BOBINAS, CABEZAS MAGNÉTICAS Y PIEZAS DE RECAMBIO

BOBINAS, CABEZAS MAGNÉTICAS Y PIEZAS DE RECAMBIO
Identificación de las bobinas
y Principios generales
A
BOBINAS
Temp. máx. Aumento
Temperatura
Clase
de funcionamáx.
ambiente
de
miento
de temperatura
máxima
Aislamiento
admisible
admisible
1)
2)
E
(°C )
120
F
155
H
180
Ref. (1)
Las bobinas utilizadas en las electroválvulas
ASCO están diseñadas y probadas para
funcionar con tensión permanente. Todas
son conforme a las normas resistencia
térmica CEI 216.
(°C * )
80
80
95
100
100
105
130
80
105
120
120
120
130
( °C ** )
40
75
60
552)
552)
50
25
100
75
60
602)
602)
50
T
T
B
B
F
T
B
T
B
F
155
25
P
Fig. 1
Letra referencia complementaria de identificación
para las bobinas de los tipos : XM5, M6, MXX,
M12 (Ex. : FT, FB, FF, HT)
Bobina códigos 238xxx-xxx
*
Temperatura de la bobina debida a la puesta con
tensión
** Incluido
el efecto de la temperatura del fluido en
los límites indicados en el catálogo (Características
eléctricas, rango de temperatura ambiente de la
cabeza magnética).
00022ES-2010/R01
Las especificaciones y dimensiones pueden ser modificadas sin previo aviso. Todos los derechos reservados.
La construcción de la mayoría de las bobinas
es conforme a las normas CEI 335. Se pueden aplicar otras normas internacionales
(UL,...) a las bobinas (Consultar).
Las bobinas standard están disponibles en
clases de aislamiento E, F y H. La clase
de aislamiento determina la temperatura
máxima de funcionamiento de la bobina
para una duración específica.
Duración standard :
- 30 000 horas, clase H
- 20 000 horas, clase F
El aumento de la temperatura de calentamiento de las bobinas en permanencia bajo
tensión está relacionado con su talla y su
potencia. Estos dos elementos permiten
determinar el valor de presión diferencial
máxima de una electroválvula como se
indica en el catálogo.
Cuadro (Fig. 1), ejemplo para una
clase F :
El aislamiento de la bobina se adapta a
un funcionamiento con clase térmica F, es
decir, 155°C en el punto más caliente. El
calentamiento máximo del bobinado, medido a la puesta con tensión, está limitado
según el tipo de bobina (ej. 80°C (FT),
95°C, 105°C (FB), 130°C (FF)).
El valor de temperatura ambiente máximo
de la cabeza magnética depende de la
talla de la bobina. Este valor se expresa
en las «Características eléctricas» de las
correspondientes páginas de este catálogo
(75/60/50/25°C para los valores máximos
más standard). Se tiene en cuenta el efecto
generado por la temperatura del fluido.
Factores determinantes :
a) Temperatura (propia del calentamiento
de la bobina)
b) Potencia
c) Temperatura ambiente y/o del fluido
vehiculado
d) Gran aumento de temperatura al utilizar
una bobina de mayor potencia (necesaria para el funcionamiento de ciertas
electroválvulas)
ASCO le ofrece diferentes bobinas, según
su tamaño y potencia eléctrica:
- XM5, M6, MXX, M12
-C
M22, C22A, CM25, JMX, ANX, AMX,
BMX
Para mas detalles sobre las bobinas y para
localizar sus códigos, ver Sección J / V1100,
páginas 2 a 5
CÁLCULOS
Para las electroválvulas de mando directo,
es posible calcular la fuerza de atracción
electro-magnética con la ayuda de la ecuación siguiente :
Fs= p . A (N)
Fs= fuerza de atracción electromagnética (N)
p = presión (Pa) (105 Pa = 1 bar)
A = superficie de paso (m2)
Ejemplo
Una cabeza magnética standard tendrá
una fuerza de atracción de alrededor 15
N. Para utilizar esta cabeza magnética
con una presión diferencial de 1 MPa (10
bar), es posible calcular el diámetro de
paso máximo.
