Guia de bobinas: Enrolamento e explicações técnicas

A bobina de retenção é frequentemente a heroína desconhecida nos campos do controle preciso de fluidos e da eletro-hidráulica. Solenoides, válvulas proporcionais e outros dispositivos devem seu funcionamento a esses componentes aparentemente simples.

Se você é um gerente de compras responsável pela aquisição de componentes para sistemas de automação industrial ou um engenheiro mecânico que trabalha com sistemas hidráulicos, é fundamental que você entenda as bobinas de enrolamento. Desde os conceitos básicos, incluindo definições e operação, até a construção e o funcionamento, este guia abrange todos os aspectos das bobinas de enrolamento.

Uma bobina de solenóide, ou bobina de bobina, é um tipo de dispositivo eletromagnético constituído por um fio de cobre enrolado em torno de um núcleo retangular ou cilíndrico, denominado "bobina". Um campo magnético é produzido quando uma corrente elétrica passa pelo fio. Um êmbolo ou armadura é acionado por esse campo magnético, convertendo energia elétrica em movimento mecânico linear.

É um componente eletromecânico constituído por uma bobina, que é um carretel ou uma estrutura onde o fio é enrolado. É a parte mais importante em dispositivos como relés, solenoides, válvulas proporcionais e sensores. A bobina garante que o enrolamento, o isolamento e a integridade mecânica sejam perfeitos.

Partes importantes de uma bobina

Núcleo da bobina (estrutura)

Geralmente é construído com plástico e outros materiais que suportam o calor.

Proporciona um local onde os fios são enrolados e a estrutura é mantida unida.

Às vezes, é construído de forma a possuir flanges para evitar que os fios deslizem.

Enrolando fio de cobre

É a parte onde os fios são enrolados e conduzem eletricidade.

Possui uma ou mais camadas, dependendo da indutância e da força necessárias.

Ele determina a intensidade do campo magnético e o desempenho da bobina.

Camada de isolamento

Isso garante que não haja curto-circuito entre as camadas dos fios.

Às vezes é construído com materiais como poliéster, esmalte e fita de mica.

Isso garante que o dispositivo seja seguro e eficiente mesmo em altas temperaturas e voltagens.

Cabos ou terminais

É a parte onde a fonte de alimentação pode ser conectada.

Pode ser soldado, crimpado e conectado.

Êmbolo ou núcleo (usado em válvulas proporcionais e solenoides)

É a parte onde o campo magnético afeta a parte móvel.

É construído com ferro macio e outros materiais ferromagnéticos.

O funcionamento de uma bobina de retenção baseia-se nos princípios do eletromagnetismo:

Fluxo de corrente: Uma corrente elétrica passa pelo fio de cobre.

Geração de Campo Magnético: O fio é envolvido por um campo magnético gerado pela corrente elétrica.

Acionamento por êmbolo: Um êmbolo ou armadura ferromagnética é atraído pelo campo magnético.

Movimento linear: O movimento do êmbolo deve-se à força magnética que o atrai, a qual, por sua vez, desloca o carretel dentro da válvula.

As bobinas podem ser agrupadas em diferentes classes com base em como são encapsuladas e isoladas:

Bobinas encapsuladas padrão

Protegido contra poeira e umidade leve por estar coberto com plástico, geralmente náilon ou termoplástico.

Bobinas de alta temperatura

Para aplicações de alta temperatura, essas bobinas podem ser utilizadas porque contêm fios e materiais resistentes ao calor, das classes H e C.

Bobinas solenoides proporcionais

Essas bobinas são projetadas especialmente para válvulas proporcionais e contêm tubos polares exclusivos que garantem que a força linear seja alcançada em proporção direta à corrente aplicada.

Bobinas rotativas

Essas bobinas contêm um invólucro que facilita a instalação em espaços confinados, pois o conector pode ser girado 360 graus.

Ao ler a ficha técnica de uma bobina de alimentação, é importante prestar atenção aos seguintes pontos:

Voltagem

12V CC, 24V CC, 110V CA e 230V CA, que geralmente é retificado internamente.

Consumo de energia

Para válvulas proporcionais, geralmente fica entre 8 e 30 watts.

Ciclo de trabalho

Geralmente, sua taxa de ciclo de trabalho é de 100%.

Classe de Isolamento

Por exemplo, Classe F 155°C e Classe H 180°C.

Conexões elétricas

Cabos flexíveis, conectores M12 e DIN 43650 (Formas A, B e C).

Aula de proteção

IP67 e IP65, que é resistente a jatos de água e poeira.

Benefícios

É mais indicado o uso com válvulas proporcionais, pois oferece controle preciso e não se limita à operação liga/desliga; sua variação é infinita.

Confiabilidade: Longa vida útil devido à ausência de desgaste mecânico entre a bobina e a armadura.

Design compacto: Oferece força considerável em um formato relativamente compacto.

Padronização: A maioria das bobinas são intercambiáveis ​​entre diferentes fabricantes de válvulas, uma vez que todas são padronizadas segundo as especificações DIN, por exemplo, DIN 43650.

desvantagens

Geração de calor: Quando as bobinas são energizadas constantemente, calor é produzido. A queima da bobina pode ocorrer se o calor não for dissipado.

