BOBINE, TESTE MAGNETICHE E PARTI DI RICAMBIO
Identificazione delle bobine
e principi generali
A
BOBINE
Temp. max.
Classe
di eserciziot
di isolamento
ammiss.
1)
E
(°C )
120
F
155
H
180
Aumento
max.
di temp.
ammiss.
Temperatura
ambiente
max.
(°C * )
80
80
95
105
130
80
105
120
130
155
( °C ** )
40
75
60
50
25
100
75
60
50
25
Rif. (1)
Le bobine utilizzate nelle elettrovalvole sono
progettate e testate per funzionare sotto
tensione permanente. Sono tutte conformi
alle norme di resistenza termica CEI 216.
T
B
F
T
B
F
P
Fig. 1
Riferimento aggiuntivo di identificazione per le
bobine dei tipi : XM5, M6, MXX, M12 (es. : FT, FB,
FF, HT)
*
Temperatura della bobina dovuta alla messa sotto
tensione
**
Incluso l'effetto della temperatura del fluido nei limiti
di applicazione indicati nel catalogo (caratteristiche
elettriche, campo di temperatura ambiente della testa
magnetica).
00022IT-2006/R01
Ci riserviamo il diritto di modificare caratteristiche e dimensioni senza preavviso. Tutti i diritti riservati.
La costruzione della maggior parte delle
bobine è conforme ai requisiti delle norme
CEI 335. Possono essere applicate alle
bobine anche altre norme internazionali
(UL,...) (consultare ASCO NUMATICS).
Le bobine standard sono disponibili nelle
classi di isolamento E, F e H. La classe
di isolamento determina la temperatura
massima di funzionamento della bobina
per la durata specificata.
Durata standard :
- 30.000 ore, classe H
- 20.000 ore, classe F
L'aumento di temperatura delle bobine
eccitate in continuo dipende dalla taglia
e dalla potenza elettrica. Questi due elementi determinano il valore della pressione
differenziale massima dell’elettrovalvola,
indicata nel catalogo.
La fig. 1 mostra un esempio per la classe di
isolamento F :
L’isolamento della bobina è previsto per un
funzionamento a temperature della classe F,
cioè 155°C nel punto più caldo. L’aumento
massimo di temperatura della bobina alla
messa sotto tensione è limitato a seconda
del tipo di bobina (es. 80°C (FT), 95°C,
105°C (FB), 130°C (FF)).
La temperatura ambiente massima della
testa magnetica dipende dalla taglia della
bobina. Questo valore è indicato nelle «Caratteristiche elettriche» delle relative pagine
di catalogo (75/60/50/25°C per i valori
massimi standard) e comprende l’effetto
della temperatura del fluido.
Fattori determinanti :
a) Temperatura (aumento della temperatura
propria)
b) Potenza
c) Temperatura ambiente e/o del fluido
controllato
d) Maggiore incremento di temperatura
dovuto ad una maggiore potenza in Watt
(necessario per il funzionamento di certe
elettrovalvole)
ASCO NUMATICS propone delle bobine
che si differenziano per le loro dimensioni
e la loro potenza elettrica :
- XM5, M6, MXX, M12
- CM22, C22A, CM25, JMX, ANX, AMX,
BMX
Per maggiori dettagli sulle bobine e per
ricercare i loro codici, vedere Sezione J /
V1100, pagine 2-5
CALCOLI
Per le elettrovalvole a comando diretto, è
possibile calcolare la forza di attrazione elettromagnetica con l'equazione seguente :
Fs = p . A (N)
Fs = forza di attrazione elettromagnetica (N)
p = pressione (Pa) (105 Pa = 1 bar)
A = superficie foro (m2)
Esempio
Una testa magnetica standard ha una forza
di attrazione di circa 15 N. Per utilizzarla
con una pressione differenziale di 1 MPa
(10 bar), è possibile calcolare il diametro
massimo del foro.
Fs = p . A
15 = 106 . A
A = 1,5 . 10-5 m2
A = 1/4.π.d2
d = 4,4 mm
Per le applicazioni a basse pressioni quali
i bruciatori a gas, i distributori automatici
o i sistemi sotto vuoto fino a 0,1 MPa, il
diametro di passaggio del foro sarà uguale
a 19,5 mm.
