Electronică – Inductoare ( bobine )
Scurtă introducere despre Câmpul magnetic
Magnetismul joacă un rol important în aproape toate dispozitivele electrice / electronice utilizate în ziua de azi.
Câmpul magnetic există în regiunile înconjurate ( sau unde se află ) un magnet permanent și poate fi reprezentat de liniile de fux magnetic. Liniile de flux magnetic sunt într-o buclă continua ca în figura de mai jos.
Liniile de flux magnetic au direcția de la polul Nord la polul Sud și dacă punem doi magneți cu polii diferiți unul lângă altul , aceștia se vor unii ( magneții se vor atrage ) în timp ce doi magneți unul lângă altul cu polii de același fel se vor respinge. În figura de mai jos aveți exemplificat acest lucru:
Câmpul magnetic este prezent în jurul fiecărui fir ce este străbătut de un curent electric. Direcția liniilor fluxului magnetic poate fi aflat folosind regula mâinii drepte. În figurile următoare vă prezint diferite exemple cu privire la direcția câmpului magnetic :
În S.I. ( sistemul internațional ) al unităților de măsură, fluxul magnetic este măsurat în webers ( Wb ) iar notația este \(\Phi\).
Numărul liniilor fluxului câmpului magnetic pe o suprafață este numită densitatea fluxului și este notată cu B iar unitatea de măsură este tesla (T).
B = \(\frac{\Phi}{A} \) , unde :
- B=\(\frac{Wb}{m^{2}} \) = tesla (T)
- \( \Phi \)= Wb \( \rightarrow \) numărul de linii ale fluxului magnetic ce trec prin suprafața A
- A = \( m^{2} \)
Densitatea fluxului unui electromagnet este direct legată de numărul de înfășurări ( spire ) și de curentul ce trece prin acesta. Cu alte cuvinte dacă mărim numărul de înfășurări ( spire ) și mărim curentul va rezulta un câmp magnetic mai puternic.
Pe internet găsiți o mulțime de articole despre câmpul magnetic, iar mai jos vă ofer câteva imagini în care găsiți exemple de aplicații , deja foarte cunoscute, ale câmpului magnetic / electromagnetic :
Bobinele
Bobina este o componentă de circuit cu două terminale și mai multe înfășurări ( spire ) realizate dintr-un conductor izolat. Proprietatea cea mai importantă a bobinei constă în faptul că ea poate acumula energie magnetică, adică înmagazinează energie electrică sub formă de câmp magnetic.
Unele înfășurări ( spire ) ale bobinelor sunt realizate în jurul unui anumit tip de material, denumit miez. Acest miez poate fi drept sau poate forma un drum închis ( pătrat, rectangular, circular ) pentru menținerea completă a fluxului magnetic.
Simbolurile bobinei :
Mărimea fizică ce caracterizează bobina se numește INDUCTANȚĂ ( L ).
Inductanță electrică = măsura capacității unei bobine de a acumula energie magnetică pentru o anumită valoare a curentului din circuit.
Bobina este un element de circuit care are proprietatea de a se opune modificărilor bruște ale curentului electric care o parcurge. Astfel cu cât valoarea inductanței L a bobinei este mai mare, cu atât mai puternic se opune bobina respectivă modificărilor bruște ale curentului care o parcurge.
Inductanța unei bobine variază direct proporțional cu proprietățile magnetice a miezului. Feritele sunt principalele utilizate ca miez pentru a crește inductanța.
În figura următoare vă prezint formula Inductanței :
L = \( \frac{N^{2} \cdot \mu \cdot A}{l} \) , unde :
- N = numărul de spire
- \( \mu \) = permeabilitatea miezului ( \( \mu = \mu_{r} \cdot \mu_{0} \) ) unde \( \mu_{0} \) = permeabilitatea vidului ( 1.26 \( \cdot 10^{-6} \) ) iar \( \mu_{r} \) = permeabilitatea relativă ( 1 pentru aer ).
- A = aria înfășurării
- l = lungimea bobinei
Exemple :
Pentru o bobină fără miez :
- Calculați inductanța
- Calculați inductanța dacă introducem un miez metalic având \( \mu_{r} \) = 2000.
1.d = \(\frac{1}{4}in \cdot \left ( \frac{1 m}{39.37 in} \right ) = 6.35mm \)
A = \(\pi \cdot \frac{d^{2}}{4} = \frac{\pi \cdot (6.35 mm)^{2}}{4} = 31.67 \mu m^{2} \)
l = 1 in = 25.4 mm
L = \( \frac{N^{2} \cdot \mu \cdot A}{l} = 4 \cdot \pi^{2} \cdot 10^{-7} \cdot \frac{1 \cdot 100^{2} \cdot 31.67\mu m^{2}}{25.4 mm} \)L = 31.36 mH
2. L = 31.36mH
Tipuri de bobine
Bobinele se pot clasifica în :
- fixe \( \rightarrow \) inductanța L este fixă.
