CUPRINS:

BOBINE

1. Generalitati

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.

2. Materiale necesare pentru

executarea bobinelor

Materialele din care se executa bobinele se aleg in functie de tensiunea de lucru, solicitarile electrice, termice, mecanice sau de alta natura, din timpul functionarii. Materialele utilizate sa pot imparti in: materiale electroconductoare, materiale electroizolante, materiale auxiliare.

A.MATERIALE ELECTROCONDUCTOARE

Materialele electroconductoare se folosesc pentru realizarea infasurarilor propriu-zise, a legaturilor flexibile de iesire, precum si pentru fabricarea elementelor de racord (borne, cleme). Cel mai mult sunt folosite cuprul si aluminiul, datorita proprietatilor electrice si mecanice ale acestora. Mentionam ca tehnologitatea cuprului depinde de gradul de ecruisare al acestuia. Deosebim in acest sens trei variante: cuprul moale (m), cuprul semitare (2/2 t) si cuprul tare (t).

Aluminiul este mai putin utilizat decat cuprul, din cauza problemelor pa care le ridica lipirea sa. Rezistivitatea electrica mai ridica in comparatie cu cuprul impune marirea sectiunii conductoarelor si aceasta conduce la solutii constructive necorespunzatoare pentru unele produse electrotehnice, dintre care mentionam masinile electrice rotative. Aluminiul este utilizat cu precadere pentru realizarea bobinelor la transformatoarele electrice de putere mare. La unele masini electrice de putere mare se mai utlizeaza bare din aliaje de cupru.

Conductoarele pentru bobine pot avea sectiunea circulara sau dreptunghiulara (patrata) si pot fi izolate sau neizolate.

>> In functie de dimensiuni si de izolatia folosita, conductoarele izolate cu sectiunea circulara se simbolizeaza cu litere si cifreca, de exemplu: 0 16 ET SATAS..., iar cele profilate se simbolizeaza asemanator: 2 1.5 PE STAS ... .

Astfel, conductoarele izolate cu email se simbolizeaza ca mai jos:

Cu-Em 1(2;3)-105; Cu-EMU-2-105; Cu-Es 1 (2)-105 (103;155); Cu-ESA 1(2)-105(130).

Conductoare izolate cu hartie se adauga in simbol litera H ( Cu-H, Cu P-H; Al-H; Al P-H).

Conductoarele izolate cu fire de sticla se simbolizeaza dupa cum urmeaza: Cu-2S1(2)-155(180);      Cu-E2S-1(2)-155(180); CuP-2S-1(2)-155(180).

Dimensiunile standard pentru diametrul conductoarelor rotunde de uz curent sunt ( in mm): 0.025-0, 032-0, 04-0, 05-0, 063-0, 071-0, 08-0, 09-0 ,1-0, 112-0, 125-0, 14-0, 16-0, 18-0, 2-0, 224-0, 25-0, 28-0, 315-0, 355-0, 4-0,45-0, 5-0, 56-0, 63-0, 71-0, 75-0, 8-0, 85-0, 9-1-1, 06-1, 12-1, 18-1, 25-1, 32-1, 4-1, 5-1, 6-2, 12-2, 24-2, 36-2, 65-2, 8-3.

>> Pentru conductoare dreptunghiulare de uz curent, de sectiune a x b, dimensiunile standardizate sunt (in mm): a-2-2, 24-2, 5-2, 8-3, 15-3, 55-4-4, 5-5-5, 6-6, 3-7, 1-8-8-10-11, 2-12, 5-14-16, b-0, 8-0, 9-1-1, 12-1, 25-1, 4-1, 6-1, 8-2-2, 24-2, 5-2, 8-3, 15-3, 35-4-4, 5-5-5,6.

Semnificatia simbolurilor folosite este urmatoarea :

Cu - cupru

Al - aluminiu

E - emailat

M - proprietati mecanice ridicate

S - sudabil

T - foarte stabil termic

A - termoaderent

F - rezistent la agenti frigorifici

S - cu rezistenta la soc termic imbunatatita

U - rezistent la ulei de transformator

b - aptitudini de bobine deosebite

1,2,3, - izolatie simpla, dubla, tripla

105, 103 etc. - temperatura maxima de functionare admisa

H - izolatie de hartie

B - izolatie de bumbac, sau bumbac in amestec cu fibre sintetice

f - flexibil

2S - doua infatisari de fire de sticla impregnate

3Sy - trei infasurari cu fire de sticla, in amestec cu fir sintetic impregnat

B.MATERIALE ELECTROIZOLANTE

Materialele electroizolante servesc pentru realizarea izolatiei intre straturi, a izolatiei peste stratul exterior al bobinei si ca materialul pentru confectionarea carcaselor.

