ARGUMENT

Prezentarea de fa are ca scop cunoa terea structurii constructive, a tehnologiei de

fabrica ie, precum i a metodologiei de proiectare a transformatorului de re ea de mic putere ,

utilizat n alimentarea aparaturii electronice.

Transformatorul de re ea monofazic, de mic putere , este o component prezent n

majoritatea schemelor de alimentare, a aparaturii electronice de tip sta ionar. El este destinat s

modifice valoarea tensiunii i curentului, de la nivelul oferit de re ea circuitului primar, la nivelul

sau nivelele necesare n circuitul sau circuitele secundare. Transformatorul ofer n plus i izolarea

galvanic fa de re eaua de curent alternativ, a asiului aparatului electronic n care este

ncorporat, asigurnd electrosecuritatea persoanelor care l manipuleaz .

1. GENERALITI

Transformatorul electric este un ansamblu de dou sau mai multe bobine cuplate inductiv foarte strns (coeficient de cuplaj k 1), ntre care se poate realiza, n curent alternativ, un transfer de putere cu randament apropiat de unitate. Bobina la bornele creia se aplic sursa de alimentare se numete nfurare primar, iar celelalte la care se conecteaz diferii consumatori se numesc nfurri secundare. Pentru obinerea cuplajului magnetic foarte strns nfurrile transformatorului snt bobinate, de obicei, pe un miez magnetic, care are rolul de a concentra liniile de cmp datorit unei mari permeabiliti magnetice.

Miezul magnetic poate fi deschis, cnd circuitul magnetic se nchide prin aer, figura 1a sau nchis, cnd circuitul magnetic se nchide aproape n totalitate.

al bobinei se disperseaz n ntreg spaiul nconjurtor, iar n al doilea caz el este concentrat, aproape n totalitate, n interiorul miezului magnetic. Aceast proprietate a materialelor magnetice este cu att mai pronunat cu ct permeabilitatea magnetic relativ r este mai mare.

Not: r=/0, unde este permeabilitatea absolut a materialului respectiv iar 0 = 4*10-7 H/m este permeabilitatea absolut a vidului sau, cu o aproximaie foarte bun, a aerului.

Cuplajul magnetic strns, n cazul a dou sau mai multe bobine, se poate obine constructiv, fie prin bobinarea nfurrilor pe un acelai miez magnetic nchis (fig. 1b, 1c), fie prin bobinarea simultan a lor, ntr-un singur strat, pe o aceeai carcas, cu sau fr miez magnetic, astfel nct bobinele s se suprapun aproape perfect (fig.2).

Prima modalitate este aplicabil pentru realizarea transformatoarelor destinate oricrui domeniu de frecven dei la frecvene mari apar unele limitri datorit scderii permeabilitii magnetice r, precum i creterii pierderilor de putere n miezul magnetic.

A doua modalitate este aplicabil, practic, numai la frecvene foarte mari (peste 1 MHz) unde, datorit numrului mic de spire necesar, bobina primar i bobinele secundare pot fi bobinate simultan pe un singur strat, fr a obine un gabarit exagerat de mare. De obicei acest tip de transformatoare, pentru frecvene foarte nalte, au un singur secundar i n acest caz se numesc transformatoare bifilare (fig. 2). Ele pot fi cilindrice sau toroidale.

Transformatorul bifilar cilindric (fig. 2a i 2b) are avantajul c se bobineaz simplu, dar are dezavantajul c fluxul su magnetic se disperseaz n tot spaiul nconjurtor i poate provoca perturbaii mari n circuitele vecine. Pentru a evita aceast situaie se recurge la ecranarea

2

magnetic a transformatorului, ecranare care la frecvene mari se realizeaz uor prin nchiderea transformatorului ntr-o carcas din tabl de cupru, aluminiu sau fier.

Transformatorul bifilar toroidal (fig. 2c) are dezavantajul c se bobineaz mai greu, dar are avantajul esenial c nu produce flux magnetic n exteriorul su. Cu toate acestea i el se ecraneaz magnetic pentru a fi ferit de influena unor cmpuri magnetice strine.

Se consider bobina cu miez magnetic nchis din figura 1b sau 1c. Fluxul magnetic creat de aceast bobin poate fi descompus n dou componente: o component m care se nchide prin miez i o component S care se nchide prin aer i pe care o vom denumi flux de scpri sau de dispersie.