Per le elettrovalvole servoassistite (membrana o pistone non guidato (e)), un piccolo
foro (il pilota) controlla la pressione verso
la membrana o il pistone. I fori principali di
grandi dimensioni possono aprirsi o chiudersi ad una pressione fino a 15 MPa.
Consultare la nostra documentazione su : www.asconumatics.eu
V030-1
Principi generali - BOBINE, TESTE MAGNETICHE E PARTI DI RICAMBIO
PRINCIPI TECNICI DI BASE
1
Campo elettrico
Per azionare un’elettrovalvola occorre
innanzitutto capire come il magnetismo
creato dalla testa magnetica possa
convertirsi in energia meccanica.
Se si applica una determinata tensione
alla bobina, nell’avvolgimento circola una
corrente elettrica che crea un campo
magnetico intorno alla bobina.
Questo campo dipende dall'intensità
della corrente, dal numero di spire e dalla
lunghezza della bobina. Tale campo può
essere espresso mediante l'equazione
seguente :
I⋅N
0,6
0,4
0,2
+H (A/m)
-H (A/m)
-2000
-1000
-500
0
500
(A/m) [I ⋅ N = ΣH ⋅ d ]
1500
2000
-0,4
-0,6
- B (T)
-0,8
-1
Per il vuoto, la permeabilità è :
μ0 = 4.π.10-7 (H/m) o (Vs/Am)
μ = μo . μr [μ = B/H]
μr aria = 1
Occorre operare una distinzione tra i diversi
materiali :
- diamagnetici :
μr < 1 (bismuto, antimonio)
- paramagnetici :
μr = 1 (alluminio, rame)
- ferromagnetici :
μr >1 (ferro, nichel, cobalto)
Per identificare "μr" o l'induzione "B"
corretta, si possono utilizzare le cosiddette
curve del ciclo di isteresi per i materiali
ferromagnetici.
L
L
Il materiale del nucleo mobile e del nucleo
fisso ASCO/JOUCOMATIC è un acciaio
inox ferromagnetico speciale altamente
compatibile con i prodotti chimici.
Se si usano le tabelle, si deve applicare la
seguente equazione :
C.A.
R
L
B = μo . μr . H (T)
Teste magnetiche alimentate in CC e
CA
Poiché è importante conoscere il campo
elettrico, si deve conoscere la corrente che
attraversa la bobina.
Per le costruzioni in CC si può facilmente
calcolare la corrente con l'equazione :
U
(A)
R
Tuttavia, per le costruzioni in CA, occorre
considerare non solo la pura resistenza
ohmica, ma anche la reattanza 'XL'.
Per trovare l'impedenza 'Z', occorre combinare i valori 'XL' e 'R' in un diagramma
vettoriale. E’ quindi possibile calcolare la
corrente mediante l'equazione :
I=
U
I=
(A)
Z
Il valore 'XL' dipende dal traferro tra il nucleo
mobile e il nucleo fisso ed è tanto minore
quanto maggiore è il traferro.
Pertanto si può rilevare una differenza tra la
corrente che attraversa la bobina quando il
nucleo è nella posizione più bassa (spunto)
e la corrente con il nucleo nella posizione
più alta (mantenimento).
I
2
L=
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μ o ⋅ μr ⋅ N ⋅ A
(H)
L = C . μr
XL = 2.π.f . L
I=
U
=
Z
U
(X
2
L
+ R
2
)
C.C.
R
L
I
Per "CC"
I A= I M
I=
V030-2
1000
-0,2
Si noti tuttavia che la conduttanza delle
linee del campo magnetico varia a seconda
del materiale.
La conduttanza viene definita permeabilità,
simbolo "μ".