Materialele folosite pentru izolatia intre straturi trebuie sa aiba o grosime redusa, sa nu strapunga usor si sa posede o putere de absortie mare pentru lacurile de impregnare.

Materialele frecvent folosite pentru izolare sunt: bumbacul, matasea, prespanul, micafoliul, micabanda, hartia de mica, benzi si tesaturi de sticla neimpregnate si impregnate, poliglasul, benzi din poliesteri, pasla, din lana artificiala, bachelita, melamina, pertinaxul, textolitul, sticlotextolitul etc. Materialele electroizolante nu se utilizeaza separat decat foarte rar; cel mai adesea se realizeaza combinatii de materiale cunoscute sub denumirea de scheme de izolatie. Schemele de izolatie se utilizeaza de exemplu, pentru izolarea bobinelor de masini electrice plasate in crestaturile miezurilor magnetice, pentru izolarea capetelor de bobina de la masini electrice rotative.

Pentru confectionarea carcaselor se utilizeaza materiale electroizolante termogide, termoplaste, sau stratificate. Pentru anumite constructii de aparate electrice de joasa tensiune, carcasele bobinelor parcurse de curent continuu se pot executa din aluminiu sau din alama.

C.MATERIALE AUXILIARE

Dintre materialele auxiliare utilizate la constructia bobinelor fac parte materialele de consolidare (ex: pene de lemn), materialele de prindere metalice, lacurile de impregnare, de acoperire, substantele decapante, adezivii, aliajele de lipit, rasinile de turnare.

3. 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:

Q=

4. 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 aparenti ai masinilor 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.

5. Tehnologia de realizare

a bobinelor concentrate

A.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

B.TEHNOLOGIA REALIZARII BOBINELOR INFASURATE PE CARCASA

Bobinele se realizeaza din conductor de cupru flexibil, izolat cu bumbac, email sau fibre de sticla.

Procesul tehnologic se realizare a bobinelor infasurate pe carcasa cuprinde urmatoarele operatii:

dezizolarea conductorului si infasurarea lui pe firul terminal I;

decaparea si lipirea cu aliaj de lipit a acestora; asezarea firului terminal introdus in tub izolant flexibil in carcasa si fixarea lui pe acesta cu banda adeziva;

fixarea legaturii terminale prin infasurarea a 4-10 spire peste banda de fixare;

introducerea carcasei in dornul masinii de bobinat;

infasurarea pe carcasa a conductorului;

montarea si fixarea cu banda adeziva de carcasa a legaturii terminale II;

introducerea de materiale izolatoare printre straturi pentru bobinele cu tensiune inalta;

izolarea la exterior cu banda adeziva

dezizolarea, lipirea firului de conductorul terminal II si introducerea tubului izolat peste acesta.

Carcasele se realizeaza din materiale electroizolante, termorigide, termoplaste sau stratificate.

Carcasele din bachelita se obtin prin presare la cald.

Carcasele din materiale termoplaste se obtin prin injectie.

Carcasele confectionate din materiale stratificate ( hartie stratificata, tesaturi din bumbac, impregnate, tesaturi de sticla presat ) au o utilizare limitata de productivitatea scazuta a operatiilor de asamblare a unor piese separate.

Pentru conditii 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 utilizeaza carcase din aluminiu sau alama.

C.TEHNOLOGIA REALIZARII BOBINELOR FARA CARCASA

Bobinele fara carcasa se realizeaza cu ajutorul sabloanelor .

Sablonul se confectioneaza din lemn sau din matale usoare, in functie de dimensiunile bobinelor, tinandu-se seama de coeficientul de umflare a_u

La bobinele dreptunghiulare, spiralele sunt mai stranse la colturi, iar la mijloc se produce o umflare. Valorile coeficientului de umflare sunt in functie de forma sectiunii conductorului si diametrul acestuia.

Pentru o bobina cu mai multe straturi, realizata din conductor izolat cu diametrul d_iz , dimensiunile vor fi:

g= n₁ d_is a_u

h=n₂ d_iz a _u

in care:

n₁ este numarul de straturi ale bobinei

n₂ numarul de conductoare intr-un strat

Procesul tehnologic cuprinde:

montarea sablonului pe masina de bobinat;

plasarea pe laturile sablonului a unei bucati din banda izolatoare de bumbac si fixarea cu banda adeziva;

fixarea conductoarelor terminale in locasurile prevazute in sablon si lipirea de primul conductor terminal a capatului conductorului de bobinaj;

infasurarea conductorului si introducerea izolatiilor intre straturi;

lipirea capatului 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.

