LICEUL TEHNOLOGIC ENERGETIC CAMPINA
PROIECTExamenul de atestare a competentelor
profesionale-nivel 3
Tema : ELEMENTE PASIVE DE CIRCUIT - REZISTOARE BOBINE
PROF.
INDRUMATOR : ELEV :
Ing.Toma Maria Bugoi Razvan - Ionut
Clasa a-12-a C
Calificarea:
Tehnician in instalatii electrice
2013
CUPRINS
ARGUMENT
Cap 1. GENERALITATI
Notiunea de rezistor, rezistenta electrica, U.M.
Clasificare
Proprietatea fizica a materialelor de a se opune intr-o masura mai mare sau
mai mica trecerii curentului electric poarta numele de rezistenta electrica.
Componentele electronice pasive construite special spre a avea o anumita
rezistenta electrica se numesc rezistoare (in practica,in locul denumirii de rezistor se
mai foloseste inca denumirea de rezistenta).
Rezistorul este componenta electronica de circuit, cu doua borne, care are
are proprietatea, potrivit careia, intre tensiunea la bornele lui si curentul care-l
parcurge, exista relatia, descoperita de Ohm si cunoscuta sub denumirea de legea
lui Ohm :
U = R ∙ I ,
unde R este rezistenta rezistorului masurata in Ω
U este tensiunea aplicata la bornele rezistorului masurata in V
I este intensitatea curentului electric masurata in A
Unitatea de masura a rezistentei electrice este ohmul Ω. .In practica se
utilizeaza si multiplii acestei marimi: kiloohmul (K) si megaohmul (M),
Pentru un fir realizat dintr-un material conductor rezistenta electrica se
calculeaza cu formula:
R = ρ ∙ l/ s
unde : ρ este rezistivitatea materialului conductor [ Ω∙mm2/m]
l este lungimea firului conductor [m]
s este sectiunea firului conductor [mm2]
Simbolul rezistorului:
Rezistenta unui rezistor variaza cu temperatura dupa urmatoarea formula :
R = R0 ∙ [1+ α ∙ ( t – t0 )]
unde R este rezistenta finala a firului dupa incalzire [Ω]
R0 este rezistenta initiala a firului inainte de incalzire [Ω]
t este temperatura finala [°C]
t0 este temperatura initiala [°C]
α este coeficientul de variatie cu temperatura [1/°C]
Proprietatile rezistoarelor:
- nu poate furniza energie electrică;
- are două borne de acces;
- comportarea sa nu depinde de sensul curentului.
Parametrii nominali ai rezistoarelor:
Rezistenta nominala - este marimea valorii rezistentei, marcata in cifre sau in
dungi colorate, pe corpul rezistorului. Acestei valori i se asociaza intodeauna
toleranta, exprimata in procente din valoare.
Puterea disipata nominala, Pdn [W] - este puterea maxima - in curent
continuu sau alternativ - pe care o poate disipa un rezistor, in conditii de
mediu exterior determinate, pe o perioada indelungata de timp, fara ca
rezistenta nominala sa se modifice. Daca rezistorul este supus unei puteri mai
mari decat puterea nominala pot apare fenomene ca variatia inadmisibila a
parametrilor sai, reducerea duratei de functionare sau distrugerea elementului
rezistiv.
Tensiunea nominala, Un [V] - Este tensiunea continua sau valoarea eficace a
tensiunii alternative aplicata la bornele rezistorului, in conditii normale ale
mediului inconjurator, fara ca rezistorul sa se distruga. Marimea tensiunii
nominale depinde de dimensionarea si constructia rezistorului, de proprietatile
elementului rezistiv si de puterea nominala.
Rezistenta rezistorului in curent alternativ - Marimea rezistentei rezistorului
difera,in curent alternativ, de valoarea masurata in curent continuu, datorita
existentei capacitatii si inductantei distribuite pe lungimea elementului rezistiv,
a efectelor de suprafata si a pierderilor dielectrice in suportul rezistorului si in
straturile de protectie.
Toleranta admisa: abaterea (%) in plus sau in minus fata de R.
Codul de culori:cuprinde patru benzi de culori, primele trei benzi reprezentand
valoarea
rezistentei iar a patra toleranta.
