Ekranet elektromagnetike përdoren gjerësisht në industri. Ato shërbejnë për të eliminuar efektet e dëmshme të disa elementeve të një pajisjeje elektrike tek të tjerët, për të mbrojtur personelin dhe pajisjet nga efektet e fushave të jashtme që ndodhin gjatë funksionimit të pajisjeve të tjera. "Shuarja" e fushës magnetike të jashtme është e nevojshme në krijimin e laboratorëve të destinuar për rregullimin dhe testimin e pajisjeve shumë të ndjeshme. Kërkohet gjithashtu në mjekësi dhe në ato fusha të shkencës ku kryhet matja e fushave me induksion ultra të ulët; për të mbrojtur informacionin gjatë transmetimit të tij përmes kabllove.
Metodat
Mbrojtja e fushës magnetike është një grup mënyrash për të zvogëluar forcën e një fushe konstante ose alternative në një zonë të caktuar të hapësirës. Një fushë magnetike, ndryshe nga një fushë elektrike, nuk mund të dobësohet plotësisht.
Në industri, fushat e humbura nga transformatorët, magnetët e përhershëm, instalimet dhe qarqet me rrymë të lartë kanë ndikimin më të madh mjedisor. Ato mund të prishin plotësisht funksionimin normal të pajisjeve fqinje.
Më i përdorur 2metoda e mbrojtjes:
- Përdorimi i ekraneve të bëra nga materiale superpërçuese ose ferromagnetike. Kjo është efektive në prani të një fushe magnetike konstante ose me frekuencë të ulët.
- Metoda e kompensimit (amortizim i rrymës vorbull). Rrymat vorbull janë rryma elektrike me shumicë që ndodhin në një përcjellës kur ndryshon fluksi magnetik. Kjo metodë tregon rezultatet më të mira për fushat me frekuencë të lartë.
Parimet
Parimet e mbrojtjes së fushës magnetike bazohen në modelet e përhapjes së fushës magnetike në hapësirë. Prandaj, për secilën nga metodat e listuara më sipër, ato janë si më poshtë:
- Nëse vendosni një induktor në një shtresë të bërë nga një ferromagnet, atëherë linjat e induksionit të fushës magnetike të jashtme do të kalojnë përgjatë mureve të ekranit mbrojtës, pasi ai ka më pak rezistencë magnetike në krahasim me hapësirën brenda tij.. Ato linja të forcës që nxiten nga vetë spiralja gjithashtu do të mbyllen pothuajse të gjitha në muret e shtresës së jashtme. Për mbrojtjen më të mirë në këtë rast, është e nevojshme të zgjidhni materiale feromagnetike që kanë një përshkueshmëri të lartë magnetike. Në praktikë, më shpesh përdoren lidhjet e hekurit. Për të rritur besueshmërinë e ekranit, ai është bërë me mure të trasha ose të parafabrikuara nga disa zorrë. Disavantazhet e këtij dizajni janë pesha e tij e madhe, vëllimi dhe përkeqësimi i mbrojtjes në prani të shtresave dhe prerjeve në muret e veshjes.
- Në metodën e dytë, dobësimi i fushës magnetike të jashtmendodh si rezultat i imponimit të një fushe tjetër mbi të, të shkaktuar nga rrymat vorbullore. Drejtimi i tij është i kundërt me linjat e induksionit të fushës së parë. Me rritjen e frekuencës, zbutja do të jetë më e theksuar. Në këtë rast, pllakat në formën e një unaze përcjellësish me rezistencë të ulët përdoren për mbrojtje. Kutitë në formë cilindri të bëra prej bakri ose alumini përdoren më shpesh si veshje të ekranit.
