BOBINAS, CABEÇAS MAGNÉTICAS E PEÇAS DE SUBSTITUIÇÃO

BOBINAS, CABEÇAS MAGNÉTICAS E PEÇAS DE SUBSTITUIÇÃO
Identificação das bobinas
e Princípios gerais
A
BOBINAS
1)
Classe
de Isolamento
Temp. máx.
de funçãot.
admiss.
E
(°C )
120
F
155
H
180
Aum. máx. Temperatura
de temp.
ambiente
admiss.
máxima
(°C * )
80
80
95
105
130
80
105
120
130
155
( °C ** )
40
75
60
50
25
100
75
60
50
25
Ref. (1)
As bobinas utilizadas nas electroválvulas
são concebidas e testadas para funcionar
sob tensão permanente. Estão todas em
conformidade com as normas de resistência
térmica CEI 216.
T
B
F
T
B
F
P
Fig. 1
Letra de referência complementar de identificação
para as bobinas dos tipos: XM5, M6, MXX, M12
(Ex. : FT, FB, FF, HT)
Temperatura da bobina devido à colocação sob
tensão
**
Y inclui o efeito da temperatura do fluido nos limites
indicados no catálogo (Características eléctricas,
zona de temperatura ambiente da cabeça magnética).
A construção da maioria das bobinas é
conforme às normas CEI 335. Outras
normas internacionais (UL,...) podem
ser aplicadas nas bobinas (Consultar a
ASCO/ JOUCOMATIC).
As bobinas standard estão disponíveis em
classes de isolamento E, F e H. A classe
de isolamento determina a temperatura
máxima de funcionamento da bobina para
uma vida útil específica.
Vida útil standard :
- 30 000 horas, classe H
- 20 000 horas, classe F
O aumento da temperatura das bobinas em
permanência sob tensão depende do seu
tamanho e potência. Estes dois elementos
permitem determinar o valor de pressão
diferencial máxima de uma electroválvula
como indicado no catálogo.
Quadro (Fig. 1), exemplo para uma
classe F:
O isolamento da bobina está adaptado a
um funcionamento em classe térmica F,
isto é, a 155°C no ponto mais quente. O
aquecimento máximo da bobina, medido
sob tensão, está limitado segundo o tipo
de bobina (ex. 80°C (FT), 95°C, 105°C
(FB), 130°C (FF)).
O valor de temperatura ambiente máximo
da cabeça magnética depende do tamanho
da bobina. Este valor é expresso em
«Características eléctricas» nas páginas
respectivas deste catálogo (75/60/50/25°C
para os valores máximos standard). Tem
em conta o efeito gerado pela temperatura
do fluido.
Factores determinantes:
a) Temperatura (própria ao aquecimento
da bobina)
b) Potência
c) Temperatura ambiente e/ou do fluido
veiculado
d) Aumento significativo de temperatura
provocado por uma potência em Watts
elevada (o que se revela necessário
para o funcionamento de certas electroválvulas)
A ASCO/JOUCOMATIC propõe bobinas
que se diferenciam pela dimensão e pela
potência eléctrica:
- XM5, M6, MXX, M12
- CM22, C22A, CM25, JMX, ANX, AMX,
BMX
Para mais detalhes sobre as bobinas e para
encontrar os seus códigos, ver Secção J /
V1100, páginas 2 a 5
CÁLCULOS
Para as electroválvulas de comando directo,
é possível calcular a força de atracção
electromagnética com a ajuda da seguinte
equação:
Fs = p . A (N)
Fs = força de atracção electromagnética (N)
p = pressão (Pa) (105 Pa = 1 bar)
A = superfície de passagem (m2)
Exemplo
Uma cabeça magnética standard terá uma
força de atracção de cerca de 15 N. Para
utilizar esta cabeça magnética com uma
pressão diferencial de 1 MPa (10 bar), é
possível calcular o diâmetro de passagem
máximo.
Fs = p . A
15 = 106 . A
A = 1,5 . 10-5 m2
A = 1/4.π.d2
d = 4,4 mm
Para as aplicações de baixas pressões tais
como queimadores a gás, distribuidores
automáticos ou sistemas sob vácuo que
chegam até 0,1 MPa, o diâmetro de passagem será igual a 19,5 mm.