Codul de litere si cifre: cuprinde trei sau patru caractere(doua cifre si o litera
sau trei litere
sau o litera),in functie de numarul cifrelor semnificative ce trebuie marcate pe
rezistoare.
Rezistoarele se folosesc pentru a regla valoarea curentului electric intr-un
circuit ,atat in domeniul curentilor tari cat si in domeniul curentilor slabi. Rezistorul
este o componenta de circuit caracterizata printr-o proprietate numita rezistenta.
Clasificarea rezistoarelor:
1.Dupa materialul folosit avem:
rezistoare din metale sau aliaje metalice (sarme sau benzi);
rezistoare peliculare (pelicule depuse pe un suport izolat);
rezistoare cu lichid.
2.Dupa constructie avem:
rezistoare fixe;
rezistoare variabile;
reostate potentiometre
Rezistoarele variabile pot fi: cu variatie liniara sau cu variatie logaritmica a
rezistentei in raport cu deplasarea contactului.
3.Dupa tehnologia de fabricatie:
chimice
bobinate
4.Dupa modul de marcare:
in clar
in codul culorilor
Rezistoarele se confecţionează din diferite materiale astfel ca să satisfacă un
anumit grup de condiţii. Cel mai frecvent sunt întâlnite rezistoarele de sârmă, de
carbon şi cei din pelicule metalice. Rezistoarele de sârmă sunt confecţionate prin
înfăşurarea unei sârme pe un suport izolant. Metalul folosit este, de regulă, un aliaj
cu rezistivitate relativ ridicată. Acest tip de rezistoare se utilizează atunci când sunt
necesare valori scăzute de rezistenţă electrică ( ohmi sau mai puţin), putere disipată
mare sau exactitate ridicată.
Rezistoarele de carbon constituie un tip răspândit, fiind realizaţi din cărbune
presat la cald. Se realizează cu toleranţe mari (5…20%). La exactităţi mai mari se
depune un strat fin de carbon pe un suport ceramic.
Rezistoarele cu peliculă metalică se obţin prin depunerea unui strat foarte
subţire de metal pe un suport izolant.
Comportarea unui rezistor in curent continuu:
Un rezistor alimentat in curent continuu respecta legile lui Ohm si ale lui
Joule. Astfel la trecerea unui curent I printr-un rezistor tensiounea care se stabileste
la bornele rezistorului este o variatie liniara a curentului respectiv.
U = I∙ R
Intr-un circuit cu rezistoare electrice alimentate de la o sursa de curent
continuu este valabila legea lui Ohm pe intreg circuitul:
I = E/ (R+r)
RI
U
U
I
Pentru un rezistor puterea absorbita din circuit se calculeaza cu formula:
P = U2/R = I∙U = R∙I2
De exemplu, dacă avem un rezistor de 10 kΩ şi putere nominală 1W, curentul
maxim ce poate străbate rezistorul este:
I = √P/R = √1/104 = 1/102 = 0,01A = 10mA
iar tensiunea maximă ce poate fi aplicată:
U = √P∙R = √1∙104 = 102 = 100V
Un rezistor strabatut de curent electric degaja caldura conform legii lui Joule,
cantitatea de caldura degajata fiind egala cu produsul intre rezistenta rezistorului,
patratul intensitatii curentului electric si intervalul de timp.
Q = R∙I2∙t
Printre aplicatiile practice ale legii lui Joule se numara fierul de calcat
rezistenta de la masina de spalat, fierbatorul, radiatorul electric, prajitorul de paine,
resoul, caloriferul electric, cuptoarele electrice cu rezistoare.
Cap 2. Gruparea rezistoarelor in c.c. si c.a.
Rezistoarele in curent continuu pot fi grupate in serie, paralel si mixt in functie
de necesitatile urmarite. Astfel:
1. In serie: rezistorul este strabatut de acelasi curent cu intensitatea I, dar
tensiunea din circuit se repartizeaza pe cele “n” rezistente obtinandu-se
valori mai mici. Se spune ca obtinem un divizor de tensiune.
I
+ -
R
E,r
I
R = R1 +R2 +R3+…..
La conectarea in serie a mai multor rezistoare, rezistenta totala creste.
