GENERALITATI
Bobina este n electrotehnic un dispozitiv electric pasiv, care
are dou terminale (capete) i este folosit n circuitele electrice
pentru a nmagazina energie n cmp magnetic sau pentru detecia
cmpurilor magnetice. Parametrul specific al unei bobine este
inductana sa.
Bobina se realizeaz prin nfurarea unui conductor (n general
cupru) pe un miez. Acest miez poate fi feromagnetic, n acest caz
bobina avnd inductan mare, sau poate fi neferomagnetic, sau chiar s
lipseasc (miezul fiind aer), n acest caz bobina avnd inductan
sczut. n curent alternativ o bobin prezint o reactan inductiv,
dependent de frecvena curentului alternativ.
Proprietatea caracteristic bobinei este inductana (msurat n
henry, H) care este o mrime fizic egal cu raportul dintre fluxul
magnetic stabilit printr-un circuit de curentul care trece prin el
i intensitatea curentului respectiv. O variaie a curentului produce
o variaie a fluxului magnetic care la rndul su produce for
electromotoare ce ncearc s se opun variaiei curentului.
Un inductor, de asemenea, numit bobina sau reactor, este un
component electric cu dou terminale pasive care rezista schimbrilor
de curent electric la trecerea acestuia prin ea . n sensul
larg,prin Bobin se nelege un element de circuit format dintr-un
conductor electric astfel nfurat,nct s formeze una sau mai multe
spire.O spir are dou conductoare active:unul de ducere i unul de
ntoarcere, raportat la sensul curentului prin spir.Ca,forme
obinuite,ntlnim bobine cilindrice,paralelipipedice sau
toroidale.Clasificarea bobinelor se poate face i dup alte
criterii,aa cum va reiei n cele ce urmeaz. Semnele convenionale
pentru bobine sunt date n STAS 11381/8-88.n tabelul urmtor sunt
date cteva semne convenionale uzuale.
1.Clasificarea bobinelor si procesul tehnologic de executie
n construcia aparatelor electrice bobinele ocupa un loc
important deoarece de construcia i corectarea lor realizare depinde
buna funcionare a aparatului, ca spre exemplu la electromagneii de
acionare, la contactoare, la relee.Dup construcia bobinelor pot
fi:-nfurate pe miez magnetic a-nfurate pe carcas b-nfurate fr
carcas c
Procesul tshnologic al executrii bobinelor cuprinde mai multe
operaii, care pentru diferite construcii de bobine sunt oarecum
diferite. Totui, succesiunea operatilor de baz ale procesului
tehnologic la executarea bobinelor este pe deplin determinat i
const n urmtoarele faze: executarea carcasei, nfurarea, unirea i
fixarea capacerlor,izolarea bobinei, impregnarea, lcuirea
suprafeelor exterioare a bobinei, uscarea bobinei fcute.
n funcie de distana bobinei i n cosecin de construcie i de
condiiile cerute izolaiei ei se ntrebuineaz cteva feluri principale
de carcase i anume: - tub metalic tub din material izolant carcas
asamblat din materiale izolatoare carcas compus dintr-un miez
magnetic carcas presata din material plastic carcas din porelan
2.Construcia bobinelor din punct de vedere tehnologic
Caracteristicile proceselor tehnologice ale fabricrii bobinelor
oblig pe consumatori ca la alegerea i elaborarea construciilor
bobinelor s aib n vedere condiiile tehnologice. La bobinele mici de
curent alternativ, cu mai multe spire se pot proiecta construcii fr
carcas, nfurarea fcndu-se de mainile de bobinat cu mai multe bobine
i cu lcure exterioar. n acest caz, operaia care necesit manoper
mare este aceea a izolrii exterioare a bobinei. Aceast problem
trebuie s fie n aa fel rezolvat, nct s se ajung la mecanizarea
executrii izolaiei. Construcia aceasta cere prezena n fabric a
mainilor de bobinat care s execute simultan mai multe bobine precum
i a unei instalai de impregnare.
Dac bobinele sunt destinate unui regim de lucru mai intens,
bobinele cu mai multe spire se vor proiecta cu carcas din mase
plastice. n acest caz, se simplific procesul izolrii exterioare a
bobinei, n comparaie cu construcia fr carcase. Bobinele din
conductori groi cu nimr mic de spire, trebuie s se proiecteze fr
carcase.Este raional ca bobinele de curent continuu s fie nfurat
fie pe o carcas metalic, pentru ca i suprafaa inferioar a bobinei s
fie folosit pentru cedarea cldurii, fie pe miezul magnetic izolat.
n toate cazurile, cnd este posibil, se vor utiliza bobine de form
cilindric. Forma dreptunghiular a orificiului bobinei complic
procesele de executare.Izolarea exterioar a colurilor bobinelor
dreptunghiulare fr carcase cere o mare atenie i timp ndelungat.