Fluxul de scpri este cu att mai redus cu ct permeabilitatea magnetic relativ a miezului, r, este mai mare. Pentru r fluxul s va tinde la zero. Raportul dintre S i se numete coeficient de scpri al bobinei L fa de miez i se noteaz cu m:

n mod uzual bobinele cu miez magnetic nchis au un coeficient de scpri fa de miez de cca. 15%.

Coeficientul de scpri este o constant adimensional ce depinde numai de geometria bobinei i de geometria i permeabilitatea magnetic a miezului. Astfel miezul din figura 1c, unde bobina se realizeaz pe coloana central, determin un coeficient de scpri mai mic dect miezul din figura 1b datorit existenei celor dou coloane laterale, care constituie o cale de sunt pentru cmpul magnetic. Acest tip de miez (fig. 1c) se numete miez n manta.

Vom considera n continuare, dou bobine plasate arbitrar n spaiu (fig. 3a). Fluxul magnetic creat de fiecare bobin poate fi descompus n dou componente: o component util u care strbate cealalt bobin i o component pe care o vom denumi de dispersie sau de scpri, S, care nu strbate cealalt bobin. Notnd cu 1 i 2 fluxurile proprii create de cele dou bobine se poate scrie:

unde:

u1 este acea parte din fluxul 1 care strbate bobina 2;

3

u2 este acea parte din fluxul 2, care strbate bobina 1; s1 este fluxul de dispersie al bobinei 1 fa de 2 ; s2 este fluxul de dispersie al bobinei 2 fa de 1.

Se definesc coeficienii de scpri sau de dispersie ai unei bobine fa de cealalt bobin, astfel:

de unde rezult:

Avnd n vedere definiia coeficientului de cuplaj:

unde Mmax este valoarea maxim posibil a inductivitii mutuale. Sensul fizic al coeficientului de cuplaj este acela c acesta include n structura sa att cuplajul dinspre primar spre secundar (k12) ct i cel invers, dinspre secundar spre primar (k21).

Rezult:

relaie care arat c un cuplaj puternic se poate obine numai dac se reduc coeficienii de dispersie.

Dac bobinele sunt realizate pe acelai miez magnetic nchis (fig. 3b, 3c) se poate scrie:

unde 1m i 2m sunt coeficienii de dispersie fa de miez ai celor dou bobine.

Pentru simplificare se noteaz:

4

Expresia coeficientului de cuplaj magnetic dintre cele dou bobine devine n acest caz:

unde:

se numete coeficient total de scpri al transformatorului.

Din (10), rezult: i deoarece:

atunci se mai poate scrie:

n general, datorit simetriei geometrice a transformatorului, bobinele (fig. 3b i 3c) au coeficieni de dispersie egali, ceea ce permite scrierea, pe baza relaiei (10), a relaiilor exacte:

2. ELEMENTE CE DETERMIN GABARITUL TRANSFORMATOARELOR.

Pentru a obine transformatoare cu un gabarit redus trebuie folosite miezuri realizate din materiale magnetice cu inducie de saturaie (Bsat) ct mai mare. ntr-adevr, n cazul funcionrii unui transformator n regim sinusoidal cu:

tensiunea indus ntr-o nfurare de N spire este:

iar amplitudinea ei maxim posibil va fi:

de unde se deduce produsul dintre numrul de spire i seciunea transformatorului:

Acest produs arat c, pentru o tensiune de amplitudine i frecven dat gabaritul transformatorului depinde indirect i de putere, deoarece aceasta determin mrimea curenilor i, implicit, diametrul conductoarelor de bobinaj. Relaia (18) arat, de asemenea, c transformatoarele lucrnd la frecvene mari au gabarit mai redus, fapt pentru care pe nave maritime i pe avioane, unde greutatea trebuie redus la minim, tensiunea de alimentare a aparaturii electrice

5

are frecvena de 400 Hz, n loc de 50 Hz, ct este frecvena tensiunii n reeaua de distribuie a energiei electrice.