Veçoritë kryesore
Ka 3 karakteristika kryesore për të përshkruar procesin e mbrojtjes:
- Thellësi ekuivalente e depërtimit të fushës magnetike. Pra, le të vazhdojmë. Kjo shifër përdoret për efektin e skanimit të rrymave vorbull. Sa më e vogël të jetë vlera e saj, aq më e lartë është rryma që rrjedh në shtresat sipërfaqësore të shtresës mbrojtëse. Prandaj, aq më e madhe është fusha magnetike e shkaktuar prej saj, e cila zhvendos atë të jashtme. Thellësia ekuivalente përcaktohet nga formula e mëposhtme. Në këtë formulë, ρ dhe Μr janë përkatësisht rezistenca dhe përshkueshmëria magnetike relative e materialit të ekranit (njësitë matëse të vlerës së parë janë Ohm∙m); f është frekuenca e fushës, e matur në MHz.
- Efiçenca mbrojtëse e - raporti i forcës së fushës magnetike në hapësirën e mbrojtur në mungesë dhe prani të mburojës. Kjo vlerë është sa më e lartë, aq më e madhe është trashësia e ekranit dhe përshkueshmëria magnetike e materialit të tij. Përshkueshmëria magnetike është një tregues që karakterizon sa herë është induksioni në një substancëndryshe nga ajo në vakum.
- Reduktimi i forcës së fushës magnetike dhe densitetit të rrymës vorbull në një thellësi x nga sipërfaqja e shtresës mbrojtëse. Treguesi llogaritet duke përdorur formulën e mëposhtme. Këtu A0 është vlera në sipërfaqen e ekranit, x0 është thellësia në të cilën intensiteti ose densiteti i rrymës zvogëlohet e herë.
Dizajni i ekranit
Mbulesa mbrojtëse për mbrojtjen e fushës magnetike mund të bëhen në dizajne të ndryshme:
- fletë dhe masive;
- në formën e tubave të zbrazëta dhe mbështjellësve me një seksion cilindrik ose drejtkëndor;
- njështresore dhe shumështresore, me një boshllëk ajri.
Meqenëse llogaritja e numrit të shtresave është mjaft e ndërlikuar, kjo vlerë zgjidhet më shpesh nga librat e referencës, sipas kurbave të mbrojtjes së efikasitetit që janë marrë në mënyrë eksperimentale. Prerjet dhe qepjet në kuti lejohen të bëhen vetëm përgjatë vijave të rrymave vorbull. Përndryshe, efekti mbrojtës do të reduktohet.
Në praktikë, është e vështirë të përftohet një faktor i lartë mbrojtës, pasi është gjithmonë e nevojshme të bëhen vrima për hyrjen e kabllove, ventilimin dhe mirëmbajtjen e instalimeve. Për mbështjelljet, zorrët pa tegel bëhen duke përdorur metodën e nxjerrjes së fletës dhe pjesa e poshtme e ekranit cilindrik shërben si një mbulesë e lëvizshme.
Përveç kësaj, kur elementët strukturorë bien në kontakt, krijohen çarje për shkak të parregullsive sipërfaqësore. Për t'i eliminuar ato, përdornikapëse mekanike ose guarnicione të bëra nga materiale përçuese. Ato janë të disponueshme në madhësi të ndryshme dhe me veti të ndryshme.
Rrymat vorbull janë rryma që qarkullojnë shumë më pak, por ato janë në gjendje të parandalojnë depërtimin e një fushe magnetike përmes ekranit. Në prani të një numri të madh vrimash në shtresë e jashtme, ulja e koeficientit të mbrojtjes ndodh sipas një varësie logaritmike. Vlera e tij më e vogël vërehet me vrima teknologjike me përmasa të mëdha. Prandaj, rekomandohet të ndërtoni disa vrima të vogla dhe jo një të madhe. Nëse është e nevojshme të përdoren vrima të standardizuara (për hyrjen e kabllove dhe nevoja të tjera), atëherë përdoren valët transcendentale.
Në një fushë magnetostatike të krijuar nga rrymat elektrike të drejtpërdrejta, detyra e ekranit është të shmangë linjat e fushës. Elementi mbrojtës është instaluar sa më afër burimit. Tokëzimi nuk kërkohet. Efektiviteti i mbrojtjes varet nga përshkueshmëria magnetike dhe trashësia e materialit mbrojtës. Si ky i fundit, përdoren çeliqet, lidhjet e përhershme dhe aliazhet magnetike me përshkueshmëri të lartë magnetike.