2. In paralel: tensiunea la bornele rezistoarelor este aceeasi dar curentul total
din circuit se repartizeaza in curenti mai mici pe fiecare rezistor in parte.
Curentii prin fiecare rezistor satisfac relatia corespunzatoare teoremei I a
lui Kirchhoff:
I = I1+I2+I3+…
Se spune ca obtinem un divizor de curent. Rezistenta totala scade fata de
oricare dintre rezistentele din circuit.
1/R = 1/R1 +1/R2 +1/R3 +…..
R1 R2 R3U1U2 U3
U
I
I1
I2
I3
R1
R2
R3
U
3. Mixt, atunci cand se doreste obtinerea unei anumite puteri.
In retelele de curent alternativ trifazat, pe langa legarea rezistoarelor in serie,
paralel si mixt mai exista si posibilitatea conectarii acestor rezistoare in stea sau in
triunghi. Pentru rezolvarea retelelor este necesara stabilirea unei echivalente intre
aceste circuite , echivalenta care se stabileste daca la aceeasi tensiune la borne ,in
exterior circula curenti de intensitati egale.
La conexiunea stea se observa ca intensitatile curentilor prin linii sunt egale
cu acelea prin fazele receptorului. La conexiunea in triunghi se observa ca tensiunile
de linie sunt egale cu cele de faza.
R1
R2
R3
U
I
I1
I2
Formulele de transformare de la stea la triunghi sunt urmatoarele:
R12 = (R1∙R2+R1∙R3+R2∙R3)/R3
R23 = (R1∙R2+R1∙R3+R2∙R3)/R1
R31 = (R1∙R2+R1∙R3+R2∙R3)/R2
Formulele de transfigurare de la triunghi la stea sunt urmatoarele:
R1 = R12∙R31/(R12+R23+R31)
R2 = R23∙R12/ (R12+R23+R31)
R3 = R31∙R23/ (R12+R23+R31)
1
32
R12
R31
R23
R1
R2 R3
0
Cap 3. Aplicatii ale rezistoarelor
1. Divizorul de curent (rezistoare legate in paralel pentru reducerea curentului
din circuit)
I1 = I∙R/R1; I2 = I∙R/R2; I3 = I∙R/R3
1/R = 1/R1+1/R2+1/R3
2. Divizorul de tensiune (rezistoare legate in serie pentru reducerea tensiunii din
circuit)
U1 = U∙R1/R
U2 = U∙R2/R
U3 = U∙R3/R
R = R1+R2+R3
3. Traductoare de temperatura (termorezistente si termistoare).
Termorezistentele sunt confectionate din metale (Pt, Rh, Au, Ag) iar
termistoarele sunt confectionate din material semiconductoare
(Ge,Si,Se,C,B).
Termorezistentele sunt traductoare de temperature care transforma
variatia de temperature a mediului controlat in variatia rezistentei elementului
sensibil si se bazeaza pe proprietatea materialelor de a-si modifica rezistenta
electrica in functie de temperatura dupa urmatoarea formula:
Rt = R0∙(1+At+Bt2)
Unde :
Rt este rezistenta termorezistentei la temperature “t”
R0 este rezistenta termorezistentei la 00C
T este temperature masurata
A si B sunt coeficienti care se pot determina prin calibrare
Termistorul este un rezistor a cărui rezistenţă depinde puternic de
temperatură, ca urmare
prezentând o caracteristică U-I neliniară. Specific acestei dependenţe de
temperatură comparativ cu cea a rezistoarelor liniare fixe sau variabile este faptul că
la variaţia temperaturii cu un grad valoarea rezistenţei termistoarelor se modifică de
ordinul zecilor de procente. Cu alte cuvinte, este posibil ca într-un interval îngust de
temperatură termistorul să-şi înjumătăţească sau să-şi dubleze valoarea rezistenţei.
Micşorarea sau creşterea rezistenţei este în strânsă corelaţie cu tipul termistorului,
care poate fi:
a) cu coeficientul de temperatură negativ, NTC
b) cu coeficientul de temperatură pozitiv, PTC.