Materialele feromagnetice (materiale magnetice pe baz de fier) au, n general, inducii de saturaie cuprinse ntre 1,2 i 1,8 Tesla), iar materialele ferimagnetice (materiale magnetice pe baz de oxizi ai fierului ferite ) au inducii de saturaie mai mici, cuprinse ntre 0,3 i 0,5 Tesla (1 Tesla = 1 Ts = 104 Gauss) . Ca urmare, la frecvene joase, se vor obine gabarite mici numai cu miezuri feromagnetice, n timp ce la frecvene nalte pot fi utilizate i miezuri ferimagnetice deoarece valoarea mai mic a induciei lor de saturaie este compensat de creterea frecvenei. De fapt, miezurile feromagnetice nici nu s-ar putea folosi peste 1020 kHz din cauza pierderilor mari de putere pe care le introduc, astfel c singurele miezuri utilizabile la frecvene nalte sunt cele din ferit.

Pierderile de putere din miez apar datorit energiei cheltuite pentru orientarea i reorientarea domeniilor magnetice n sensul cmpului, precum i datorit curenilor turbionari indui n miez. n primul caz pierderile se numesc pierderi prin histerezis magnetic sau prin vscozitate magnetic i sunt proporionale cu frecvena f a tensiunii din primar (ntr-o secund domeniile magnetice trebuie orientate i reorientate de f ori). Aceste pierderi pot fi reduse utiliznd materiale magnetice moi (materiale cu vscozitate magnetic mic), adic materiale care se satureaz n cmpuri magnetice relativ mici.

Pierderile prin cureni turbionari sunt proporionale cu ptratul frecvenei i invers proporionale cu rezistivitatea electric a miezului. Pentru reducerea lor sunt necesare, mai ales n cazul lucrului la frecvene nalte, miezuri cu rezistivitate ct mai mare. Aceast condiie e bine satisfcut de materialele ferimagnetice care au rezistiviti mari de ordinul 102 106 m, motiv pentru care, avnd n vedere i inducia de saturaie mai mic dect la feromagnetice, ele sunt utilizate numai la frecvene mari.

Materialele feromagnetice au rezistiviti mici de ordinul 10-7 10-6 m, din care cauz pentru a reduce pierderile prin cureni turbionari, miezurile feromagnetice nu se realizeaz sub form masiv ci numai sub forma unui pachet de tole izolate electric.

3. SCHEME ECHIVALENTE

Se presupune un transformator (fig. 4) alimentat de un generator cu tensiunea Ug i impedan proprie Zg i care lucreaz n secundar pe o sarcin Zs.

Primarul transformatorului este caracterizat prin numrul de spire N1, inductivitatea L1, rezistena ohmic r1 i coeficientul de scpri 1, iar secundarul su prin: N2, L2, r2, respectiv 2.

Raportul n = N1/N2 se numete raport de transformare. Deoarece primrul i secundarul au acelai circuit magnetic i deoarece inductivitatea unei bobine este proporional cu ptratul numrului de spire, rezult urmtoarea relaie ntre inductivitile L1 i L2 :

Schema echivalent a transformatorului poate fi dedus scriind i prelucrnd ecuaiile lui Kirchhoff pentru circuitul din figura 4. Se prefer deducerea schemei echivalente urmrind pas cu pas procesele fizice, pentru o mai bun nelegere a acestora.

6

Dac transformatorul are secundarul n gol, schema sa echivalent se reduce doar la impedan primarului, iar curentul n primar ia o valoare I10 (curent de gol). Acest curent de gol se compune dintr-un current de magnetizare Im, care produce fluxul magnetic n miez i dintr-un curent Ip corespunztor pierderilor de putere activ din miez I10=Im+Ip.

Dac n secundar se conecteaz acum sarcina Zs, curentul n primar se va modifica cu o valoare I1 astfel c expresia general a curentului n primar va fi:

Astfel, transformatorul privit din primar se prezint ca doi consumatori legai n paralel, unul consumnd curentul I10 i cellalt curentul I1. Impedan celui de-al doilea consumator este tocmai impedan re-flectat din secundar n primar. n general, curenii I10 i I1 nu sunt n faz. Neglijnd pierderile n transformator i considernd o sarcin pur rezistiv (Zs = Rs), n regim sinusoidal, curentul I1 va fi n faz cu tensiunea U1 din primar, iar I10 va fi defazat n urm cu /2 (fig. 5).

