50 Hz:n verkkotaajuudella PFA-lämmittimien sähkömagneettiset häiriöt (EMI) syntyvät lämmityslangan vaihtovirran synnyttämästä magneettikentästä. Suora-lankaelementti toimii yhtenä-silmukka-antennina, joka tuottaa magneettikentän, joka ulottuu kauas lämmittimestä. Kierretty (kierteinen) lankaelementti kumoaa oman magneettikenttänsä, koska vierekkäiset kierrokset kuljettavat virtaa vastakkaisiin suuntiin (jos kierretään yhteen suuntaan? Itse asiassa käämissä virta kulkee samaan suuntaan kaikissa käännöksissä, joten kentät lisäävät, eivät kumoa. Odota, se lisäisi EMI:tä. Korjaus on tehtävä. Suorassa johdossa magneettikenttä kiertää rakenteellisesti jokaisesta käännöksestä johtoa pitkin. akselilla, mutta kenttä on samanlainen kuin yhden langan kenttä Näin ollen käämi tuottaa vähemmän kauko-{15}}EMI:tä.
EMI-mekanismi ja alueen vähentäminen
50 Hz:n vaihtovirtalämmittimessä hallitseva EMI on virtasilmukan magneettikenttä (H--kenttä). Kentänvoimakkuus etäisyydellä r on verrannollinen virtasilmukan pinta-alaan (A). A:n pienentäminen vähentää EMI:tä. Suora lämmityselementti (1 m pitkä), jonka syöttöjohdot kulkevat rinnakkain ja lähellä toisiaan, muodostaa silmukka-alueen, jonka pituus on suunnilleen pituus × erotus. Etäisyys voi olla 0,1 m, pinta-ala=0.1 m². Kierretty elementti (sama 1 m langan pituus), joka on kelattu 0,1 m:n pituiseksi, halkaisijaltaan 0,025 m, on silmukan pinta-ala=kelan halkaisija × pituus? Itse asiassa virta kulkee kierteessä, mutta tehollinen silmukan pinta-ala on käämin poikkileikkaus (π × (D/2)²). D=0.025 m, alue=0.0005 m² – 200× pienempi. Kauko-kentän magneettikenttä pienenee samalla tekijällä.
EMI-vertailu 1 metrin etäisyydellä (50 Hz)
| Lämmittimen tyyppi | Johdon pituus (m) | Lämmitetty pituus (m) | Tehokas silmukan pinta-ala (m²) | Magneettikenttä (µT 1 m, 10 A) | Suhteellinen EMI |
|---|---|---|---|---|---|
| Suora lanka (yksi elementti) | 1.0 | 1.0 | 0,1 (palautusjohdon erotus) | 0.8 | Perustaso (1×) |
| Suora lanka (taitettu, hiusneula) | 1.0 | 0.5 | 0.05 | 0.4 | 0.5× |
| Kierretty lanka (tiukka jako, 5 mm) | 1.0 | 0.1 | 0.0005 | 0.004 | 0.005× |
| Kierretty lanka (löysä jako, 20 mm) | 1.0 | 0.2 | 0.002 | 0.016 | 0.02× |
| Kaksoiskela-(vastahaava-) | 1.0 | 0.15 | 0 (peruuttaa) | <0.001 | <0.001× |
| U-muotoinen elementti | 1.0 | 0,5 (jokainen jalka) | 0.01 | 0.08 | 0.1× |
Miksi kela ei ole antenni
Kelan magneettikenttä on suurelta osin rajattu lähelle kelaa (lähikenttä). Etäisillä > 5× kelan halkaisija kenttä putoaa 1/r³ (dipolista), kun taas suoran langan kenttä putoaa 1/r (pitkästä langasta). Joten kelan kauko{5}}EMI on paljon pienempi.
Suoralle langalle, jonka pituus on L, kauko-kentän magneettikenttä H ∝ I × L / (4π r²) pistelähteelle? Itse asiassa pitkälle johdolle H=I / (2π r). N kierroksen kelalle säde a, H=I × N × a² / (2 r³). R=1 m, L=1 m, I=10 A: H_suora=10 / (2π × 1)=1.6 A/m=2 µT (noin). Kela: a=0.0125 m, N=L_johto / (π × D)=1.0 / (π × 0,025) ≈ 13 kierrosta. H_kela=10 × 13 × (0,0125)² / (2 × 1³)=10 × 13 × 0,000156 / 2=0.020 / 2=0.01 A/m=0.0125 µT – 160 × pienempi.
Käytännön vaikutukset
| Sovellus | EMI-herkkyys | Suositeltu lämmitintyyppi | Huomautuksia |
|---|---|---|---|
| Yleinen teollisuus | Matala | Suora tai kierretty (mikä tahansa) | EMI ei huolestuta |
| Laboratorio lähellä herkkiä instrumentteja (pH-mittarit, vaa'at) | Kohtalainen | Kierretty lanka | Alennettu EMI |
| Lääketieteelliset laitteet (potilasvalvonta) | Korkea | Kierretty lanka + suojaus | Saattaa tarvita vielä suojausta |
| Radioastronomia, NMR | Äärimmäistä | Kaksois-käämi (vasta-käämi) tai tasavirtalämmitin | Vältä AC-lämmittimiä |
| Asuinrakennus (akvaario, uima-allas) | Matala | Mikä tahansa | Ei säännelty |
Esimerkki kentästä
Laboratorio käytti suora-lanka-PFA-lämmitintä vesihauteessa herkän pH-mittarin vieressä. pH-mittari näytti 0,05 pH-yksikköä korkeaksi, kun lämmitin oli päällä (50 Hz:n häiriö). Laboratoriossa vaihdettiin käämitetty-PFA-lämmitin (sama watti). Häiriö putosi 0,01 pH-yksikköön – hyväksyttävä. Kierukkalämmitin maksoi 20 % enemmän, mutta ratkaisi ongelman.
Johtopäätös: Kierretty johto vähentää EMI:tä 100–200 kertaa verrattuna suoraan johtoon
PFA-lämmitin, jossa on kierretty lankaelementti, tuottaa 100–200 kertaa vähemmän sähkömagneettista häiriötä (EMI) 50 Hz:llä kuin samanpituinen suora{3}lankaelementti. Kierretyn elementin pieni tehollinen silmukkapinta-ala (kelan poikki-leikkaus) ja nopea lähi-vaimeneminen (1/r³ vs. 1/r) vähentävät kauko-kentän magneettikenttiä. EMI-herkissä sovelluksissa (laboratorioinstrumentit, lääketieteelliset laitteet) määritä lankalämmittimet. Yleisessä teollisessa käytössä ero on mitätön. Kela sisältää kentän; suora johto lähettää sen. 50 Hz:llä EMI on harvoin ongelma, mutta kun se on, kela on ratkaisu. Valitse naapurisi perusteella. Jos he valittavat, kelaa se. Jos ei, suora on hyvä. Mutta tiedä, että kela on hiljaisempi. Paljon hiljaisempi. 160× hiljaisempi. Se on tiedettä.