4. Sunturi si rezistente aditionale se folosesc pentru extinderea domeniului de
masura la aparatele electrice (ampermetru si voltmetru) in curent continuu
Suntul este o rezistenta de valoare mica montata in parallel cu ampermetrul
care preia o parte din curentul din circuit atunci cand acesta este mai mare
decat valoarea nominala a ampermetrului pentru ca aparatul sa nu se arda.
Formula de calcul a suntului este : rs = ra/ (n-1) unde n = I/Ia
Rezistenta aditionala este o rezistenta de valoare mare care se monteaza in
serie cu voltmetrul pentru a prelua o parte din tensiunea din circuit atunci
cand aceasta erste mai mare decat tensiunea nominala a voltmetrului pentru
ca aparatul sa nu se arda.
Formula de calcul a rezistentei aditionale este : rad = ra∙(n-1) unde : n = U/Ua
5. Atenuatoarele sunt divizoare de tensiune speciale, folosite in aparatele de
masurare electronice pentru reducerea semnalului de intrare la o valoare
potrivita pentru a putea fi prelucrat de circuitele urmatoare.
6.Termoplonjonul (fierbatorul electric) este un aparat electrocasnic conceput
pentru incalzirea sau fierberea rapida a unor cantitati mici de lichid, prin
cufundarea directa in aceasta. La punerea in functiune, trebuie introdus mai
intai in lichid, iar apoi concentrate la priza, deoarece incalzirea se face
instantaneu, iar daca nu se afla in lichid exista pericolul arderi rezistentei.
Cantitatea de caldura care se degaja la trecerea curentului electric este ;
Q = RI2t
Cantitatea de caldura care este absorbita de apa pentru a se incalzi este;
Q = mc∆θ
Unde: m este cantitatea de apa incalzita; c este caldura specifica a apei; ∆θ
este intervalul de temperature (diferenta intre temperature finala a apei si
temperature initiala de apa)
Daca egalam cele doua cantitati de caldura se poate afla cantitatea de apa
incalzita sau temperature finala de incalzire sau timpul cat trebuie alimentat
fierbatorul in functie de datele problemei.
Alte aplicatii ale rezistoarelor:
R
E,r
I
Cap 4 - Bobine
În sensul larg, prin bobină se înţelege un element de circuit format dintr-un
conductor electric astfel înfăşurat,încât să formeze una sau mai multe spire.
O spiră are două conductoare active :unul de ducere şi unul de întoarcere,
raportat la sensul curentului prin spiră.
Ca, forme obişnuite, întâlnim bobine cilindrice, paralelipipedice sau toroidale.
Bobina (inductorul) este o componentă pasivă de circuit pentru care în mod ideal
între tensiunea la bornele sale U(t) şi curentul ce o parcurge I(t) există relaţia
; L – inductivitatea sau inductanţa şi se măsoară în SI este Henri (H) dar se
folosesc submultiplii nH, H, mH. Elementele componente ale unei bobine sunt
carcasa, înfăşurarea, miezul şi ecranul. Cu excepţia înfăşurării celelalte elemente nu
intră într-un mod obligatoriu în structura unei bobine.
a) carcasa – suportul pe care se înfăşoară conductorul bobinei, ea are în general o
formă tubulară şi este realizată din material uşor de prelucrat dar cu proprietăţi
izolatoare şi cu o rezistenţă mecanică satisfăcătoare.
b) Înfăşurarea (bobinajul) – constituie elementul principal şi indispensabil a oricărei
bobine. Se caracterizează prin: diametru, numărul de spire secţiunea
conductorului, pas, număr de straturi.
Cel mai frecvent se utilizează conductoare din Cupru avînd secţiunea circulară şi
diametru în limite normale. În cazul unor curenţi foarte mari se utilizează
conductoare cu secţiune dreptunghiulară sau pătratică uneori chiar tubulară
pentru a permite răcirea cu apă, înse se mai pot folosi conductoare şi din
Aluminiu.
În cazul bobinelor de frecvenţă joasă conductoarele sînt izolate cu email şi fibre
textile sau cu fibre anorganice.
În cazul bobinelor de înaltă frecvenţă se utilizează conductoare liţate (fascicul de
fire subţiri de metal răsucit, sau nerăsucit, folosit drept conductor electric)
constituite din 7 – 15 conductoare de diametru foarte redus şi izolate individual
formînd ansambluri (ansamblu la rîndul sau se izolează cu bumbac sau mătase).
