כאשר מקור הכוח כבוי, ו-Variac באפס אחוזי פלט מרכיבים את המעגל כפי שמוצג. הפעם להשתמש במד הכוח הדיגיטלי כדי למדוד זרם קצר ומתח. הפעל את מקור הכוח תלת-פאזי וכוונו לאט את ה-Variac כדי להגביר את המתח עד שהקריאה הנוכחית במד הכוח הדיגיטלי תגיע לזרם הקלט המדורג. הקלט את מתח המעגל הקצר ואת הזרם, כמו גם את הכוח האמיתי קצר ואת גורם הכוח. מגיבי הדליפה הם הסכום של מגיבי הצד העיקריים והמגיבים המשניים המוחקפים אשר מניחים שהם שווים. חשב את מגיבי הדליפה עם המדידות מבדיקת קצר. לבסוף לחשב את ההתנגדות החוט הכוללת של שני פיתולים כסכום ההתנגדות של המתפתל העיקרי ואת ההתנגדות המשתקפת של הצד המשני מתפתל.

רובוטריקים הם מכשירים חשמליים שימושיים מאוד אשר יש יישומים בתחום המרת כוח ובידוד חשמלי לבטיחות. מבחן העומס מודד את היחס בין המתח על פני הראשי למתח על פני המשני, כמו גם את היחס של זרם דרך הראשי לזרם דרך המשני. המעגל הורכב עם נגד 100 אוהם המחובר לצד המשני והזרם והמתח נמדדו משני הצדדים. כאשר הצד הראשי ב-115 וולט, נמדדו המתח, הזרם, הכוח האמיתי ומקדם הכוח משני הצדדים. היחס בין המתח הראשי למתח משני צריך להיות שווה באופן אידיאלי ליחס הסיבובים. מחקר של נוירונים חושיים חושיים חושי חושי של עכברים השתמש באור אולטרה סגול מצינור פלאש קסנון כדי לנתק תרכובות מסוימות. המעגלים החשמליים כדי לנהוג בצינור פלאש נדרש מתחים גבוהים שנוצרו עם שנאי מדרגה למעלה. כמו בכל ציוד מתח גבוה, עיצוב בטוח משתמש שנאים לבידוד חשמלי כדי למנוע קצרים מקריים בין רכיבים עם מתחים מסוכנים ואלקטרוניקה אחרת במעגל.

הרגע צפית בהקדמה של יובה לשנאים חד-פאזיים. עכשיו אתה צריך להבין איך שנאי עובד, כמו גם איך למדוד את הפרמטרים המעגל המקבילים שלה. תודה שצפיתם!

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

על-ידי ביצוע בדיקות DC, מעגל פתוח, קצר ועומס, זוהו הפרמטרים המקבילים של השנאי; לכן, הדמיה, הפעלה וניתוח של התנהגות שנאי מציאותית הופכים לאפשריים.

מבחן קצר מבוצע בדרך כלל על ידי החלת מתח גובר בצד המתח הגבוה, שכן רק מתחים קטנים בצד זה עלולים לגרום לזרם מדורג לזרום בצד המתח הנמוך המקוצר. זה שימושי בהפעלת השנאי בזרם מדורג, ולכן, בדיקה עבור יכולת נשיאה נוכחית.

עבור בדיקה זו, מתח קצר הוא 11.9 V, זרם קצר הוא 0.865 A, ואת כוח קצר הוא 7.11 W. מידות קצר משמשות לאחר מכן לחישוב תגובת דליפה, שהיא 9.94Ω במקרה זה. הצד העיקרי המתקבל ותגובה צדדית משתקפת הם כל 4.97Ω. ההתנגדות הכוללת של חוט מחושבת כ- 9.502Ω. חיסור ההתנגדות של המתפתל העיקרי (4.375Ω) נותן 5.127

באשר לבדיקת המעגל הפתוח, כדאי להבטיח כי יכולות בידוד מתח שנאי מתקיימות בעת הפעלת מתחים מדורגים. בדיקות אחרות, כגון בדיקות בידוד סיר גבוה עבור פירוק חומר בידוד, בדיקות רטט מכני, וכו ', מבוצעים גם אבל עבור יישומים מתקדמים יותר.

עבור שנאי זה, מתח המעגל הפתוח הוא 23.8 V, זרם המעגל הפתוח הוא 335.5 mA והספק המעגל הפתוח הוא 2.417 W. ממדידות אלה, התנגדות אובדן הליבה, Rc, ותגובה הדדית, Xm, ניתן לחשב כמו 234.35Ω ו 74.67Ω בהתאמה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Applications and Summary

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

הבדיקות המתוארות הן קריטיות בהערכת העכבה של שנאי בקביעת הפרמטרים המעגליים המקבילים לו. מאז יישומי שנאי להשתנות מטענים פשוטים להעברת AC בהספק גבוה, כראוי אפיון שנאים שונים עבור יישומים שונים הוא חיוני. עכבה שנאי משמש במערכות כוח כדי לקבוע מכשולי תקלה אפשריים משני צדי שנאי, משוער היעילות של שנאי, לחשב את הקו שלה ויסות עומס, ולדמות את השנאי כחלק ממערכות חשמליות גדולות יותר.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Transcript

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter