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.