Para as electroválvulas de comando assistido (membrana ou pistão separado(a)), um
pequeno orifício (o piloto) controla a pressão
para a membrana ou o pistão. Os orifícios
principais de grande tamanho podem abrir
ou fechar a uma pressão máxima chegam
até 15 MPa.
00022PT-2006/R01
*
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V030-1
Princípios gerais - BOBINAS, CABEÇAS MAGNÉTICAS E PEÇAS DE SUBSTITUIÇÃO
CONCEPÇÃO DE BASE
1
Campo eléctrico
Para accionar uma electroválvula é
necessário primeiro compreender como
o magnetismo criado pela cabeça
magnética pode converter-se em energia
mecânica.
Se se aplicar uma determinada tensão à
bobina uma corrente eléctrica circulará
no bobinado, criando assim um campo
magnético à volta da bobina.
Este campo depende da intensidade, do
número de espirais e do comprimento da
bobina. Podemos expressar este campo
com a ajuda da equação seguinte:
I⋅N
0,6
0,4
0,2
+H (A/m)
-H (A/m)
-2000
-1000
-500
0
500
1000
(A/m) [I ⋅ N = ΣH ⋅ d ]
2000
-0,4
-0,6
- B (T)
-0,8
-1
Para a permeabilidade no vácuo:
µ0 = 4.π.10-7 (H/m) ou (Vs/Am)
µ = µo . µr [µ = B/H]
µr ar = 1
É necessário fazer a distinção entre os
materiais :
- diamagnéticos:
µr < 1 (bismuto, antimónio)
- paramagnéticos:
µr = 1 (alumínio, cobre)
- ferromagnéticos:
µr >1 (ferro, níquel, cobalto)
Para identificar o "µr" ou a indução "B"
conveniente, é necessário utilizar o que
é designado por curvas de histerese para
os materiais ferromagnéticos.
L
Para a fabricação dos núcleos e dos tubosculatra ASCO/JOUCOMATIC, utiliza-se
uma liga de aço inox específica de forte
compatibilidade ferromagnética.
Se utilizarmos os quadros, a equação a
aplicar é a seguinte:
C.A.
R
L
B = µo . µr . H (T)
Cabeças magnéticas alimentadas
em corrente contínua e em corrente
alternativa
Para conhecer o campo eléctrico, é necessário saber primeiro a corrente que
passa na bobina.
Para as construções alimentadas em
corrente contínua, podemos calcular facilmente a corrente com a ajuda da seguinte
equação:
I
2
L=
L
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(H)
L = C . µr
XL = 2.π.f . L
I=
U
I=
(A)
R
Todavia, para as construções alimentadas
em corrente alterna, é necessário ter em
conta não só a resistência puramente óhmica, como também a reactância 'XL'.
Para encontrar a impedância 'Z', é necessário
combinar os valores de 'XL' e de 'R' num
diagrama vectorial. Podemos de seguida
calcular a corrente com a ajuda da seguinte
equação:
U
(A)
Z
O valor de 'XL' depende da distância entre o
tubo-culatra e o núcleo-móvel. Quanto maior
a distância, menor é 'XL'.
É por isso que há uma diferença entre a corrente que passa através da bobina quando
o núcleo está em posição baixa (corrente
de chamada) e a corrente com o núcleo em
posição alta (corrente mantida).
µ o ⋅ µr ⋅ N ⋅ A
U
=
Z
U
(X
2
L
+ R
2
)
C.C.
R
L
I
I=
V030-2
1500
-0,2
Contudo, constatamos que a condutância
das linhas do campo magnético é diferente
de uma matéria para a outra.
A condutância é designada por
permeabilidade do símbolo "µ".