S
-1500
U
(A )
R
I A = spunto
I M = mantenimento
00022IT-2005/R01
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H=
0,8
+ B (T)
Principi generali - BOBINE, TESTE MAGNETICHE E PARTI DI RICAMBIO
Forza di attrazione di un magnete
Quando si conoscono il campo elettrico e
l'induzione, è possibile determinare la forza
di traino della testa magnetica mediante la
seguente equazione :
FORZA DI ATTRAZIONE (N)
grafico A
25
20
2
B ⋅ A (I ⋅ N ⋅ μ r ⋅ μ )
A
⋅
=
2
2 ⋅ μ0
2 ⋅ μ0
L
A
2
F=
15
(N)
10
B
A
5
0
1
2
4
3
6
5
7
TRAFERRO (mm)
I tre grafici A, B, C qui a fianco mostrano
che la forza di attrazione magnetica "F"
determinata dall’induzione "B" è in funzione
del valore del traferro (differenza tra nucleo
fisso e nucleo mobile). Questa relazione è
specifica per ogni tipo di elettrovalvola.
H
I
N
B
μo
μr
A
C
A = CM6-FT, CM25-5
B = CM6-FB, CM30-8
grafico B
=
=
=
=
=
=
=
=
Campo magnetico
Corrente elettrica
Numero di spire
Densità del flusso magnetico
Permeabilità del vuoto
Permeabilità relativa
Area del nucleo
Costante
(A/m)
(A)
(1)
(T)
(H/m)
(1)
(m2)
30
FORZA DI ATTRAZIONE (N)
25
20
C.A. (corrente alternata)
15
R
10
B
A
5
XL
XL
RH=2.RC
IC =
U
ZC
IH =
U
11
, ⋅ ZC
RR
COLD
C
grafico C
FORZA DI ATTRAZIONE (N)
00022IT-2005/R01
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A = CMXX-FT, CM40-10
B = CMXX-FB, CM40-14
C.C. (corrente continua)
R
40
30
20
L
10
0
B
A
3
6
9
12
TRAFERRO (mm)
A = CM12-FT
B = CM12-FB
15
HZ
OH
T
I
12
Z
9
C
6
3
TRAFERRO (mm)
ZC
0
ZOLD
L
I
18
IC =
U
RC
IH =
U
= 1/ 2 ⋅ IC
2 ⋅ RC
R
RHHOT
Con :
U = tensione (V)
IC = intensità a freddo
IH = intensità a caldo
RC = resistenza a freddo
RH = resistenza a caldo
ZC = impedenza a freddo
ZH = impedenza a caldo
Quando una bobina viene messa sotto
tensione per un determinato periodo, si
riscalda e la sua resistenza aumenta
notevolmente.
Se la resistenza raddoppia in seguito al riscaldamento, la corrente continua si dimezza, mentre per
la corrente alternata questo fenomeno influisce
per il 10% circa.
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V030-3
Principi generali - BOBINE, TESTE MAGNETICHE E PARTI DI RICAMBIO
IxN
180˚
Campo magnetico creato dalla bobina
principale.
270˚
90˚
360˚
Z
Z
XLL
I=
U
(A )
Z
IxN
Campo magnetico (dell’anello di sfasamento)
provocato dal campo principale, con tuttavia
uno sfasamento approssimativo di 90°.
R
FORZA RISULTANTE
F
IA =
U
ZA
R
con :
IA = corrente di spunto
ZA = impedenza di spunto
Differenze tra le elettrovalvole in CA
o CC
Alimentazione in CA :
Le elettrovalvole alimentate in corrente alternata sono sempre dotate di un anello di
sfasamento nel nucleo fisso. L'estremità del
nucleo è piatta e perpendicolare.
Alimentazione in CC :
• Esistono 2 categorie di elettrovalvole:
La prima costruzione, identica per CA e CC,
offre il vantaggio di un facile adattamento
della stessa elettrovalvola ai due tipi di corrente; è assicurata la piena intercambiabilità
per CC e CA.
La seconda costruzione è dotata di un
nucleo fisso e un nucleo mobile di forma
conica (strozzati); per evitare il rischio di
magnetismo residuo, è necessario montare
una parte speciale non magnetizzabile,
denominata «anello amagnetico», per
impedire il bloccaggio del nucleo mobile
nella sua posizione alta.