În domeniul frecvenţelor foarte înalte se utilizează conductoare din Cupru argintat
izolate cu email, mătasă sau chiar neizolate cînd se utilizează bobine cu spire
puţine şi rare.
c) Miezul - intră în componenţa majorităţilor bobinelor întrucît permite obţinerea
unor inductivităţi de valori mai mari şi reglabile. Se utilizează miezuri magnetice
din alamă sau Cupru.
d) Ecranul – este facultativ şi se utilizează pentru a înlătura potenţialele, cuplajele
parazite (electrice sau magnetice).
În consecinţă criteriile de clasificare a bobinelor pot fi:
- considerente constructive – cu carcasă (forma sau tipul carcasei, tipul bobinajului,
numărul de spire, numărul de straturi, prezenţa sau absenţa ecranului, a miezului
etc.).
Parametrii bobinelor
Tensiunea nominal Un este tensiunea maxima pentru care se dimensionează
izolaţia bobinei
Tensiunea de serviciu Us este tensiunea care se aplica la capetele infasurarii
bobinei intr-un anume regim de lucru.
Rezistenta R a bobinei este o mărime care se pot evidenţia daca bobina este
alimentata cu tensiune continua. Din legea lui Ohm, rezulta:
R=
Inducţia proprie a bobinei L depinde de dimensiunile acesteia de numărul
de spire şi de materialul miezului magnetic, conform relaţiei:
L=N2
Inducţia proprie a bobinei se mai poate calcula in funcţie de fluxul magnetic si
de curentul care străbat bobina, conform relaţiei:
L=
Impedanţa Z a bobinei se manifesta la alimentarea acesteia cu tensiunea
alternativa si se poate calcula cu relaţia:
Z=
Reactanţa inductiva XL=2fL
Impedanţa se poate calcula in funcţie de rezistenta si de reactanţa inductiva:
Z2=R2+XL2
Factorul de calitate Q este raportul dintre reactanţa inductiva si rezistenta:
Q=
Tipuri constructive de bobine
Cel mai simplu tip de bobină conţine un singur strat de conductor din Cu emailat.
Această bobină este bobinată spiră lîngă spiră pe o carcasă tubulară fără
miez magnetic notînd cu 2r în centimetri diametrului exterior al carcasei, n – numărul
de spire ale bobinei, l – în cm. – lungimea bobinei pe carcasă se poate demonstra cu
condiţia l > 0,8 r că inductivitatea L a bobinei este dată de relaţia LH =
0,3937r2n2/(9r+10l). Valorile Inductivităţii maxime ce se pot obţine cu astfel de bobini
nu depăşesc 300 H.
Bobinajele monostrat prezintă rezistenţe de curent continuu, inductivităţi şi
capacităţi parazite reduse.
Un alt tip de bobinaj constructiv fără miez magnetic conţine mai multe straturi
de conductor suprapus şi avînd fiecare spirele bobinete una lîngă alta. Conductorul
trebuie în acest caz să fie izolat cu email sau chiar cu mătase.
carcasă
r
spire
Bobinajele multistrat spiră lîngă spiră se caracterizează prin capacitate
distribuită mare şi pericol de străpungere a izolaţiei (se are în vedere extremitatea
bobinei unde diferenţa de potenţial este mare în acest scop pentru reducerea
pericolului de străpungere se introduc folii izolatoare din material plastic, hîrtie de
condensator etc.) unicul neajuns în acest caz este mărirea volumului bobinei şi a
preţului de cost.
Majoritatea bobinelor utilizate în echipamentele electronice au un miez
magnetic care din punct de vedere constructiv poate să fie secţionat, de obicei în
formă cilindrică sau tubulară în caz cînd este de formă închisă are o formă toroidală.
Miezurile se realizează din materiale feromagnetice moi. Construcţia miezurilor
permite în general modificarea inductanţei prin deplasarea miezului în raport cu
înfăşurarea. Există şi miezuri nemagnetizate realizate din alamă sau cupru.
Pe lîngă tipurile de bobine analizate mai sus se pot realiza cu sau fără miez
magnetic şi alte tipuri.
piramidală
Carcasă în formă de galeţi
Aceste tipuri de carcase se utilizează pentru reducerea numărului de spire
fiecare secţiune delimitînd numărul spirelor în aşa mod ca capacitatea parazită dintre
spire să fie minimă.