S
-1500
Para "CC"
I A= I M
I=
U
(A )
R
I A = corrente inicial
I M = corrente mantida
00022PT-2005/R01
H=
0,8
+ B (T)
Princípios gerais - BOBINAS, CABEÇAS MAGNÉTICAS E PEÇAS DE SUBSTITUIÇÃO
Força de atracção de um íman
ATRACÇÃO MAGNÉTICA (N)
A
Quando o campo eléctrico e a indução são
conhecidos, é possível determinar a força
de atracção da cabeça magnética com a
ajuda da seguinte equação:
gráfico A
25
20
2
B ⋅ A (I ⋅ N ⋅ µ r ⋅ µ )
A
⋅
=
2
2 ⋅ µ0
2 ⋅ µ0
L
2
F=
15
10
B
A
5
0
1
2
4
3
6
5
7
GOLPE (mm)
A = CM6-FT, CM25-5
B = CM6-FB, CM30-8
Os três gráficos A, B, C, pelo contrário,
mostram que a força de atracção magnética "F" determinada pela indução
"B" é função do valor do golpe (distância
entre a culatra e o núcleo móvel). Esta
relação é específica para cada tipo de
electroválvula.
H
I
N
B
µo
µr
A
C
gráfico B
(N)
=
=
=
=
=
=
=
=
Campo magnético
Corrente eléctrica
Número de espirais
Indução magnética
Permeabilidade no vácuo
Permeabilidade relativa
Superfície do núcleo
Constante
(A/m)
(A)
(1)
(T)
(H/m)
(1)
(m2)
30
20
C.A. (corrente alterna)
15
R
10
B
A
5
XL
XL
A = CMXX-FT, CM40-10
B = CMXX-FB, CM40-14
RH=2.RC
U
ZC
IH =
U
11
, ⋅ ZC
RR
COLD
C
ATRACÇÃO MAGNÉTICA (N)
C.C. (corrente contínua)
R
40
30
20
L
0
B
A
3
6
9
GOLPE (mm)
A = CM12-FT
B = CM12-FB
12
15
I
18
IC =
U
RC
IH =
U
= 1/ 2 ⋅ IC
2 ⋅ RC
RHHOT
R
Com:
U = tensão (V)
IC = corrente a frio
IH = corrente a quente
RC = resistência a frio
RH = resistência a quente
ZC = impedância a frio
ZH = impedência a quente
Quando uma bobina é colocada sob
tensão durante certo tempo, esta aquece
e a sua resistência aumenta de modo
significativo. Se a resistência duplica,
devido ao aquecimento, divide-se a
corrente contínua por dois, e em corrente
alterna, não tem mais que uma influência
de aproximadamente 10%.
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V030-3
00022PT-2005/R01
IC =
gráfico C
10
T
I
12
HZ
OH
9
Z
6
3
GOLPE (mm)
C
0
ZOLD
L
ZC
ATRACÇÃO MAGNÉTICA (N)
25
Princípios gerais - BOBINAS, CABEÇAS MAGNÉTICAS E PEÇAS DE SUBSTITUIÇÃO
IxN
180˚
Campo magnético criado pela bobina
principal.
270˚
90˚
360˚
Z
Z
XLL
I=
U
(A )
Z
IxN
Campo magnético (do anel de desfasagem)
provocado pelo campo principal, com uma
desfasagem de aproximadamente 90°.
R
FORÇA RESULTANTE
F
IA =
U
ZA
R
com:
IA = corrente inicial
ZA = impedância inicial
Diferenças entre as electroválvulas
alimentadas em CA ou CC
Serviço em corrente alterna:
As electroválvulas alimentadas em corrente
alterna são sempre equipadas de um anel
de desfasagem na culatra. A extremidade do
núcleo é plano ou perpendicular.
Serviço em corrente contínua:
• 2 categorias de electroválvulas são fabricadas:
A primeira de construção idêntica para corrente alterna e contínua oferece a vantagem
de uma adaptação fácil às duas correntes
a partir de uma mesma electroválvula, a
intercambialidade é assegurada em corrente contínua ou alterna.
A segunda tem uma culatra e um núcleo
móvel de forma cónica (estrangulada); De
modo a evitar qualquer risco de remanescência magnética, é necessário instalar
uma peça especial não magnetizável, chamada «batente amagnético», para impedir
que o núcleo bloqueie em posição alta.