Fs= p . A
15 = 106 . A
A = 1,5 . 10-5 m2
A = 1/4.π.d2
d = 4,4 mm
Para aplicaciones a bajas presiones tales
como los quemadores de gas, distribuidores automáticos o sistemas con vacío que
vayan hasta 0,1 MPa, el diámetro de paso
será igual a 19,5 mm.
Para las electroválvulas de mando asistido
(membrana o pistón separado(a)), un pequeño orificio (el piloto) controla la presión
hacia la membrana o el pistón. Los orificios
principales de gran talla se pueden abrir
o cerrar a una presión máxima que vaya
hasta 15 MPa.
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V030-1
Principios generales - BOBINAS, CABEZAS MAGNÉTICAS Y PIEZAS DE RECAMBIO
CONCEPCIÓN DE BASE
H=
I ×N
1
0,6
0,4
0,2
-2000
µr aire = 1
Es necesario distinguir entre los
materiales :
- diamagnéticos :
µr < 1 (bismuto, antimonio)
- paramagnéticos :
µr = 1 (aluminio, cobre)
- ferromagnéticos :
µr >1 (hierro, níquel, cobalto)
Para identificar el "µr" o la inducción
"B" conveniente, se puede utilizar
eso que denominamos las curvas del
ciclo de histéresis para los materiales
ferromagnéticos.
I
S
L
I
L
-1000
-500
0
500
1000
1500
2000
-0,4
-0,6
- B (T)
-0,8
-1
Para la fabricación de los núcleos y tubosculatas ASCO, se utiliza una aleación de
acero inox. específica de fuerte compatibilidad ferromagnética.
Si utilizamos los cuadros, esta es la ecuación a aplicar :
C.A.
R
L
B = µo . µr . H (T)
Cabezas magnéticas alimentadas en corriente continua y en corriente alterna
Para conocer el campo eléctrico, es necesario primero buscar la corriente que
atraviesa la bobina.
Para las construcciones alimentadas en corriente
continua, se puede calcular fácilmente la corriente
con la ayuda de la ecuación siguiente :
U
I=
(A)
R
Sin embargo, para las construcciones
alimentadas en corriente alterna, es
necesario tener en cuenta no solamente
la resistencia puramente óhmica sino
también la reactancia 'XL'.
Para encontrar la impedancia 'Z', es necesario combinar los valores de 'XL' y de 'R' en
un diagrama vectorial. Se puede, seguidamente calcular la corriente con la ayuda de
la ecuación siguiente :
U
I=
(A)
Z
El valor de 'XL' va en función de la separación
entre la culata y el núcleo. Cuanto mayor es
la separación, mas pequeña es la 'XL' .
Por este motivo, existe una diferencia entre
la corriente que pasa a través de la bobina
cuando el núcleo está en posición baja (corriente inicial) y la corriente con el núcleo en
posición alta (corriente de mantenimiento).
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V030-2
-1500
-0,2
Para la permeabilidad en el vacío :
µ0 = 4.π.10-7 (H/m) o (Vs/Am)
µ = µo . µr [µ = B/H]
+H (A/m)
-H (A/m)
(A/m) [I ×N = SH ×d ]
Constatamos, sin embargo, que la conductancia de las líneas del campo magnético
es diferente de un material a otro.
La conductancia se denomina
permeabilidad, símbolo "µ".
0,8
+ B (T)
I
2
L=
m o ×mr ×N ×A
(H)
L= C . µr
XL= 2.π.f . L
I=
U
=
Z
(X
U
2
L
+ R
2
)
C.C.
R
L
I
Pour "CC"
I A= I M
I=
I = intensidad inicial
U
(A) I AM= intensidad de mantenimiento
R
00022ES-2010/R01
Las especificaciones y dimensiones pueden ser modificadas sin previo aviso. Todos los derechos reservados.
Campo eléctrico
Para pilotar una electroválvula es necesario
primero entender como el magnetismo
creado por la cabeza magnética se puede
convertir en energía mecánica.
Si le aplicamos una cierta tensión a la
bobina una corriente eléctrica circulará en
el bobinado, creando un campo magnético
alrededor de la bobina.