Mrimea I1 reprezint tocmai influena secundarului asupra primarului i cu ajutorul ei se poate defini o impedan reflectat din secundar la bornele primarului:

Se poate considera deci, c schema echivalent a transformatorului se compune dintr-o impedan reflectat Zr n paralel cu impedan proprie a primarului.

n cazul transformatorului ideal (fig. 6a), adic al unui transformator cu miez magnetic, fr pierderi (r1 = r2 = 0) i fr dispersie (1 = 2 = 0; k1=1), dac secundarul este n gol, schema echivalent se reduce la cea din figura 6b, n care:

Deoarece nu exist scpri de flux magnetic i nici pierderi de putere n transformator, se poate scrie:

unde este fluxul magnetic care strbate bobina din primar i cea din secundar.

7

Din (23) se deduce:

Impedana reflectat la bornele primarului va fi:

ceea ce permite s se adopte schema echivalent din figura 6c, denumit schem echivalent raportat la primar deoarece d direct valoarea curentului I1 din primar cu componentele sale I10 i I1, curentul n secundar putndu-se deduce imediat (I2 = n*I1).

Este uor de remarcat c, dac n circuitul din figura 6c se micoreaz tensiunea Ug de n ori i se micoreaz toate impedanele de n2 ori, curenii vor crete de n ori. Se obine astfel schema echivalent din figura 6d, numit schem echivalent raportat la secundar deoarece d direct curentul i tensiunea la bornele secundarului.

La stabilirea acestei scheme s-au avut n vedere si relaiile (19), (24).

n cazul cnd nu se pot neglija scprile de flux magnetic ( 0), fluxul creat de o bobin parcurs de curentul I trebuie descompus n dou componente, una util care se nchide prin miez m i una de scpri s care se nchide prin aer. Corespunztor acestor componente, inductivitatea L a bobinei poate fi descompus n dou pri: o inductivitatea util Lu i o inductivitate de scpri fa de miez Ls.

Dac N este numrul de spire al bobinei, atunci se poate scrie:

unde:

8

Utiliznd coeficientul de scpri m al bobinei L fa de miez se mai poate scrie:

Se observ c, aa cum au fost definite, inductivitile LS i Lu corespund unor bobine avnd fiecare cte N spire, adic acelai numr de spire ca i bobina L. Bobina Ls ar fi o bobin fr miez, realizat pe aer, iar bobina Lu o bobin cu miez nchis, ideal, care nu are scpri fa de miez. Din punct de vedere fizic bobina Lu este aceea care produce fluxul util n miezul magnetic.

Pe baza acestor considerente pentru o bobin real L, cu miez magnetic se poate imagina schema echivalent din figura 7a, n care r reprezint rezistena ohmic a bobinajului.

Printr-un raionament similar, pentru cazul general a dou bobine L1 i L2 (cu sau fr miez magnetic) cuplate inductiv (fig. 3a) avnd rezistenele ohmice r1, respectiv r2 i coeficienii de dispersie 12, respectiv 21, se poate stabili schema echivalent din figura 7b, n care:

Ls1=12L1 este inductivitatea de scpri a bobinei 1 fa de bobina 2; Ls2=21L2 inductivitatea de scpri a bobinei 2 fa de bobina 1; Lu1=(1-12 )L1 inductivitatea util a bobinei 1 fa de bobina 2; Lu2=(1-21 )L2 inductivitatea util a bobinei 2 fa de bobina 1.

Bobinele de inductiviti Lu1 i Lu2 au N1 i respectiv N2 spire, au coeficieni de dispersie nuli, rezistene ohmice nule i deci formeaz un transformator ideal avnd raportul de transformare: n=N1/N2.

Este evident c schema echivalent din figura 7b poate fi aplicat i unui transformator. Acest lucru permite s se afirme c, schema echivalent a unui transformator real cuprinde un transformator ideal cu acelai raport de transformare i care are n serie pe fiecare nfurare

9

rezistena ohmic i inductivitatea de scpri a nfurrii respective (fig. 8a). innd cont i de relaiile (10), (13) i (14), valabile n majoritatea cazurilor, schema echivalent poate fi redesenat ca n figura 8b, unde k este coeficientul de cuplaj al transformatorului real, iar coeficientul total de scpri.

Dac secundarul se nchide pe o sarcin Zs, utiliznd relaiile (19) i (25) se obine schema echivalent raportat la primar din figura 9, n care s-a adugat n paralel rezistena Rm echivalent pierderilor de putere activ din miez.

n aceste condiii, pentru circuitul complet din figura 4 se pot desena schemele echivalente raportate la primar (fig. 10a) i respectiv, la secundar (fig. 10b).

