Rezistoare - Bobine

1. Competente

- identificarea tipurilor de bobine;

- elaborarea schemei electrice in vederea studierii unui circuit electric in functie de modul de legare a bobinelor;

- utilizarea cataloagelor in vederea identificarii parametrilor tehnici ai bobinelor;

- realizarea montajelor de masurare dupa schema elaborata;

- alegerea optima a domeniilor de masurare ale aparatelor electrice de masurat;

- utilizarea trusei de laborator necesara studiului inductiei electromagnetice;

- verificare experimentala (prin masurari in curent continuu si curent alternativ) a legii lui Ohm;

- respectarea normelor de tehnica securitatii muncii in timpul efectuarii lucrarii.

2. Fisa de documentare

Prin bobina intelegem un dispozitiv format din bucle conductoare (spire) asezate intr-o succesiune (una langa alta) parcurse de acelasi curent electric.

Spira (fig. 4.1) se compune din doua conductoare active: un conductor de ,,ducere" si un conductor de ,,intoarcere". Aceste conductoare se raporteaza la sensul intensitatii curentului electric ce trece prin spira.

Fig. 4.1. Spira Fig. 4.2. Forme constructive de bobine

Constructiv (fig. 4.2), bobinele au forma circulara, patrata sau dreptunghiulara, fiind infasurate coaxial - caz in care sunt denumite bobine cilindrice sau solenoid - sau toroidal (tor).

2.1. Parametrii bobinei

Bobina este un element de circuit dipolar, pasiv, caracterizat prin rezistenta, R, si inductanta, L. Marimea fizica caracteristica pentru bobina este inductivitatea (inductanta), L.

Rezistenta bobinei (R) este importanta in special la bobinele folosite in curent continuu si in domeniul curentilor slabi de inalta frecventa. Este o marime care se poate evidentia daca bobina este alimentata cu tensiune continua. Din legea lui Ohm rezulta:

Inductanta bobinelor (L) se poate explica in doua moduri si reprezinta:

1. proprietatea unui circuit electric de a se opune oricarei variatii a curentului care-l strabate ( );

2. proprietatea bobinei de a acumula energie in campul magnetic ( ).

Valoarea inductantei se modifica cu temperatura similar cazului rezistoarelor:

unde: este coeficientul termic care indica variatia relativa a inductantei la schimbarea temperaturii cu 1 0C (t - t0 = 1 0C).

Inductanta proprie (L) a unei bobine poate fi exprimata, matematic, prin raportul dintre fluxul magnetic produs intr-un circuit de curentul care trece prin el si intensitatea curentului respectiv: .

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

In functie de utilizare, inductanta bobinelor folosite in echipamente electronice variaza in limite largi, de la cativa nanohenry la zeci si sute de milihenry. Pentru calculul inductiei se folosesc formule sau grafice

In circuitele electrice acest parametru este folosit la bobine pentru telecomunicatii, bobine de reactanta, binele infasurarilor masinilor electrice, bobinele infasurarilor transformatoarelor electrice, bobinele aparatelor electrice etc.

Impedanta Z a bobinei se manifesta la alimentarea acesteia cu tensiune alternativa si se poate calcula cu relatia: . Impedanta se poate calcula in functie de rezistenta si de reactanta inductiva:

Reactanta bobinei este data de formula: si se manifesta numai in curent alternativ. Se masoara ca si rezistenta si reactanta capacitiva, in ohmi.

Factorul de calitate (Q) este un alt parametru, utilizat numai la bobinele de inalta frecventa, este care reprezinta raportul dintre reactanta bobinei si rezistenta bobinei:

.

unde: R este rezistenta activa a bobinei, compusa din:

- rezistenta electrica a conductorului;

- rezistenta corespunzatoare pierderilor in: dielectricul carcasei, ecranul bobinei, miezul bobinei.

Capacitatea proprie este constituita din capacitatea distribuita intre spirele bobinei si capacitatea intre bobina si corpul (masa) echipamentului. Capacitatea depinde de constructia bobinei si are valori cuprinse intre unitati de picofarad si sute de picofarazi.

Frecventa la care se realizeaza acordul intre inductia bobinei si capacitatea sa proprie se numeste frecventa proprie a bobinei.

Capacitatea proprie a bobinei duce la scaderea stabilitatii bobinei si la micsorarea factorului sau de calitate. Capacitatea proprie, cea dintre spire, se poate micsora lasand spatiu intre spire - bobinare cu pas - sau invartind sarma pe mosor ca la fabrica - fagure, universal, multisectiune.

Stabilitatea se defineste prin variatia parametrilor (caracteristicilor) bobinei in timp la influenta: temperaturii, umiditatii, vibratiilor

Variatia inductantei cu temperatura se caracterizeaza prin coeficientul de temperatura al inductiei .

Umiditatea provoaca cresterea capacitatii proprii si a pierderilor dielectrice si reduce stabilitatea bobinei.

Bobina are rolul de a crea un camp magnetic (fig. 4.3), fie de a fi sediul unei tensiuni induse pe cale electromagnetica.

- Daca conductorul formeaza o bucla liniile de forta se afla concentrate in interiorul acesteia. (fig.4.3)

- Daca conductorul formeaza mai multe bucle sau spire se obtine un solenoid numit bobina.

Fig. 4.3. Sensul liniilor campului magnetic creat la trecerea curentului electric prin bobina

- Daca bobina este suficient de lunga, campul magnetic din interior este rectiliniu si uniform.

Fig. 4.4. Campul magnetic al unui magnet Fig. 4.5. Campul magnetic al Pamantului

Pentru a gasi sensul liniilor de camp exista cateva reguli practice:

Regula nr. 1 a observatorului lui AMPERE Regula nr. 2 a mainii drepte

Sensul liniilor de camp este acela al observatorului, plasat in lungul unui fir astfel incat curentul intra prin picioare si iese prin cap, care vede liniile orientate spre stanga sa

Mana dreapta inconjoara firul astfel incat degetul mare indica sensul curentului, iar sensul liniilor de camp este dat de orientarea celorlalte degete

Regula nr. 3. a tirbusonului lui Maxwell

Rotind tirbusonul in sensul circulatiei curentului, sensul sau de deplasare indica sensul liniilor de forta.

Sensul liniilor de camp este acela in care trebuie sa rotim un tirbuson pentru a inainta in sensul curentului. Putem inlocui tirbusonul printr-un surub normal (la dreapta).