Este campo depende de la intensidad, del
número de espiras y de la longitud de la
bobina. Se puede expresar este campo con
la ayuda de la ecuación siguiente :
Principios generales - BOBINAS, CABEZAS MAGNÉTICAS Y PIEZAS DE RECAMBIO
Fuerza de atracción de un imán
PULL INMAGNÉTICA
NEWTON
ATRACCIÓN
(N)
25
20
B ×A (I ×N ×mr ×m)
A
=
×
2
2 ×m0
2 ×m0
L
2
2
F=
15
10
B
A
5
0
1
2
4
3
A
Cuando conocemos el campo eléctrico y la
inducción, es posible determinar la fuerza
de arrastre de la cabeza magnética con la
ayuda de la ecuación siguiente:
gráfico A
6
5
7
ENTRE-HIERRO
STROKE IN MM (mm)
A = CM6-FT, CM25-5
B = CM6-FB, CM30-8
Los tres gráficos A, B, C, de al lado muestran que la fuerza de atracción magnética
"F" determinada por la inducción "B" va
en función del valor del entre-hierro (espacio entre culata y núcleo móvil). Esta
relación es específica para cada tipo de
electroválvula.
H
I
N
B
µ o
µ r
A
C
gráfico B
30
(N)
= Campo magnético
= Corriente eléctrica
= Número de espiras
= Inducción magnética
= Permeabilidad en el vacío
= Permeabilidad relativa
= Superficie del núcleo
= Constante
(A/m)
(A)
(1)
(T)
(H/m)
(1)
(m2)
20
C.A. (corriente alterna)
15
R
10
L
I
XL
A = CMXX-FT, CM40-10
B = CMXX-FB, CM40-14
IC =
U
ZC
IH =
U
11
, ×ZC
RR
COLD
C
PULL IN MEWTON
ATRACCIÓN MAGNÉTICA (N)
C.C. (corriente continua)
R
40
30
20
L
0
B
A
3
6
9
12
ENTRE-HIERRO
STROKE IN(mm)
MM
A = CM12-FT
B = CM12-FB
15
T
RH=2.RC
gráfico C
10
HZ
OH
XL
STROKE IN MM
Z
12
D
9
C
6
3
ENTRE-HIERRO (mm)
ZOL
0
00022ES-2005/R01
Las especificaciones y dimensiones pueden ser modificadas sin previo aviso. Todos los derechos reservados.
B
A
5
ZC
PULLMAGNÉTICA
IN NEWTON
ATRACCIÓN
(N)
25
I
18
IC =
U
RC
IH =
U
= 1/ 2 ×IC
2 ×RC
RHHOT
R
Con :
U = tensión (V)
IC = intensidad en frío
IH = intensidad en caliente
RC = resistencia en frío
RH = resistencia en caliente
ZC = impedancia en frío
ZH = impedancia en caliente
Cuando una bobina es puesta bajo
tensión durante un cierto tiempo ésta
se calienta y su resistencia aumenta
de manera importante. Si la resistencia
se duplica, debido al calentamiento, se
divide la corriente continua entre dos
y en alterna ésta solamente tiene una
influencia de alrededor del 10%.
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V030-3
Principios generales - BOBINAS, CABEZAS MAGNÉTICAS Y PIEZAS DE RECAMBIO
I x N
180˚
Campo magnético creado por la bobina
principal.
270˚
90˚
360˚
Z
Z
XL
XL
I=
U
(A)
Z
I x N
Campo magnético (del anillo de desfasado)
provocado por el campo principal, con un
desfasado de alrededor del 90°.
R
FUERZA RESULTANTE
ZZin
Aru
XLXL
IA =
U
ZA
Diferencias entre las electroválvulas
alimentadas en CA o CC
Servicio en corriente alterna:
Las electroválvulas alimentadas en corriente
alterna están siempre equipadas de un anillo
de desfasado en la culata. El extremo del
núcleo es plano y perpendicular.
Servicio en corriente continua :
•Se fabrican 2 categorías de electroválvulas:
La primera de construcción idéntica para
corriente alterna y continua ofrece la ventaja
de adaptarse fácilmente a las dos corrientes a partir de una misma electroválvula,
la intercambiabilidad está asegurada en
corriente continua o alterna.
La segunda tiene una culata y un núcleo
móvil de forma cónica (estrangulada); Con
el fin de evitar todo riesgo de remanencia
magnética, es necesario instalar una pieza
específica no magnetizable, llamada "tope
amagnético", para impedir que el núcleo se
bloquee en posición alta.