Schemele echivalente din figura 10 se pot simplifica n funcie de domeniul de frecven. Astfel, la frecvene joase (de ordinul zecilor i sutelor de Hz) se pot neglija inductanele de scpri, la frecvene nalte (de ordinul miilor i zecilor de mii de Hz) inductanele utile, iar la frecvene medii (de ordinul 103 Hz) toate inductanele. Rezistena de pierderi Rm poate fi, de asemenea, neglijat deoarece, practic, are valori mari. Cu aceste simplificri, presupunnd i cazul cel mai frecvent ntlnit n practic, acela n care Zg i Zs sunt pur rezistive, pentru schema echivalent raportat la primar se pot considera acceptabile schemele echivalente din figura 11. Schema din figura 11a este valabil la frecvene joase, cea din figura 11b la frecvene medii, iar cea din figura 11c la frecvene nalte.

Cu ajutorul acestor scheme simplificate se poate deduce cu uurin comportarea transformatorului n banda de frecvene (fig. 12). Se observ c tensiunea Us de sarcin este maxim la frecvene medii i c ea scade la frecvene joase datorit untrii sarcinii de ctre inductana kL1, iar la frecvene nalte datorit reducerii curentului, ca urmare a creterii reactanei de scpri. Notnd tensiunea n sarcin la frecvenele medii cu USmax i punnd condiiile:

10

se pot gsi frecvenele fjos = fj i fsus = fs , care delimiteaz banda de trecere a transformatorului i la care tensiunea n sarcin scade cu 3 dB fa de valoarea ei la frecvene medii:

i:

unde:

n practic, se urmrete obinerea unei benzi de frecvene de trecere B = fS - fj ct mai mare.

Rezult c un transformator bun (din punct de vedere al benzii de trecere) va avea o inductan a primarului L1 ct mai mare i un coeficient de scpri ct mai mic. n realitate nu poate fi redus sub 12%, din care cauz banda la frecvene superioare se limiteaz repede, iar raportul nu poate fi fcut orict de mare. Acest raport este o mrime independent de inductan L1 (respectiv L2) i dependent doar de parametrii Rg i Rs ai circuitului n care conectm transformatorul, de miezul magnetic utilizat i de procedeul de bobinare:

Dac Rg i Rs sunt date i nu pot fi modificate, se poate spune c raportul frecvenelor limit este o constant A. n aceste condiii lrgimea de band este:

ceea ce arat c o band de trecere mare se poate obine numai dac se accept mrirea lui f j adic micorarea lui L1. Dei aceast soluie vine n contradicie cu dorina realizrii unui f j cobort, ea este n majoritatea cazurilor acceptabil i avantajoas deoarece determin, n afara reducerii gabaritului i costului, un important ctig n lrgimea benzii de trecere.

11

Astfel, dac un transformator de audiofrecven determin, ntr-un anumit circuit, o band de trecere cuprins ntre 50 Hz i 5 kHz, se recurge la reducerea inductivitii nfurrilor la jumtate (reducnd numrul de spire de 2 ori) i se obine un transformator mai economic (cu gabarit i pre redus) avnd banda de trecere ntre 100 Hz i 10 kHz, ceea ce, pentru domeniul audio, reprezint o mbuntire esenial.

Adeseori n practic se ntlnesc transformatoare cu mai multe nfurri secundare. Schema echivalent raportat la primar se obine reflectnd fiecare secundar, cu raportul lui de transformare, n primar. O asemenea situaie este prezentat n figura 13 n care s-au neglijat inductanele de scpri i inductan primarului.

Schema echivalent raportat la o nfurare secundar i (n exemplul nostru i = 1,2,3) se obine din schema raportat la primar mprind tensiunea Up cu nl i toate impedanele cu ni2 unde:

este raportul de transformare dintre primar i secundarul i.

Se menioneaz totui, schemele echivalente prezentate aici nu sunt complete, deoarece nu in cont de capacitile parazite ale transformatorului.