În microelectronica modernă se folosesc şi bobinaje imprimate însă
inductanţa acestor bobine este foarte mică. O bobină plată realizează cu apariţia
tehnologiei cablajelor imprimate sub forma unei spirale dreptunghiulare sau
circulare este o bobină imprimată inductanţa căreia poate fi între 0,1 – 10 H şi cu
un factor de calitate între 50 şi 200.
Aplicatii ale bobinelor
Transformatoarele electrice, aparatele electrice si motoarele
electrice
BOBINE CONCENTRATE
Bobinele pot fi realizate cu spirele dispuse la un loc şi atunci se numesc bobine
concentrate sau cu spirele dispuse în crestăturile miezului magnetic şi atunci se
numesc bobine repartizate.
Bobinele aparatelor electrice sunt bobine concentrate şi pot fi înfăşurate direct
pe miezul magnetic,înfăşurate pe carcasă,înfăşurate fără carcasă. Bobinele
înfăşurate pe polii aparenţi ai maşinilor electrice rotative sunt tot bobine concentrate
şi se numesc bobine polare. Bobinele concentrate ale transformatoarelor electrice,
deoarece au unele particularităţi constructive, vor fi prezentate separat.
După forma constructivă, bobinele pentru transformatoare pot fi cilindrice, spiralate,
în galeţi, continue.
Bobinele cilindrice au spirele învecinate pe direcţia axială strâns lipite unele de
altele şi se execută din conductor profilat izolat sau neizolat.
La puteri mari, pentru îmbunătăţirea răcirii din bobină se distanţează spirele şi se
creează între canale radiale prin care se circulă ulei. În acest mod, o bobină
cilindrică se transformă în bobină spiralată. Prin galeţi se înţeleg grupe de spire din
bobină, separate între ele prin canale de răcire sau izolare.
BOBINE REPARTIZATE
Aceste bobine se execută, în funcţie de secţiune, din sârmă rotundă izolată cu
email tereftalic, din conductor profilat cu email şi sticlă sau din bare şi se plasează în
crestăturile miezurilor magnetice ale maşinilor electrice.
Defecte specifice bobinelor: Intreruperea conductoarelor de regula in zona lipiturilor de slaba calitate Scurtcircuit intre spirele unei infasurari Scurtcircuit intre infasurari Scurtcircuit intre infasurare si masa
Norme de protectie a muncii in domeniul electric
Măsurile principale pentru evitarea accidentelor prin electrocutare sunt următoarele:
- partile metalice ale echipamentelor electrice aflate sub tensiune în timpul lucrului
să fie inaccesibile la o atingere întâmplătoare, ceea ce se realizează prin izolări,
carcasări, îngrădiri, amplasări la înălţimi inaccesibile, blocări(protecţie prin
inaccesibilitate);
- folosirea tensiunilor reduse, maxim admisibile:
- izolarea de protecţie;
- separarea de protecţie;
- protecţie prin legare la pământ;
- protecţie prin legare la nul;
- deconectarea automată în cazul apariţiei unei tensiuni de atingere periculoasă;
- deconectarea automată în cazul apariţiei unei scurgeri de curent periculoasă;
- egalizarea potenţialelor;
- folosirea mijloacelor individuale de protecţie;
- organizarea corespunzătoare a lucrului.
Protecţia prin legare la pământ şi protecţia prin legare la nul sunt principalele
măsuri de protecţie contra electrocutării prin atingere indirectă.
Bibliografie
1. Sabina Hilohi, M.Popescu – Instalatii si echipamente.Tehnologia meseriei,
Editura Didactica si Pedagogica,Bucuresti, 1993
2. Sabina Hilohi, Florin Hilohi – Electrotehnica aplicata, Editura Didactica si
Pedagogica , 2005
3. INTERNET
4. H. Popescu - Instalaţie şi echipamente electrice- Autori: Nicolae Mira
5. Constantin Hegus - Instalaţii şi echipamente, Maşini, utilaje şi instalaţii în
industrie Autori: S. Grozea D. Chisegu
Anexe
Top Related