Sensibilidade à corrente: Existe uma relação direta entre a corrente e a força magnética. O desempenho pode ser comprometido por variações de tensão.

Sensibilidade à umidade: Curtos-circuitos podem ser causados ​​pela umidade caso a integridade da encapsulação seja comprometida.

Confiabilidade, padronização e facilidade de reparo são as principais prioridades para clientes industriais. Todas essas características são garantidas pelas bobinas em espiral.

Intercambiabilidade global: Uma bobina de um fabricante pode ser usada em uma válvula de outro fabricante, devido a especificações padronizadas como a DIN 43650.

Escalabilidade: As bobinas podem ser dimensionadas para fornecer a força necessária para abrir uma válvula principal de grande porte ou uma pequena válvula piloto.

Segurança: Ao proporcionar isolamento elétrico e aterramento máximos, as bobinas encapsuladas reduzem significativamente os riscos elétricos em ambientes industriais.

Baixa manutenção: Como a bobina não possui partes móveis, basta garantir que o ambiente esteja limpo e que todas as conexões estejam seguras.

As bobinas de aço são comumente usadas em sistemas de automação industrial. Entre elas, podemos citar:

Solenoide CA padrão, solenoide CC, válvula solenoide, eletroímã de retenção.

Válvulas proporcionais hidráulicas: utilizadas em controles de turbinas, prensas e máquinas de moldagem por injeção.

Válvulas solenoides pneumáticas: para equipamentos de embalagem e montagem automática.

Acionamento de embreagem e freio: para máquinas pesadas e movimentação de materiais.

Tecnologia médica: para ventiladores e bombas de dosagem precisa.

O processo de enrolamento é a parte mais crítica que afeta o desempenho da bobina. A otimização do fator de preenchimento de cobre e do valor de resistência constante são os objetivos.

O processo de enrolamento:

Preparação da bobina: Uma máquina de enrolamento é usada para preparar a bobina de plástico, que é o molde.

Seleção do fio: Dependendo do valor de resistência necessário e do número de voltas requeridas, utiliza-se fio de cobre com uma bitola específica.

Enrolamento em camadas: O fio é então enrolado na bobina. O enrolamento é feito de forma que o fio se encaixe na ranhura do fio anterior, método conhecido como enrolamento em camadas perfeitas, utilizado na bobinagem.

Isolamento: Utiliza-se fita isolante para isolamento entre as voltas.

Terminação: Os fios de início e fim são terminados com a ajuda de terminais.

Encapsulamento: A bobina enrolada é então revestida com plástico.

O desempenho depende da escolha correta da bobina. Siga a lista de verificação abaixo:

Verifique a voltagem: A voltagem deve corresponder à voltagem do sistema de controle, que geralmente é de 24V CC.

Verifique o tipo de conector: O conector deve ser do tipo DIN 43650 Forma A, que é 'grande', ou DIN 43650 Forma B, que é 'pequeno'.

Determine a resistência: Para garantir que atenda às especificações indicadas na placa de circuito, a resistência é medida ou verificada em Ohms. Uma corrente mais alta é gerada por uma resistência mais baixa.

Considere o ambiente: certifique-se de que a classificação seja adequada (IP67 > IP65) quando a aplicação for usada ao ar livre/sujeita a lavagem.

Classificação de temperatura: Selecione uma classe de isolamento mais alta (H) quando a serpentina estiver próxima a um coletor/motor quente.

Série de válvulas: Certifique-se de que o tipo de tubo da armadura da bobina seja adequado para a série de válvulas específica em uso.

A bobina está quente demais para manusear:

Causa: Alta temperatura ambiente, tipo de bobina incorreto para o ciclo e tensão excessiva.

Solução: Verifique a tensão. Certifique-se de que o carretel da válvula esteja travado e, portanto, apresente uma alta corrente de pico.

A válvula não está sendo ativada:

Causa: Conector solto, fio rompido e/ou bobina queimada.

Solução: Verifique a resistência. Se a bobina estiver queimada e precisar ser substituída, a mensagem “Linha Aberta” (resistência infinita) será exibida.

Operação imprevisível/esporádica:

Causa: Cabo rompido e/ou má ligação à terra.

Solução: Certifique-se de que o pino de aterramento esteja inserido e que os pinos do conector DIN não estejam corroídos.

Zumbido proveniente apenas da bobina de corrente alternada:

Causa: Anel sombreado quebrado e/ou encaixe incorreto do êmbolo.

Solução: Limpe a armadura da válvula e/ou substitua a bobina.

No mundo dos sistemas de controle industrial, a bobina de enrolamento é uma interface crítica entre o movimento mecânico e os sistemas de controle eletrônico. Para um desempenho durável e preciso, é fundamental compreender sua tecnologia de enrolamento, características elétricas e limitações ambientais.

Ao escolher uma bobina para um projeto de válvula proporcional nova ou ao diagnosticar um atuador com defeito, priorize sempre a tensão, o isolamento e a proteção adequados. Clientes industriais garantem aos seus clientes o mínimo de tempo de inatividade e o máximo desempenho do sistema por meio do uso de bobinas padronizadas e de alta qualidade.