Dac se noteaz cu Cp1, capacitatea parazit a primarului, cu Cp2 capacitatea parazit a secundarului i cu Cp12 capacitatea parazit primar-secundar, atunci o schem echivalent complet ar fi cea din figura 14a. Capacitile parazite fiind mici (de ordinul 10100 pF) efectul lor este important doar la frecvene nalte, mai ales cnd sarcina RS are valori foarte mari. n acest caz, Cr2 unteaz pe RS i transformatorul simte practic o sarcin cu caracter capacitiv. Inductanele de scpri i capacitatea parazit de la ieire formeaz un circuit oscilant serie, cu factor de calitate mare, care la frecvena sa de rezonan determin apariia unui maxim n caracteristicii de frecven (fig. 14b).

12

4. UTILIZRILE TRANSFORMATORULUI ELECTRIC

Utilizrile transformatoarelor decurg din urmtoarele funcii ce pot fi ndeplinite de acestea:

1. transform energia electric de curent alternativ, mrind tensiunea i respectiv micornd curentul electric, n vederea transportului energiei electrice la distane mari cu randament ridicat;

2. transform energia electric de curent alternativ disponibil la anumite valori ale tensiunii de alimentare, n energie electric la valorile necesare ale tensiunii i curentului, fr pierderi importante de transformare: asemenea transformatoare se numesc transformatoare de alimentare sau de reea ;

3. separ galvanic dou circuite, asigurnd ntre ele o bun izolaie electric; n cazul transformatoarelor de reea, aceast cerin este impus si de regulile de protecie a muncii; dac raportul de transformare este egal cu unitatea, transformatorul se numete transformator de separare i ndeplinete doar aceast funcie de separare;

4. asigur adaptarea ntre un generator dat i o sarcin dat, adic asigur un transfer maxim de putere asemenea transformatoare se numesc transformatoare de adaptare sau de semnal . n ultimul timp exist tendina i posibilitatea de a se renuna la utilizarea transformatoarelor de semnal, deoarece ele au unele dezavantaje: gabarit i greutate mare n raport cu celelalte componente electronice; band de trecere limitat, din care cauz n sistemele de band larg snt necesare mai multe transformatoare, separate ntre ele prin filtre i amplificatoare de separare, fiecare transformator trebuind s transmit cte o poriune din banda total de lucru; introduc deformri ale formei semnalului, aceste deformri fiind cu att mai importante cu ct tensiunea i curentul prin transformator snt mai mari.

Dac transformatorul este conectat la intrarea unui amplificator sau sistem, el se numete transformator de intrare, dac este la ieire se numete transformator final sau de ieire, iar dac este conectat ntre dou etaje ale amplificatorului sau sistemului, transformator de cuplaj.

5. TIPURI DE BOBINAJE

Bobinajele aparaturii electronice se realizeaz n simplu strat, sau n mai multe straturi (multistrat). Dup forma lor (fig. 15), bobinajele ntr-un singur strat pot fi: cilindrice, toroidale sau n dublu D.

13

La rndul lor, bobinajele cilindrice se realizeaz fr carcas (la frecvene foarte nalte) sau pe carcas. Bobinajul cilindric pe carcas n cele mai multe cazuri se execut n exteriorul carcasei. La bobinele crora li se impune condiia de mare stabilitate a inductivitii la variaiile de temperatur, nfurrile se execut cu conductorul parial ngropat n anul elicoidal practicat pe suprafaa carcasei. nfurarea conductorului se face la cald, nct dup rcire, conductorul ader la carcas i nu-i variaz dimensiunile la variaia temperaturii mediului ambiant.

Bobinajele cilindrice se execut din conductor izolat simplu cu email, sau, pentru spire puine i rare, chiar din conductor neizolat. Acest -tip de bobinaj se caracterizeaz prin rezisten mic n curent continuu, pentru o aceeai inductivitate, precum i prin capaciti parazite mici.

n cazul bobinajului cilindric simplu strat nu se pot obine inductiviti mari din cauza numrului relativ mic de spire, cmpul magnetic perturbator creat n exterior fiind mare, ceea ce conduce nu numai la eventuala perturbare a funcionrii celorlalte elemente din circuit, ci i la posibila modificare a inductivitii proprii, sub influena maselor metalice din vecintate.

Bobinajul toroidal executat n simplu strat se caracterizeaz printr-o valoare minim a cmpului magnetic de dispersie, ns prezint o rezistent de curent continuu mai mare dect a bobinei cilindrice pentru o aceeai inductivitate. Bobinajul toroidal poate avea seciune circular sau seciune dreptunghiular.

