Bobine

Bobine

In sens larg, prin bobina se intelege un element de circuit format dintr-un conductor electric astfel infasurat, incat se formeaza una sau mai multe spire.

O spira are doua conductoare active: unul de ducere si unul de intoarcere, raportat la sensul curentului prin spira.

Ca forme obisnuite, intalnim bobine cilindrice, paralelipipedice sau toroidale. Clasificarea bobinelor se poate face si dupa alte criterii, asa cum va reiesi in cele ce urmeaza.

  Pentru bobine nu exista o productie de serie standardizata, in general, fiind fabricate de utilizator in functie de necesitate. Principalele caracteristici ale unei bobine sunt:

inductanta (L);

factorul de calitate (Q_L) sau tangenta unghiului de pierderi tg_L, care reprezinta raportul dintre puterea reactiva si puterea activa disipata in bobina:

Q_L = ; (1.14)

capacitatea parazita a bobinei;

puterea, tensiunea si curentul maxim admis pentru a nu produce transformari ireversibile in bobina.

    Bobinele se pot realiza fara miez magnetic (in general pentru inductivitati mici) si pe miezuri magnetice de diferite forme (bara, tor, oala si alte forme inchise U+I, E+I etc.). Constructiv ele se pot realiza fix (inductanta constanta pe timpul functionarii), variabile (prin pozitionarea unui miez magnetic) sau bobine cuplate magnetic (fix sau variabil). Realizarea unei bobine se face prin infasurarea unui fir conductor pe carcase avand diferite sectiuni si proprietati dielectrice foarte bune. Exista mai multe tipuri de bobinaje (intr-un singur strat, multistrat, piramidal, sectionat, fagure) fiecare imprimand anumite caracteristici bobinei.
    Conductorul de bobinaj este, in marea majoritate a cazurilor, alcatuit din fir de cupru monofilar sau multifilar (pentru frecvente mari).
    Pentru frecventa ultrainalta, datorita efectului pelicular, se folosesc conductoare de cupru argintat, practic curentul trecand prin pelicula de argint. In bobinele de putere se utilizeaza si conductoare de aluminiu.
    Ecranarea bobinelor. Diminuarea efectului campurilor electromagnetice exterioare se face prin ecranarea cu materiale feromagnetice pentru campuri perturbatoare de joasa frecventa si materiale bune conducatoare de electricitate pentru frecvente inalte.
    Impotriva tensiunilor parazite prin cuplaje capacitive se utilizeaza ecrane electrostatice (Cu, Al) legate la punctul de masa.
    In figura 1.8 sunt reprezentate cateva simboluri ale unor tipuri de bobine.

a) b) c) d)

Fig. 1.8. Simboluri ale bobinelor: a) fara miez; b) cu miez feromagnetic; c) cu miez ferimagnetic (ferita);
d)cu inductanta variabila continuu si miez magnetic

    In tehnica radio se foloseste un tip de bobine numite variometre, care reprezinta un ansamblu de doua bobine fara miez care asigura modificarea cuplajului magnetic (inductanta mutuala) dintre ele. O bobina este fixa (stator), iar cealalta este mobila (rotor) avand acelasi ax cu prima. Se utilizeaza in circuitele de acord de iesire ale emitatoarelor radio si cele de intrare ale radioreceptoarelor gonio.

Parametrii bobinelor

Tensiunea nominal U_n este tensiunea maxima pentru care se dimensioneaza izolatia bobinei

Tensiunea de serviciu U_s este tensiunea care se aplica la capetele infasurarii bobinei intr-un anume regim de lucru.

Rezistenta R a bobinei este o marime care se pot evidentia daca bobina este alimentata cu tensiune continua. Din legea lui Olm, rezulta:

R=

Inductia proprie a bobinei L depinde de dimensiunile acesteia de numarul de spire si de materialul miezului magnetic, conform relatiei:

L=mN²

Inductia proprie a bobinei se mai poate calcula in functie de fluxul magnetic si de curentul care strabat bobina, conform relatiei:

L=

Impedanta Z a bobinei se manifesta la alimentarea acesteia cu tensiunea alternativa si se poate calcula cu relatia:

Z=

Reactanta inductiva X_L=2pfL

Impedanta se poate calcula in functie de rezistenta si de reactanta inductiva:

Z²=R²+X_L²

Factorul de calitate Q este raportul dintre reactanta inductiva si rezistenta.

CALCULUL BOBINELOR CONCENTRATE

Pentru realizarea unei bobine corespunzatoare necesitatilor de functionare a unui produs, documentatia trebuie sa cuprinda si o serie de parametrii impusi sau calculati: desenul de ansamblu al bobinei, desenul carcasei, tensiunea nominala a bobinei (inaltimea si lungimea sectiunii longitudinale), diametru conductorului bobinei, rezistenta electrica a bobinei, curentul nominal, puterea activa maxima, suprafata de racire a bobinei, sensul infasurare, tratamente termice, acoperiri, impregnari.

Redam 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 numar de spire mare si se realizeaza din conductoare de cupru cu diametrul mic.

Curentul care trece prin bobina se calculeaza cu legea lui Ohm.

I=U/R

Rezistenta rezulta din relatia:

R=rl/S

Lungimea l a sarmei de relatia de mai sus se calculeaza in functie de numarul de spire n, si de diametrul D_m ( diametrul mediu al bobinei) adica:

l=pD_mⁿ

unde:

D_m=

Sectiunea conductorului se calculeaza cu relatia

S=

Unde I este densitatea de curent [ A/mm² ]

Calculul se face utilizand oricare dintre relatiile de mai sus, in functie de datele care se cunosc: diametrul sarmei, rezistenta bobinei, tensiunea bobinei etc.

Calculul bobinelor de curent alternativ. Valoarea curentului care trece prin bobina se calculeaza cu relatia:

I=

Determinarea rezistentei ohmice se face cu aceeasi relatie ca si in curent continuu.

Calculul numarului de spire se face in functie de inductia B din miezul magnetic si de sectiune S a miezului de fier, pentru o frecventa f a curentului:

n=

unde:

S=K_uab

K_u = 0,9.0,95 si reprezinta coeficientul de impachetare a tolelor, iar a si b - lungimea si latimea miezului.

Pentru a se calcula bobinele pentru alta tensiune, este necesar sa se cunoasca tensiunea U₁ pentru care se recalculeaza, numarul de spire n₁ si diametrul d₁ al conductorului de bobinaj.

Noul numar de spire n₂ se calculeaza cu relatia:

n₂=n₁

Diametrul d₂ al conductorului se recalculeaza cu relatia:

D₂=d₁

Legea lui Ohm sau legea conductiei electrice, stabileste legaturile intre intensitatea curentului electric (I) dintr-un conductor, tensiunea electrica (U) aplicata si rezistenta electrica (R) a sa.

Legea lui Ohm este valabila pentru conductori electrici la capetele carora se aplica tensiuni electrice. Legea lui Ohm spune ca intr-un conductor intensitatea (I) curentului electric este direct proportionala cu tensiunea (U) aplicata si invers proportionala cu rezistenta (R) a conductorului. Formula matematica a legii lui Ohm este:

,

unde

I este intensitatea curentului, masurata in amperi (A);

U este tensiunea aplicata, masurata in volti (V);

R este rezistenta circuitului, masurata in ohmi (

Cu alte cuvinte, in cazul unui rezistor a carui rezistenta este constanta, daca tensiunea creste, intensitatea curentului va descreste si invers. Un astfel de rezistor care respecta fidel legea lui Ohm se numeste rezistor ohmic.

Relatia R cu I si U in 'Legea lui Ohm'