ZhoZ
X
XL L
ldM
ing
Comparação electroválvula CA/CC
IM =
U
ZM
R
com:
IM = corrente mantida
ZM = impedância mantida
Funcionamento em corrente alterna
a) Forte corrente inicial e baixa corrente
mantida
b) Grande força de atracção
c) Sensível às impurezas
d) A bobinagem comporta menos espirais (cobre) que as bobinas alimentadas em corrente contínua
e) O consumo eléctrico e a força de
atracção não são sensíveis à temperatura.
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V030-4
Funcionamento em corrente contínua
a) Corrente de chamada igual à corrente
mantida
b) O consumo eléctrico e a força de
atracção dependem da temperatura
c) Electroválvula silenciosa
d) Menos sensível às impurezas
e) A bobinagem comporta mais espirais
(cobre) que as bobinas alimentadas em
corrente alterna
Consumo eléctrico em C.A. :
P
(W)
= U ⋅ I ⋅ Cosϕ
(A)
IA =
IM =
PA ( VA )
U (V)
PM ( VA )
U (V)
com:
PA = potência aparente
inicial (VA)
PM = potência aparente
mantida (VA)
Consumo eléctrico em C.C. :
P
(W)
(A)
I
= U⋅I
=
P (W)
U (V)
00022PT-2005/R01
ZZin
XLXL
Aru
sh
Combinação das forças de atracção da bobina
principal e do anel de desfasagem.
Princípios gerais - BOBINAS, CABEÇAS MAGNÉTICAS E PEÇAS DE SUBSTITUIÇÃO
A
TENSÃO DE
ALIMENTAÇÃO
ANEL DE
DESFASAGEM
(I x N)
0°
180°
180˚
90˚
90°
I.N
Bobina
Coil
(I x N)
Com:
I = corrente eléctrica (A)
N = número de espirais da bobina
anel de desfasagem
As potências nominais indicadas em cada
quadro "Características eléctricas" correspondem aos valores médios de consumos
eléctricos das cabeças magnéticas das
electroválvulas. A maior parte das potências são mencionadas por 2 valores a frio
e a quente, segundo as especificações
abaixo.
Potência nominal em frio
Este valor corresponde à potência eléctrica
consumida, no instante da colocação sob
tensão da bobina, quando esta não tenha
sido alimentada anteriormente. Nestas
condições, o coração da cabeça magnética está aproximadamente à temperatura
ambiente ou à do fluido e a resistência da
bobina é o valor nominal. Em relação ao
valor em quente, o consumo a frio é um
pouco mais elevado; servirá de referência
na definição de potência dos dispositivos
de alimentação e de colocação sob tensão
da electroválvula.
Potência nominal em quente
Depois da colocação sob tensão da electroválvula e quando esta é mantida permanentemente sob tensão (ou o máximo
do factor de marcha para os produtos em
que se especifique), a bobina alcança a sua
temperatura nominal de funcionamento.
Nestas condições, a resistência aumenta
e a potência eléctrica absorvida é mais
baixa que em frio. Será este valor que se
terá em conta para calcular, por exemplo,
o custo total do consumo eléctrico.
Se os valores precisos são exigidos, é necessário efectuar os ensaios nas condições
reais de funcionamento e de ambiente.
Observações gerais
As potências a frio / a quente são definidas nas condições normais de utilização,
a saber:
● na tensão nominal prevista (Un)
● com temperaturas ambiente e do fluido
a 20°C
Estes valores evoluem em função das
variações das condições de utilização:
● Variação
da tensão de alimentação (respeitar o mín. e máx. autorizados,
ver Secção J/páginas 2 e 3)
● Temperatura ambiente
● Temperatura do fluido
● Os tamanhos e tipos de tubagem
00022PT-2005/R01
POTÊNCIAS NOMINAIS
Este diagrama sectorial simplificando
explica o funcionamento do anel de desfasagem em corrente alterna.
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V030-5
00022PT-2004/R01
A ASCO/JOUCOMATIC reserva o direito de modificar os seus produtos sem pré-aviso.
Princípios gerais - BOBINAS, CABEÇAS MAGNÉTICAS E PEÇAS DE SUBSTITUIÇÃO
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