Bobinele n simplu strat, n dubla D, reprezint o soluie intermediar, avnd cmp magnetic extern relativ redus i rezisten de curent continuu mic. n plus, reglarea se face relativ uor, bobinele individuale fiind bobinate, impregnate i montate naintea reglrii finale.

Bobinajul multistrat permite obinerea inductivitilor mari, n volum mic. Conductorul folosit este n mod obligatoriu izolat cu email i mtase.

Se pot realiza bobinaje cu mai multe straturi, cu diverse tehnologii, prin bobi nare spira dup spir, bobinaj piramidal sau bobinai fagure".

Toate aceste bobinaje snt executate pe carcase cilindrice. Se pot executa si bobinaje toroidale multistrat, pentru evitarea alunecrii stratului utilizndu-se izolaii ntre straturi.

Bobinajele multistrat spir dup spir prezint o capacitate distribuit mare si pericol de strpungere a izolaiei, n special la spirele care vin n contact la extremitile straturilor, unde diferenele de potenial snt mari. Pentru micorarea pericolului de strpungere se pot folosi straturi intermediare de izolaie (tabelul 1.1), dar prin aceasta se micoreaz coeficientul de umplere.

14

Pe carcasele fr flane, bobinajul cilindric multistrat (fig. 16) se execut micornd mereu cu cte o unitate numrul de spire din strat.

Pentru micorarea capacitii parazite i evitarea strpungerilor se realizeaz bobinaje la care spirele ntre care exist diferene mari de potenial sunt deprtate. Aceasta se poate realiza fie prin bobinaj piramidal, recomandat n special pentru obinerea inductanelor mari care lucreaz la tensiuni ridicate (transformatoare de impulsuri), fie prin bobinaj cilindric secionati, pe carcase cu flane intermediare. La acestea din urm, fiecare seciune avnd puine spire are i capacitate proprie mic, iar capacitile seciunilor se leag n seric. Totui, nu se pot folosi prea multe seciuni (de obicei 3 sau 4) deoarece devin suprtoare capacitile dintre seciuni sau dintre seciuni si miez.

Reducerea capacitii proprii i evitarea strpungerilor se poate obine prin bobinajul fagure". n timpul bobinrii se d carcasei o micare de translaie n lungul axei sale, sincronizat cu micarea sa de rotaie, nct conductorul se bobineaz nclinat n raport cu suprafaa de rotaie a nfurrii. Astfel, spirele ntre care exist diferene mari de potenial snt deprtate i neparalele. Bobinajul fagure" poate fi fagure propriu-zis", cnd spirele snt distanate ntre ele, sau universal" cnd spirele snt ne-distantate.

Bobinajul fagure" are capaciti proprii reduse i o rigiditate mecanic bun, bobinele astfel realizate meninndu-i forma i fr a fi mpregnate. Bobinajele fagure" pot fi executate i pe seciuni, pe carcase tubulare cu flane intermediare, bobinele putnd fi conectate n serie sau n paralel.

n tabelul 1.2 se prezint principalele caracteristici ale bobinajelor utilizate la frecvente joase i nalte.

15

Bobinajele multistrat se pot realiza i fr carcas, atunci cnd bobina trebuie s aib un anumit profil (bobine de deflexie ale tubului cinescop), sau cnd pierderile n carcas aduc inconveniente. Rigiditatea mecanic se realizeaz n acest caz prin legarea fiecrui strat sau a unui grup de straturi cu fii de pnz i impregnarea ulterioar a ansamblului.

Pentru bobinajele multistrat pe carcas, capetele nfurrilor se lipesc pe cose fixate pe flanele laterale ale carcasei sau pe reglete izolante, fixate de miez. Procesul tehnologic se ncheie cu mpregnarea bobinei, pentru robustee mecanic i n special pentru protecie mpotriva umiditii. mpregnarea const n umplerea interstiiilor bobinajului cu lac de mpregnare electroizolant.