ZhoZ
X
XL L
ldM
ing
Differenze tra le elettrovalvole CA/CC
U
IM =
ZM
R
Funzionamento in corrente alternata
a) Forte corrente di spunto e debole corrente di mantenimento
b) Grande forza di attrazione
c) Sensibilità alle impurità
d) L’avvolgimento comprende meno spire
(rame) rispetto alle bobine alimentate
in CC
e) Il consumo elettrico e la forza di attrazione non sono sensibili alla temperatura
con :
IM = corrente di mantenimento
ZM = impedenza di mantenimento
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V030-4
Funzionamento in corrente continua
a) Corrente di spunto uguale a quella di
mantenimento
b) Il consumo elettrico e la forza di attrazione
dipendono dalla temperatura
c) Elettrovalvola silenziosa
d) Non sensibile alle impurità
e) L’avvolgimento comprende più spire
(rame) rispetto alle bobine alimentate
in corrente alternata
Consumo elettrico in C.A. :
P
(W)
= U ⋅ I ⋅ Cosϕ
(A)
IA =
IM =
PA ( VA )
U (V)
PM ( VA )
U (V)
con :
PA = valore di spunto (VA)
PM = valore di mantenimento (VA)
Consumo elettrico in C.C. :
P
(W)
(A)
I
= U⋅I
=
P (W)
U (V)
00022IT-2005/R01
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ZZin
XLXL
Aru
sh
Combinazione delle forze di attrazione
della bobina principale e dell’anello di
sfasamento.
Principi generali - BOBINE, TESTE MAGNETICHE E PARTI DI RICAMBIO
TENSIONE DI ALIMENTAZIONE
ANELLO DI
SFASAMENTO
(I x N)
0°
180°
180˚
90˚
90°
I.N
Bobina
Coil
(I x N)
Con :
I = corrente elettrica (A)
N = numero di spire
anello di sfasamento
POTENZE NOMINALI
00022IT-2005/R01
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Le potenze nominali indicate nelle tabelle
"Caratteristiche elettriche" corrispondono
ai valori medi dei consumi elettrici delle
teste magnetiche delle elettrovalvole. Nella
maggior parte dei casi, le tabelle indicano
i valori a freddo e a caldo secondo le definizioni riportate di seguito.
Potenza nominale a freddo
Questo valore corrisponde alla potenza
elettrica assorbita al momento della messa
in tensione della bobina quando questa non
è già alimentata. In queste condizioni, la
temperatura della testa magnetica è più o
meno quella ambiente o quella del fluido e
la resistenza della bobina è sul valore nominale. Rispetto al valore a caldo, il consumo
a freddo è leggermente superiore; servirà
come riferimento per definire la potenza
dei dispositivi di alimentazione e di messa
in tensione dell'elettrovalvola.
Questo diagramma semplificato illustra il
funzionamento dell’anello di sfasamento in
corrente alternata.
Potenza nominale a caldo
Dopo un certo periodo di tempo durante
il quale l’elettrovalvola è mantenuta in
tensione (o al massimo fattore di marcia
per i pochi prodotti che lo richiedono), la
bobina raggiunge la sua temperatura nominale di esercizio. In queste condizioni, la
resistenza aumenta e la potenza elettrica
assorbita è minore a caldo che a freddo.
Questo è il valore da considerare quando
si calcola, per esempio, il costo totale del
consumo elettrico.
Se sono richiesti dei valori specifici, è
necessario effettuare delle prove nelle
condizioni di esercizio e ambientali reali.
Note generali
Le potenze a freddo / a caldo sono definite nelle condizioni di impiego normali,
e cioè :
● tensione nominale prevista (Un)
● temperatura ambiente e del fluido a
20°C
Si noti che questi valori cambiano in
funzione delle variazioni delle condizioni
di impiego :
● Variazione della tensione di alimentazione (rispettare i valori min. e max. ammessi,
vedere Sezione J/pagine 2 e 3)
● Temperatura ambiente
● Temperatura del fluido
● Dimensioni e tipo di tubazioni
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V030-5
A
00022IT-2004/R01
ASCO/JOUCOMATIC si riserva il diritto di modificare i propri prodotti senza preavviso.
Principi generali - BOBINE, TESTE MAGNETICHE E PARTI DI RICAMBIO
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V030-6