Izolarea exterioara se poate realiza cu micabanda poroasa peste care se infasoara numai cu banda de contractie.

E.   TEHNOLOGIA REALIZARII BOBINELOR INFASURATE DIRECT PE MIEZUL MAGNETIC

Bobinele de acest tip se utilizeaza la unele aparate mici. Conductorul se infasoara direct pe miezul magnetic gata izolat.

F.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 intalnim la declansatoare electromagnetice de curent, la electromagneti de actionare, la polii masinilor electrice, la bobinele de curent ale unor contoare de inductie.

Realizarea bobinelor din bare dispuse pe lat. Pentru raze de curbura mici si grosimi de conductor de 3-4 mm se utilizeaza numai bare neizolate, din cauza tensiunilor mecanice mari care ar aparea in izolatie si care ar putea duce la deteriorarea acesteia.

Bobinele se realizeaza cu ajutorul sabloanelor, iar izolarea intre spire se realizeaza cu fasii de micabanda sau sticlotextolit subtire in timpul infasurarii conductorului sau dupa infasuare ( la bobinele intr-un strat ).

Din cauza sectiunii mari a conductorului, iesirile bobinelor nu mai pot fi scoase la exterior printre conductoare si din aceasta cauza este necesar ca prima si ultima spira sa se gaseasca 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 coreleaza (pentru a nu aparea ruperi de material).

Dupa infasurarea conductoarelor pe sabloane cu masini speciale se executa recoacerea bobinelor, curatirea dupa recoacere, ajustarea muchiilor interioare la curburi, calibrarea pentru indreptare si obtinerea dimensiunilor cerute. Calibrarea se face cu placi de otel introduse intre spire, pe sablon si prin presare cu o piesa hidraulica.

Spre deosebire de izolarea intre spire a bobinelor dispuse pe lat, unde se utilizeaza fasii de micabanda sau sticlotextolit subtire, cu putin mai late decat conductorul, la bobinele dispuse pe muchia izolarea spirelor intre ele se face cu benzi de hartie de azbest electrotehnic, cu latime variabila.

G.PRINDEREA BOBINELOR CONCENTRATE PE MIEZUL MAGNETIC

Bobinele executate pa carcasa izolanta se introduc pe miezul magnetic si se consolideaza de regula prin lipire sau suruburi.

Bobinele pentru masini electrice se fixeaza pe miezul magnetic in functie de modul de izolare.

Bobinele neizolate fata de masa se fixeaza de polii masinilor electrice, cu ajutorul ramelor izolate.

H.TEHNOLOGIA DE REALIZARE A BOBINELOR PENTRU TRANSFORMATOARE

Aceste bobine se realizeaza in general, din conductoare de cupru cu sectiune rotunda pana la 8 mm²⁺ si din bare pentru sectiuni mai mari. In ultimul timp se utilizeaza si conductoare de aluminiu.

Bobinele transformatoarelor de putere mica se infasoara pe carcasa din material electroizolant.

Bobinele transformatoarelor de curent se infasoara direct pe miezul magnetic si au o forma toroidala.

La transformatoarele de puteri mai mari, realizarea bobinelor prezinta o serie de particularitati datorita tensiunilor diferite la care sunt supuse . la aceste bobine problemele de izolatie joaca un rol deosebit. Intre bobinele parcurse de curenti mari, apar forte de interactiune mari si trebuie acordata o mare atentie problemelor de consolidare.

Sensul de infasurare are o mare importanta in functionarea bobinelor pentru transformatoare.

Infasurarea unei bobine se poate face de la stanga la dreapta.

Dispunerea infasurarilor bobinelor pe miezul transformatoarelor poate fi: concentrica, biconcentrica, alternata.

Dupa forma constructiva, bobinele pentru transformatoare pot fi: cilindrice, spiralate, in galeti, continue.

Bobinele cilindrice au spirale invecinate pe directia axiala strans lipite de altele si se executa din conductor profilat izolat sau neizolat.

In comparatie cu procesul tehnologic de realizare al bobinelor cilindrice, la bobinele spiralate se realizeaza si operatia de transpunere si de intercalare a distantelor intre spire, pentru a se obtine canalul de racire .

Bobinele in galeti. Prin galeti se inteleg grupe de spire din bobina, separate intre ele prin canale de racire sau izolare.

Bobinele continue se realizeaza in mod similar cu cele confectionate din galeti jumelati legati in serie, dar se evita legaturile de inscriere a galetilor dubli.