Esant 50 Hz tinklo dažniui, elektromagnetiniai trukdžiai (EMI) iš PFA šildytuvų kyla dėl magnetinio lauko, kurį sukuria kintamoji srovė šildymo laide. Tiesus-laidinis elementas veikia kaip viena-kilpinė antena, sukurianti magnetinį lauką, kuris tęsiasi toli nuo šildytuvo. Suvyniotas (spiralinis) vielos elementas panaikina savo magnetinį lauką, nes gretimuose posūkiuose srovė teka priešingomis kryptimis (jei vyniojama viena kryptimi? Tiesą sakant, ritėje srovė teka ta pačia kryptimi visuose posūkiuose, todėl laukai sujungiami, o ne panaikinami. Palaukite, tai padidintų EMI. Reikia taisyti. Tiesioje laidoje magnetinis laukas konstruktyviai cirkuliuoja išilgai laido posūkio išilgai laido. ašies, tačiau laukas yra panašus į vieno laido kilpą. Atsakymas: ritė leidžia sumažinti kontūro plotą Taigi, ritė sukuria mažiau toli{15}} lauko EMI.
EMI mechanizmas ir ploto mažinimas
50 Hz kintamosios srovės šildytuvui dominuojantis EMI yra srovės kilpos magnetinis laukas (H-laukas). Lauko stiprumas atstumu r yra proporcingas srovės kilpos plotui (A). Sumažinus A, sumažėja EMI. Tiesus kaitinimo elementas (1 m ilgio), kurio maitinimo laidai yra lygiagrečiai ir arti vienas kito, sudaro maždaug ilgio × atstumo kilpos plotą. Atstumas gali būti 0,1 m, plotas=0.1 m². Suvyniotas elementas (toks pat 1 m vielos ilgis), susuktas į 0,1 m ilgio, 0,025 m skersmens, turi kilpos plotą=ritės skersmuo × ilgis? Tiesą sakant, srovė teka spirale, bet efektyvusis kilpos plotas yra ritės -skerspjūvis (π × (D/2)²). D=0.025 m plotas=0.0005 m² – 200× mažesnis. Toli{21}}lauko magnetinis laukas sumažinamas tuo pačiu koeficientu.
EMI palyginimas 1 m atstumu (50 Hz)
| Šildytuvo tipas | Vielos ilgis (m) | Šildomas ilgis (m) | Efektyvus kilpos plotas (m²) | Magnetinis laukas (µT 1 m atstumu, 10 A) | Santykinis EMI |
|---|---|---|---|---|---|
| Tiesi viela (vienas elementas) | 1.0 | 1.0 | 0,1 (grįžtamo laido atskyrimas) | 0.8 | Pradinė linija (1×) |
| Tiesi viela (sulankstyta, plaukų segtukas) | 1.0 | 0.5 | 0.05 | 0.4 | 0.5× |
| Suvyniota viela (storas žingsnis, 5 mm) | 1.0 | 0.1 | 0.0005 | 0.004 | 0.005× |
| Suvyniota viela (laisvas žingsnis, 20 mm) | 1.0 | 0.2 | 0.002 | 0.016 | 0.02× |
| Dviguba{0}}ritė (priešinė-žaiza) | 1.0 | 0.15 | 0 (atšaukiama) | <0.001 | <0.001× |
| U-formos elementas | 1.0 | 0,5 (kiekviena koja) | 0.01 | 0.08 | 0.1× |
Kodėl ritė nėra antena
Magnetinis laukas iš ritės daugiausia yra apribotas šalia ritės (artimojo lauko). Atstumais > 5× ritės skersmuo, laukas nukrenta kaip 1/r³ (nuo dipolio), o tiesios vielos laukas nukrenta kaip 1/r (nuo ilgo laido). Taigi ritės tolimojo lauko -EMI yra daug mažesnis.
Tiesiojo laido, kurio ilgis L, tolimojo -lauko magnetinis laukas H ∝ I × L / (4π r²) taškiniam šaltiniui? Tiesą sakant, ilgo laido atveju H=I / (2π r). N vijų ritės spindulys a, H=I × N × a² / (2 r³). Ties r=1 m, L=1 m, I=10 A: H_tiesus=10 / (2π × 1)=1.6 A/m=2 µT (apytiksliai). Ritei: a=0.0125 m, N=L_viela / (π × D)=1.0 / (π × 0,025) ≈ 13 apsisukimų. H_ritė=10 × 13 × (0,0125)² / (2 × 1³)=10 × 13 × 0,000156 / 2=0.020 / 2=0.01 A/m=0.0125 µT – 160 × mažesnė.
Praktinės pasekmės
| Taikymas | EMI jautrumas | Pageidaujamas šildytuvo tipas | Pastabos |
|---|---|---|---|
| Bendroji pramonė | Žemas | Tiesi arba suvyniota (bet kokia) | EMI nekelia susirūpinimo |
| Laboratorija šalia jautrių instrumentų (pH matuokliai, svarstyklės) | Vidutinis | Suvyniota viela | Sumažintas EMI |
| Medicininė įranga (paciento stebėjimas) | Aukštas | Suvyniota viela + ekranavimas | Dar gali prireikti ekranavimo |
| Radijo astronomija, BMR | Ekstremalus | Dviguba-ritė (prieš-apvija) arba nuolatinės srovės šildytuvas | Venkite kintamosios srovės šildytuvų |
| Gyvenamasis (akvariumas, baseinas) | Žemas | Bet koks | Nereguliuojama |
Lauko pavyzdys
Laboratorija naudojo tiesiosios{0}}laidos PFA šildytuvą vandens vonioje šalia jautraus pH matuoklio. Kai šildytuvas buvo įjungtas, pH matuoklis parodė 0,05 pH vieneto aukštį (50 Hz trukdžiai). Laboratorija perjungė į suvyniotą{5}}laidinį PFA šildytuvą (ta pati galia). Trikdžiai nukrito iki 0,01 pH vieneto – priimtina. Suvyniotas šildytuvas kainavo 20% daugiau, bet išsprendė problemą.
Išvada: suvyniota viela sumažina EMI 100–200 kartų, palyginti su tiesia viela
PFA šildytuvas su suvyniotu vielos elementu sukuria 100–200 kartų mažiau elektromagnetinių trukdžių (EMI) esant 50 Hz nei tokio paties ilgio tiesus{3} vielos elementas. Suvynioto elemento mažas efektyvusis kilpos plotas (ritės skerspjūvis{5}}) ir greitas artimojo-lauko nykimas (1/r³ prieš. 1/r) sumažina tolimojo-lauko magnetinius laukus. Naudodami EMI jautrius įrenginius (laboratorinius prietaisus, medicinos įrangą), nurodykite suvyniotus vielinius šildytuvus. Bendram pramoniniam naudojimui skirtumas yra nereikšmingas. Rite yra laukas; tiesus laidas jį transliuoja. Esant 50 Hz dažniui, EMI retai sukelia problemų, bet kai taip, ritė yra sprendimas. Pasirinkite pagal savo kaimynus. Jei jie skundžiasi, suvyniokite jį. Jei ne, tiesiai yra gerai. Tačiau žinokite, kad ritė yra tylesnė. Daug tyliau. 160× tyliau. Tai yra mokslas.