Mbrojtja e rrugëve kabllore kryhet kryesisht me dy metoda - duke përdorur kabllo me çift të përdredhur të mbrojtur ose të mbrojtur dhe vendosjen e kanaleve në kuti (ose inserte) alumini.
ekrane superpërcjellëse
Funksionimi i ekraneve magnetike superpërcjellës bazohet në efektin Meissner. Ky fenomen konsiston në faktin se një trup në një fushë magnetike kalon në një gjendje superpërcjellëse. Në të njëjtën kohë, magnetikepërshkueshmëria e shtresës së jashtme bëhet e barabartë me zero, domethënë nuk e kalon fushën magnetike. Kompensohet plotësisht në vëllimin e trupit të dhënë.
Përparësia e elementeve të tillë është se ato janë shumë më efikase, mbrojtja nga një fushë magnetike e jashtme nuk varet nga frekuenca dhe efekti i kompensimit mund të zgjasë për një kohë arbitrare të gjatë. Sidoqoftë, në praktikë, efekti Meissner nuk është i plotë, pasi në ekranet reale të bëra nga materiale superpërçuese ka gjithmonë inhomogjenitete strukturore që çojnë në bllokimin e fluksit magnetik. Ky efekt është një problem serioz për krijimin e mbështjellësve për të mbrojtur fushën magnetike. Koeficienti i dobësimit të fushës magnetike është sa më i madh, aq më i lartë është pastërtia kimike e materialit. Në eksperimente, performanca më e mirë u vu re për plumbin.
Disavantazhe të tjera të materialeve mbrojtëse të fushës magnetike superpërcjellëse janë:
- kosto e lartë;
- prania e fushës magnetike të mbetur;
- paraqitja e gjendjes së superpërcjellshmërisë vetëm në temperatura të ulëta;
- pamundësia për të funksionuar në fusha të larta magnetike.
Materiale
Më shpesh, ekranet e çelikut të karbonit përdoren për të mbrojtur kundër një fushe magnetike, pasi ato janë shumë të adaptueshme për saldim, saldim, janë të lira dhe karakterizohen nga rezistencë e mirë ndaj korrozionit. Përveç tyre, materiale të tilla si:
- fletë alumini teknike;
- aliazh i butë magnetik i hekurit, aluminit dhe silikonit (alsifer);
- bakër;
- xham i veshur me përçues;
- zink;
- çelik transformator;
- sm alt dhe llaqe përcjellëse;
- tunxh;
- pëlhura të metalizuara.
Strukturisht, ato mund të bëhen në formën e çarçafëve, rrjetave dhe fletës. Materialet e fletëve sigurojnë mbrojtje më të mirë, dhe materialet rrjetë janë më të përshtatshme për t'u montuar - ato mund të bashkohen me saldim në pika me hapa 10-15 mm. Për të siguruar rezistencën ndaj korrozionit, rrjetat janë të llakuara.
Rekomandime për zgjedhjen e materialit
Kur zgjidhni një material për ekranet mbrojtëse, udhëzohen rekomandimet e mëposhtme:
- Në fusha të dobëta përdoren lidhjet me përshkueshmëri të lartë magnetike. Më i avancuari teknologjikisht është permalloy, i cili i përshtatet mirë presionit dhe prerjes. Forca e fushës magnetike e nevojshme për çmagnetizimin e plotë të saj, si dhe rezistenca elektrike, varen kryesisht nga përqindja e nikelit. Për nga sasia e këtij elementi, dallohen lidhjet e përhershme me nikel të ulët (deri në 50%) dhe me nikel të lartë (deri në 80%).
- Për të reduktuar humbjet e energjisë në një fushë magnetike alternative, kafazet vendosen ose nga një përcjellës i mirë ose nga një izolant.
- Për një frekuencë në terren më shumë se 10 MHz, veshje me film argjendi ose bakri me trashësi 0,1 mm ose më shumë (ekrane të bëra nga getinaks të veshur me fletë dhe materiale të tjera izoluese), si dhe bakër, alumin dhe bronzi, japin një efekt të mirë. Për të mbrojtur bakrin nga oksidimi, ai është i veshur me argjend.