R
con :
IA = intensidad inicial
ZA= impedancia inicial
ldM
ing
Comparación electroválvulas CA/CC
ZhoZ
X
XL L
IM =
U
ZM
R
con :
IM = intensidad de mantenimiento
ZM= impedancia de mantenimiento
Funcionamiento en corriente alterna
a) Fuerte corriente de inicio y baja corriente
de mantenimiento
b) Importante fuerza de atracción
c) S
ensible a las impurezas
d) El bobinado tiene menos espiras (cobre)
que para las bobinas alimentadas en
corriente continua
e) El consumo eléctrico y la fuerza de
atracción no son sensibles a la temperatura
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V030-4
F
Funcionamiento en corriente continua
a) C
orriente inicial igual a la corriente de
mantenimiento
b) E
l consumo eléctrico y la fuerza
de atracción van en función de la
temperatura
c) Electroválvula silenciosa
d) M
enos sensible a las impurezas
e) E
l bobinado tiene menos espiras (cobre)
que para las bobinas alimentadas en
corriente alterna
Consumo eléctrico en C.A. :
P
(W)
(A)
= U ×I ×Cosj
IA =
IM =
PA (VA )
U (V )
PM (VA )
U (V )
con :
PA= potencia aparente
de inicio (VA)
PM= potencia aparente
de mantenimiento (VA)
Consumo eléctrico en C.C. :
(W)
P = U ×I
P (W )
(A)
I =
U (V )
00022ES-2005/R01
Las especificaciones y dimensiones pueden ser modificadas sin previo aviso. Todos los derechos reservados.
sh
Combinación de las fuerzas de atracción de la
bobina principal y del anillo de desfasado.
Principios generales - BOBINAS, CABEZAS MAGNÉTICAS Y PIEZAS DE RECAMBIO
ANILLO DE
I.N
DESFASADO
COIL
(I SHADING
x N)
A
TENSIÓN DE
SUPPLY
ALIMENTACIÓN
VOLTAGE
180°
180˚
0°
0˚
90˚
90°
I.N
Bobina
Coil
(I x N)
Con :
I = corriente eléctrica (A)
N= número de espiras bobina
anillo de desfasado
00022ES-2008/R01
Las especificaciones y dimensiones pueden ser modificadas sin previo aviso. Todos los derechos reservados.
CONSUMOS NOMINALES
Los consumos nominales indicados en
cada cuadro "Características eléctricas"
corresponden a los valores medios de consumo eléctrico de las cabezas magnéticas
de las electroválvulas. La mayoría de los
consumos se mencionan con 2 valores en
frío y en caliente según las especificaciones
de abajo.
Consumo nominal en frío
Este valor corresponde al consumo
eléctrico absorbido en el instante de la
puesta bajo tensión de la bobina cuando
ésta no ha sido alimentada anteriormente. En estas condiciones, el interior de la
cabeza magnética está aproximadamente
a temperatura ambiente o a la del fluido
y la resistencia de la bobina está al valor
nominal. Con respecto al valor en caliente, el consumo en frío es un poco mas
elevado; Esto servirá de referencia en la
definición de consumo de los dispositivos
de alimentación y de puesta bajo tensión
de la electroválvula
Este diagrama vectorial simplificado explica
el funcionamiento del anillo de desfasado
en corriente alterna.
Consumo nominal en caliente
Después de la puesta bajo tensión de la
electroválvula y cuando ésta es mantenida permanentemente bajo tensión (o al
máximo factor de marcha para los pocos
productos en los que esto se especifica),
la bobina alcanza su temperatura nominal
de funcionamiento. En estas condiciones la
resistencia aumenta y la potencia eléctrica
absorbida se vuelve mas baja que en frío.
Será éste valor el que se tendrá en cuenta
para calcular, por ejemplo, el coste total
de consumo eléctrico.
Notas generales
Los consumos en frío / en caliente se definen dentro de las condiciones normales
de utilización, es decir :
● a la tensión nominal prevista (Un)
● con temperaturas ambiente y del fluido
a 20°C
Tenga en cuenta que estos valores evolucionan en función de las variaciones de
las condiciones de utilización :
● Variación de la tensión de alimentación (respetar el mín. y máx. autorizados,
ver Sección J/páginas 2 y 3)
● Temperatura ambiente
● Temperatura del fluido
● Las tallas y tipos de tubería
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V030-5
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