Alegerea materialelor electroizolante de diferite feluri i
caliti precum i stabilirea numrului de straturi ale izolaiei se
face mai multe considerente. Astfel n operaia de nfurare nu se
reuete s se obin umplerea uniform a spaiului de bobinaj.Alegerea
materialelor electroizolante de diferite feluti i cantiti precum i
stabilirea numrului de straturi ale izolaiei se face dup mai multe
considerente.Numrul straturilor de materiale izolatoare trebuie
stabilit pe baza considerentelor electrice i mecanice.Unde este
posibil, din punct de vedere tehnologic, folosit iyolaia de clasa A
. ntrebuinarea materialelor care conin mic trebuie s fie justifcat
de cesitatea de a avea o rzisten termic ridict.
3.Executarea operaiei de bobinare.
n toate cazurie, la diametre micii de conductoare i bobine cu
multe spire, cnd nu sunt condiii speciale este raional s se
ntrebuineze nfurarea automat a conductorului fr a se respecta
riguros rndurile si straturile.Sensul nfurrii nu influeneaz
construcia din punct de vedere tehnologic.Totoi la bobine de
curentul continuu, unde este necesar pstrarea unei anumite polariti
trebuie respectat i sensul de nfurare. Alegerea capetelor bobinelor
flexibile sau rigide se determin n special prin considerente
constructive.Pretutindeni, unde este posibil trebuie utilizate bare
rigide.Capetele de ieire flexibile cu izolaie de cauciuc sau mas
plastic, n cazul aciunii ndelungate a temperaturii, i pierd
elasticitatea. n caz contrar se folosete izolaia de cauciuc
silicatic, sau izolaia trebuie s fie mbrcat pe capete de ieire dup
imprergnare.La multe bobine, cnd se ntrebueneaz borne de alam,
capetele bobinajului se lipesc de borne.
4. Condiile impuse pentru a realiza o bun impregnare
Dup nfurare, bobinele destinate a lucra n medii agresive sau
care prin calculul de nclzire au fost prevzute a fie
impregnate.Impregnareamai are ca scop rigidizarea bobinelor i
ntrirea izolaiei conductoarelor, contribuind totodat i la o
transmitere mai uoar a cldurii.Din punct de vedere constructiv i
tehnologic, bobinele de aparate ce urmeaz a fi impregnate trebuie s
ndeplineasc urmtoarele condiii:1. Izolaia conductorului .2. Clasa
de izolaie aleas pentru izolare.3. n flanele carcaselor s se prevad
dac canale prin care s se asigure o mai uoar ptrundere a lacului
spre interiorul bobinei.4. Izolaia de hrtie dintre straturi .5.
Construirea carcasei s fie suficient de robust.
Dup nfurarea sau dup impregnarea suprafaa lateral a bobinei se
izoleaz cu pnz lcuit. Este indicat ca fiecare bobin s fie prevzut
cu o etichet pe care s se marcheze tensiunea, diametrul
conductorului i numrul de spire.
5.Bobinajele transformatoarelor
Realizarea bobinajelor transformatoarelor comport o serie de
particulariti datorit faptului c n general nfurarea de nalt
tensiune este supus unei tensiuni ridicate i ca atare problemele de
izolaie joac un rol deosebit.nfurrile transformatoarelor i deci
diferitele bobine pot s fie cu sensul de bobine la stngasau la
dreapta. nfurarea se consider la stngadac parcurgerea n lungul
spirelor se efectueaz n sensul invers acelor de ceasornic i la
dreapta, dac se va efectua n sensul acelor de ceasornic.
1. Parametrii bobinelor
a. Tensiunea nominal Un este tensiunea maxima pentru care se
dimensioneaz izolaia bobinei b. Tensiunea de serviciu Us este
tensiunea care se aplica la capetele infasurarii bobinei intr-un
anume regim de lucru.c. Rezistenta R a bobinei este o mrime care se
pot evidenia daca bobina este alimentata cu tensiune continua. Din
legea lui Olm, rezulta:
R=
Inducia proprie a bobinei L depinde de dimensiunile acesteia de
numrul de spire si de materialul miezului magnetic, conform
relaiei:
L=N2
Inducia proprie a bobinei se mai poate calcula in funcie de
fluxul magnetic si de curentul care strbat bobina, conform
relaiei:
L=
Impedana Z a bobinei se manifesta la alimentarea acesteia cu
tensiunea alternativa si se poate calcula cu relaia:
Z=
Reactana inductiva XL=2fL
Impedana se poate calcula in funcie de rezistenta si de reactana
inductiva:
Z2=R2+XL2
Factorul de calitate Q este raportul dintre reactana inductiva
si rezistenta:
Q=
2. Bobine concentrate
Bobinele pot fi realizate cu spirale dispuse la un loc si atunci
se numesc bobine concentrate, sau cu spirale dispuse in cresaturile
miezului magnetic, si atunci se numesc bobine repartizate.Bobinele
aparatelor electrice sunt bobine concentrate si pot fi infasurate
direct pe miezul magnetic, infasurate pe carcasa, infasurate fara
carcasa/ bobinele infasurate pe polii apareni ai mainilor electrice
rotative sunt tot bobine concentrate si se numesc bobine polare.