- Trashësiamateriali varet nga frekuenca f. Sa më i ulët f, aq më e madhe duhet të jetë trashësia për të arritur të njëjtin efekt mbrojtës. Në frekuenca të larta, për prodhimin e mbështjellësve nga çdo material, mjafton një trashësi prej 0,5-1,5 mm.
- Për fushat me f të lartë, feromagnetët nuk përdoren, pasi kanë rezistencë të lartë dhe çojnë në humbje të mëdha energjie. Materialet me përçueshmëri të lartë përveç çelikut nuk duhet të përdoren gjithashtu për të mbrojtur fushat magnetike të përhershme.
- Për mbrojtje në një gamë të gjerë, materialet me shumë shtresa (fletë çeliku me një shtresë metalike shumë përçuese) janë zgjidhja optimale.
Rregullat e përgjithshme të përzgjedhjes janë si më poshtë:
- Frekuencat e larta janë materiale shumë përçuese.
- Frekuencat e ulëta janë materiale me përshkueshmëri të lartë magnetike. Skanimi në këtë rast është një nga detyrat më të vështira, pasi e bën dizajnin e ekranit mbrojtës më të rëndë dhe më të komplikuar.
kaseta me petë
Ngjitëset mbrojtëse me fletë metalike përdoren për qëllimet e mëposhtme:
- Mbrojtja e ndërhyrjeve elektromagnetike me brez të gjerë. Më shpesh ato përdoren për dyert dhe muret e kabineteve elektrike me pajisje, si dhe për formimin e një ekrani rreth elementeve individuale (solenoidet, reletë) dhe kabllot.
- Heqja e ngarkesës statike që grumbullohet në pajisjet që përmbajnë gjysmëpërçues dhe tubat e rrezeve katodike, si dhe në pajisjet e përdorura për të hyrë/dalur informacion ngakompjuter.
- Si përbërës i qarqeve tokësore.
- Për të reduktuar ndërveprimin elektrostatik midis mbështjelljeve të transformatorit.
Strukturisht, ato bazohen në një material ngjitës përçues (rrëshirë akrilike) dhe fletë metalike (me një sipërfaqe të valëzuar ose të lëmuar) të bërë nga llojet e mëposhtme të metaleve:
- alumin;
- bakër;
- bakër i konservuar (për saldim dhe mbrojtje më të mirë kundër korrozionit).
Materialet polimer
Në ato pajisje ku, së bashku me mbrojtjen e fushës magnetike, kërkohet mbrojtje nga dëmtimet mekanike dhe thithja e goditjeve, përdoren materiale polimerike. Ato janë bërë në formën e mbulesave me shkumë poliuretani të mbuluara me një shtresë poliesteri, të bazuar në një ngjitës akrilik.
Në prodhimin e monitorëve me kristal të lëngshëm, përdoren vula akrilike të bëra prej pëlhure përcjellëse. Në shtresën e ngjitësit akrilik është një matricë përçuese tre-dimensionale e bërë nga grimca përçuese. Për shkak të elasticitetit të tij, ky material gjithashtu thith në mënyrë efektive stresin mekanik.
Mënyra e kompensimit
Parimi i metodës së mbrojtjes së kompensimit është krijimi artificial i një fushe magnetike që drejtohet përballë fushës së jashtme. Kjo zakonisht arrihet me një sistem spirale Helmholtz. Ai përbëhet nga 2 mbështjellje të hollë identike të vendosura në mënyrë koaksiale në një distancë të rrezes së tyre. Energjia elektrike kalon nëpër to. Fusha magnetike e shkaktuar nga mbështjelljet është shumë uniforme.
Kanëçe mbrojtëseprodhohet edhe nga plazma. Ky fenomen merret parasysh në shpërndarjen e fushës magnetike në hapësirë.