- variabilă \( \rightarrow \) inductanța L poate fi modificată de către utilizator.
Simbolurile pentru aceste tipuri de bobine le puteți vedea mai sus. În imaginile de mai jos avem câteva tipuri de bobine ( fixe, variabile ) ce se găsesc în diverse aparate electronice :
Modelul real al bobinei
Bobinele ca și condensatoarele nu sunt ideale. Pe lângă inductanța bobinei avem o rezistență, determinată de spire și de pierderile miezului, dar și o capacitate dintre spirele c sunt separate de un izolator și foarte bine strânse ( lipite ).
În figura următoare vă prezint modelul real al unei bobine:
Pentru multe aplicații capacitatea poate fi ignorată rezultând următorul model real al bobinei:
Această rezistență \( R_{L} \) joacă un rol important în anumite aplicații ( rezonanță ) deoarece valoarea totală a rezistenței poate fi extinsă de la câțiva ohmi la câteva sute de ohmi, depinzând de construcție.
!!!! Inductanța are cu unitate de măsură henries ( H ), după fizicianul american Joseph Henry.
Notarea bobinelor
Unele bobine au dimensiuni mai mari iar valoarea poate fi scrisă pe corpul acesteia. Pentru bobinele de dimensiuni mici s-a adoptat o abreviere standard. În primul rând trebuie să știm că unitatea de măsură pentru acest standard începe de la \( \mu H \) ( micro Henry ), deci valoarea de pe bobină este exprimată în \( \mu H \). În cazul în care pe o bobină găsim inscripționat :
\( \left.\begin{matrix} \\ 223 K \Rightarrow \ primele \ 2 \ cifre \rightarrow \ 22 \\ a \ treia \ cifră \rightarrow \ 3\Rightarrow \ factorul \ de \ multiplicare \ 10^{3}= 1000 \\ K \ = \ toleranța \\
\end{matrix}\right \} \Rightarrow \\ 223 K \ = \ 22 \cdot 10^{3} \mu H = 22000 mH = 22mH \)
Unele bobine au ca notare ( marcare ) codul culorilor, în care rezultatul va fi exprimat în \( \mu H \).
bobine codul culorilor
| CULOARE | VALOARE | Factor Multiplicare | Toleranță |
|---|---|---|---|
| Negru | 0 | 1 | |
| Maro | 1 | 10 | |
| Roșu | 2 | 100 | |
| Portocaliu | 3 | 1000 | |
| Galben | 4 | 10000 | |
| Verde | 5 | 100000 | |
| Albastru | 6 | 1000000 | |
| Violet | 7 | 10000000 | |
| Gri | 8 | 100000000 | |
| Alb | 9 | 1000000000 | |
| Argintiu | 10 | ||
| Auriu | 5 |
Unele bobine cilindrice sunt marcate cu 5 benzi colorate. O bandă mai groasă, aflată la unul din capete este numită MIL iar următoarele trei benzi reprezintă valoarea ( in \( \mu H \) iar a 5-a bandă reprezintă toleranța.
Dacă prima sau a doua bandă este de culoare Aurie, aceasta reprezintă punctul zecimal pentru valori mai mici de 1 iar apoi următoarele benzi reprezintă valoarea.
Comportamentul bobinei în circuit.
curentul electric produce un câmp magnetic concentrat în jurul bobonei, iar acest flux magnetic reprezintă o stocare de energie cinetică datorită deplasării electronilor prin înfășurare.
Abilitatea unei bobine de a stoca energie în funcție de curent se traduce printr-o tendință de menținere constantă a curentului ce o străbate. Cu alte cuvinte, bobinele tind să se opună variației curentului electric. Atunci când valoarea curentului , printr-o bobină, crește sau descrește, aceasta ” rezistă” variației producând o tensiune la bornele sale de polaritate opusă variației.
Relația tensiune-curent a bobinei
Tensiunea la bornele unei bobine depinde de inductanța sa, precum și de variația curentului în timp la bornele sale.
\( v= L \cdot \frac{di}{dt} \) , unde:
- v = tensiunea instantanee la bornele bobinei
- L = inductanța bobinei
- \( \frac{di}{dt} \) = rata de variație a curentului.
Conectarea bobinelor
Serie :
Rezultatul este creșterea inductanței
Paralel :
Rezultatul este descreșterea inductanței.
Lasă un răspuns