Bobinele concentrate ale transformatoarelor electrice, deoarece au
unele particularitati constructive, vor fi prezentate separat.
Tipuri de bobine concentrate
TEHNOLOGIA DE REALIZARE A BOBINELOR CONCENTRATE
Calculul bobinelor concentrate
Pentru realizarea unei bobine corespunztoare necesitailor de
funcionare a unui produs, documentaia trebuie sa cuprind si o serie
de parametrii impui sau calculai: desenul de ansamblu al bobinei,
desenul carcasei, tensiunea nominala a bobinei (inaltimea si
lungimea seciunii longitudinale), diametru conductorului bobinei,
rezistenta electrica a bobinei, curentul nominal, puterea activa
maxima, suprafaa de rcire a bobinei, sensul infasurare, tratamente
termice, acoperiri, impregnri.Redm mai jos un calcul simplificativ
pentru bobine concentrate de curent continuu si de curent
alternativ.
Calculul simplificativ al bobinelor de curent continuu. Bobinele
de curent continuu au un numr de spire mare si se realizeaz din
conductoare de cupru cu diametrul mic.
Curentul care trece prin bobina se calculeaz cu legea lui
Ohm.
I=U/R
Rezistenta rezulta din relaia:
R=l/S
Lungimea l a srmei de relaia de mai sus se calculeaz in funcie
de numrul de spire n, si de diametrul Dm ( diametrul mediu al
bobinei) adic:
l=Dmn unde:
Dm=
Seciunea conductorului se calculeaz cu relaia
S=
Unde I este densitatea de curent [ A/mm2 ] Calculul se face
utiliznd oricare dintre relaiile de mai sus, in funcie de datele
care se cunosc: diametrul srmei, rezistenta bobinei, tensiunea
bobinei etc.
Calculul bobinelor de curent alternativ. Valoarea curentului
care trece prin bobina se calculeaz cu relaia:
I=
Determinarea rezistentei ohmice se face cu aceeai relaie ca si
in curent continuu.Calculul numrului de spire se face in funcie de
inducia B din miezul magnetic si de seciune S a miezului de fier,
pentru o frecventa f a curentului:
n=
unde:
S=Kuab
Ku = 0,90,95 si reprezint coeficientul de mpachetare a tolelor,
iar a si b lungimea si latimea miezului.Pentru a se calcula
bobinele pentru alta tensiune, este necesar sa se cunoasc tensiunea
U1 pentru care se recalculeaz, numrul de spire n1 si diametrul d1
al conductorului de bobinaj.Noul numr de spire n2 se calculeaz cu
relaia:
n2=n1
Diametrul d2 al conductorului se recalculeaz cu relaia:
D2=d1
Tehnologia realizarii bobinelor infasurate pe carcasa
Bobinele se realizeaz din conductor de cupru flexibil, izolat cu
bumbac, email sau fibre de sticla.Procesul tehnologic se realizare
a bobinelor infasurate pe carcasa cuprinde urmtoarele operaii:
dezizolarea conductorului si infasurarea lui pe firul terminal I;
decaparea si lipirea cu aliaj de lipit a acestora; aezarea firului
terminal introdus in tub izolant flexibil in carcasa si fixarea lui
pe acesta cu banda adeziva; fixarea legturii terminale prin
infasurarea a 4-10 spire peste banda de fixare; introducerea
carcasei in dornul mainii de bobinat; infasurarea pe carcasa a
conductorului; montarea si fixarea cu banda adeziva de carcasa a
legturii terminale II; introducerea de materiale izolatoare printre
straturi pentru bobinele cu tensiune nalta; izolarea la exterior cu
banda adeziva dezizolarea, lipirea firului de conductorul terminal
II si introducerea tubului izolat peste acesta.
Carcasele se realizeaz din materiale electroizolante,
termorigide, termoplaste sau stratificate.Carcasele din bachelita
se obin prin presare la cald.Carcasele din materiale termoplaste se
obin prin injecie.Carcasele confecionate din materiale stratificate
( hrtie stratificata, tesaturi din bumbac, impregnate, tesaturi de
sticla presat ) au o utilizare limitata de productivitatea sczuta a
operaiilor de asamblare a unor piese separate.