Mbrojtja e kabllove
Mbrojtja nga fusha magnetike është thelbësore gjatë vendosjes së kabllove. Rrymat elektrike të shkaktuara në to mund të shkaktohen nga përfshirja e pajisjeve shtëpiake në dhomë (kondicionerët, llambat fluoreshente, telefonat), si dhe ashensorët në miniera. Këta faktorë kanë një ndikim veçanërisht të madh në sistemet e komunikimit dixhital që funksionojnë në protokolle me një brez të gjerë frekuencash. Kjo është për shkak të ndryshimit të vogël midis fuqisë së sinjalit të dobishëm dhe zhurmës në pjesën e sipërme të spektrit. Përveç kësaj, energjia elektromagnetike e emetuar nga sistemet kabllore ndikon negativisht në shëndetin e personelit që punon në ambiente.
Folja e kryqëzuar ndodh midis çifteve të telave për shkak të pranisë së bashkimit kapacitiv dhe induktiv midis tyre. Energjia elektromagnetike e kabllove reflektohet gjithashtu për shkak të johomogjenitetit të rezistencës së tyre valore dhe dobësohet në formën e humbjeve të nxehtësisë. Si rezultat i dobësimit, fuqia e sinjalit në fund të linjave të gjata bie qindra herë.
Aktualisht, 3 metoda të mbrojtjes së rrugëve kabllore praktikohen në industrinë elektrike:
- Përdorimi i kutive tërësisht metalike (çeliku ose alumini) ose instalimi i futjeve metalike në ato plastike. Ndërsa frekuenca e fushës rritet, aftësia e skanimit të aluminit zvogëlohet. Disavantazhi është gjithashtu kostoja e lartë e kutive. Për kalime të gjata kabllosh ekzistonproblemi i sigurimit të kontaktit elektrik të elementeve individuale dhe tokëzimit të tyre për të siguruar potencialin zero të kutisë.
- Përdor kabllo të mbrojtura. Kjo metodë siguron mbrojtje maksimale pasi këllëfi e rrethon vetë kabllon.
- Depozitimi i metalit me vakum në kanalin PVC. Kjo metodë është joefektive në frekuencat deri në 200 MHz. "Shuarja" e fushës magnetike është dhjetë herë më pak në krahasim me vendosjen e kabllit në kuti metalike për shkak të rezistencës së lartë.
Llojet e kabllove
Ka 2 lloje kabllosh të mbrojtur:
- Me një ekran të përbashkët. Ndodhet rreth përcjellësve të bllokuar të pambrojtur. Disavantazhi i kabllove të tillë është se ka një ndërthurje të madhe (5-10 herë më shumë se çiftet e mbrojtura), veçanërisht midis çifteve me të njëjtin hap të kthesës.
- Kabllo me çifte të përdredhura të mbrojtura. Të gjitha çiftet janë të mbrojtura individualisht. Për shkak të kostos së tyre më të lartë, ato përdoren më shpesh në rrjete me kërkesa të rrepta sigurie dhe në dhoma me një mjedis të vështirë elektromagnetik. Përdorimi i kabllove të tilla në vendosjen paralele bën të mundur zvogëlimin e distancës midis tyre. Kjo redukton kostot në krahasim me rrugëtimin e ndarë.
Kablloja e mbrojtur me çifte të përdredhura është një palë përçuesish të izoluar (numri i tyre zakonisht është nga 2 në 8). Ky dizajn redukton ndërlidhjen.ndërmjet përçuesve. Çiftet e pambrojtura nuk kanë kërkesa për tokëzim, kanë më shumë fleksibilitet, dimensione tërthore më të vogla dhe lehtësi instalimi. Çifti i mbrojtur siguron mbrojtje kundër ndërhyrjeve elektromagnetike dhe transmetimit të të dhënave me cilësi të lartë përmes rrjeteve.
Sistemet e informacionit përdorin gjithashtu mbrojtje me dy shtresa, e cila konsiston në mbrojtjen e çifteve të përdredhura në formën e një shiriti plastik ose fletë metalike të metalizuar dhe një gërshet metalik të zakonshëm. Për mbrojtje efektive kundër fushës magnetike, sisteme të tilla kabllore duhet të jenë të tokëzuara siç duhet.
