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