Bobina concentrata infasurata Carcase de bobinepe carcasa a.
carcasa turnata1- Bobine; 2-caracsa; 3-clema de ieire;b.- carcasa
confecionata din materiale4- clema de intrare stratificate
Pentru condiii mai grele de exploatare, carcasele bobinelor se
confectioneaza din materiale ceramice.Pentru unele relee sau pentru
aparate magnatoelectrice ( cu bobina parcursa de curent continuu )
se mai utilizeaz carcase din aluminiu sau alama.
Tehnologia realizarii bobinelor fara carcasa.
Bobinele fara carcasa se realizeaz cu ajutorul abloanelor
.ablonul se confectioneaza din lemn sau din matale uoare, in funcie
de dimensiunile bobinelor, tinandu-se seama de coeficientul de
umflare u .La bobinele dreptunghiulare, spiralele sunt mai strnse
la colturi, iar la mijloc se produce o umflare. Valorile
coeficientului de umflare sunt in funcie de forma seciunii
conductorului si diametrul acestuia.Pentru o bobina cu mai multe
straturi, realizata din conductor izolat cu diametrul diz ,
dimensiunile vor fi:
g= n1 dis uh=n2 diz u
in care:
n1 este numrul de straturi ale bobinei n2 numrul de conductoare
intr-un strat
Procesul tehnologic cuprinde:
montarea ablonului pe maina de bobinat; plasarea pe laturile
ablonului a unei bucati din banda izolatoare de bumbac si fixarea
cu banda adeziva; fixarea conductoarelor terminale in locaurile
prevzute in ablon si lipirea de primul conductor terminal a
captului conductorului de bobinaj; infasurarea conductorului si
introducerea izolaiilor intre straturi; lipirea captului
infasurarii de conductorul termina II; izolarea exterioara cu
prespan; legarea in banda de consolidare a spirelor consolidarea
mecanica si izolarea electrica exterioara, prin infasurarea de
benzi izolatoare.
Tehnologia realizarii bobinelor infasurate direct pe miezul
magnetic
Bobinele de acest tip se utilizeaz la unele aparate mici.
Conductorul se infasoara direct pe miezul magnetic gata izolat.
Tehnologia de realizare a bobinelor concentrate din bare
Bobinele concentrate din bare se executa din conductor izolat
sau neizolat de sectiune circulara sau dreptunghiulara din cupru
sau aluminiu.Conductoarele profilate se pot infasura pe lat sau pe
muchie.Bobinele concentrate din bare se construiesc pentru valori
ale intensitatii curentului si le ntlnim la declanatoare
electromagnetice de curent, la electromagnei de acionare, la polii
mainilor electrice, la bobinele de curent ale unor contoare de
inducie
Realizarea bobinelor din bare dispuse pe lat. Pentru raze de
curbura mici si grosimi de conductor de 3-4 mm se utilizeaz numai
bare neizolate, din cauza tensiunilor mecanice mari care ar aprea
in izolaie si care ar putea duce la deteriorarea acesteia.Bobinele
se realizeaz cu ajutorul abloanelor, iar izolarea intre spire se
realizeaz cu fasii de micabanda sau sticlotextolit subire in timpul
infasurarii conductorului sau dup infasuare ( la bobinele intr-un
strat ).Din cauza seciunii mari a conductorului, ieirile bobinelor
nu mai pot fi scoase la exterior printre conductoare si din aceasta
cauza este necesar ca prima si ultima spira sa se gseasc la
exteriorul bobinei.
Realizarea bobinelor din bare dispuse pe muchie. Aceste bobine
se executa numai din conductoare neizolate, de regula intr-un
strat, iar razele de curbura se coreleaz (pentru a nu aprea ruperi
de material).Dup infasurarea conductoarelor pe abloane cu maini
speciale se executa recoacerea bobinelor, curatirea dup recoacere,
ajustarea muchiilor interioare la curburi, calibrarea pentru
ndreptare si obinerea dimensiunilor cerute. Calibrarea se face cu
placi de otel introduse intre spire, pe ablon si prin presare cu o
piesa hidraulica.
Bibliografie:
1. Instalaii i echipamente electrice, Autori: Sabina HilociH.
Popescu 1999
2. A. Amuzescu, D. Popovici Curs de electrotehnic Politehnica
Bucureti Catedra de electrotehnic Editura Printech Bucureti
1998
3. Glenn Elert (19982008). "The Physics Hypertextbook:
Inductance"
4. Purcell, Edward M.; David J. Morin (2013). Electricity and
Magnetism. Cambridge Univ. Press. p. 364. ISBN 1107014026.
5. Timotin A., Hortopan V., Ifrim A., Preda M., Lecii de Bazele
Electrotehnicii, Bucureti, Ed. Didactici Pedagogic, 1970.