16

Avantajele mpregnrii sunt:1. rigidizeaz nfurrile;2. mbuntete disiparea cldurii, lacul avnd conductibilitate termic mai bun dect aerul

sau izolaiile de hrtie;3. mbuntete proprietile electrice ale izolaiei, n principal a rigiditii dielectrice,

anuleaz efectul microfisurilor din email;4. evit ptrunderea umezelii din atmosfer n golurile izolaiei. Pentru o mpregnare bun

trebuie s fie ndeplinite urmtoarele cerine:5. fluiditatea lacului s fie suficient pentru a ptrunde bine n interstiii, dar nu exagerat,

pentru a nu se produce o contracie prea mare la uscare (n general se ia un procent de maxim 5060% solvent);

6. rinile folosite trebuie s aib molecule mici, sferice, cele cu molecule lungi dau lacuri vseoase, care impregneaz prost;

7. nu se pot folosi lacuri cu uscare numai prin evaporarea solventului, contracia la uscare fiind prea mare; de aceea se folosesc lacuri cu ntrire att prin evaporare ct i prin reacii chimice i lacuri fr solvent;

8. viteza de ntrire trebuie reglat cu atenie (prin modificarea temperaturii) n caz contrar se produce ntrirea numai la suprafa, iar solventul din interior nu se mai evapor;

9. lacul i solventul s nu atace emailul conductoarelor.

Calculul inductivitii se face anterior realizrii bobinei, n general prin formule empirice. Astfel, pentru o bobin cu simplu strat (fig. 4.4) se poate folosi relaia:

unde n este numrul de spire al nfurrii; d diametrul carcasei; F factorul de form, tabelat n funcie de raportul d/l; k factor, care ine seama de forma spirelor, influena izolaiei conductorului, influena materialului de impregnat.

Cteva lacuri de mpregnare mai folosite sunt prezentate n tabelul 1.3.

17

Tehnologic, bobinajele se execut cu maini automate, construite special pentru tipul de bobinaj impus. Operaiile de impregnare se realizeaz manual. La bobinele cu mai multe nfurri, dispunerea lor relativ are implicaii att funcionale ct i economice.

Astfel, pentru transformatoarele de semnal (intrare, ieire, cuplaj) la care caracteristica de frecven este foarte important, trebuie micorat fluxul de dispersie, deci inductana de scpri. Pentru aceasta una din bobine se secioneaz i ntre cele dou seciuni se dispune cea de-a doua bobin.

Cnd cerinele tehnice nu sunt prea severe i nu se impun restricii asupra scprilor de flux magnetic (de exemplu pentru transformatoare de alimentare) dispunerea nfurrilor se face din considerente economice.

Astfel, conductorul mai scump (de diametru mai mic) se bobineaz primul, raza bobinei fiind mai mic imediat lng carcas i n acest mod se realizeaz numrul de spire necesar cu o cantitate mai mic de conductor. Dac transformatoarele sunt de mare putere i condiiile de rcire sunt severe, se renun la criteriul economic si se bobineaz la exterior nfurarea de diametru minim, care disipa cea mai mare cantitate de cldur.

Bobinele cu inductivitate variabila continuu n limite largi, variometrele, se realizeaz dup unul din urmtoarele principii:

1. prin varierea numrului de spire;2. prin modificarea cuplajului (inductanei mutuale M) ntre dou seciuni ale bobine;3. prin modificarea poziiei unui miez magnetic (ferovariometru).

18

Variomeirele de joas frecven se bazeaz, de regul, pe ultima metod. Un miez din tole comandat de un sistem mecanic, de exemplu cu urub mel-cat, poate fi scos sau introdus n bobin.

n nalt frecven se folosesc toate cele trei metode. La bobine pentru puteri mari varierea continu a numrului de spire, se obine cu un contact glisant pe conductorul bobinei, rotit cu un sistem mecanic potrivit.

Bibliografie19

1. Covrig M., Cepisca C., Ochiana L., Vasile P., Convertoare de tip electric-electric,Ed.

PRINTECH, Bucuresti, 1999.

2. Bala C., Masini electrice, Ed. Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1986. 3. Gheorghiu I. S., Fransua Al., Tratat de masini electrice, vol II, Ed. Academiei,

Bucuresti, 1968

4. Fransua Al., Magureanu R., Cimpeanu A., Condruc M., Tocaci M., Masini si sisteme de actionari electrice probleme fundamentale, Ed. Tehnica, Bucuresti, 1978

5. Covrig M., Ghita C., Savin M., Transformatorul si masina asincrona incercari de laborator, Ed BREN, Bucuresti, 1998.

6. Covrig M., Prlog-Cristian R., Cepic C., Ochian L., Vasile N., Lecii de electrotehnic, Ed. ICPE Bucureti 2001

20

Bibliografie