Elektromanyetik ekranlar endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. Elektrikli bir cihazın bazı elemanlarının diğerleri üzerindeki zararlı etkilerini ortadan kaldırmaya, personeli ve ekipmanı diğer cihazların çalışması sırasında oluşan dış alanların etkilerinden korumaya hizmet ederler. Harici manyetik alanın "söndürülmesi", son derece hassas ekipmanın ayarlanması ve test edilmesi için tasarlanmış laboratuvarların oluşturulmasında gereklidir. Ayrıca tıpta ve ultra düşük indüksiyonlu alanların ölçümünün yapıldığı bilim alanlarında da gereklidir; kablolar üzerinden iletimi sırasında bilgileri korumak için.
Yöntemler
Manyetik alan koruması, belirli bir uzay alanında sabit veya değişen bir alanın gücünü az altmanın bir dizi yoludur. Manyetik alan, elektrik alanın aksine tamamen zayıflatılamaz.
Endüstride, trafolardan, kalıcı mıknatıslardan, yüksek akım tesisatlarından ve devrelerden kaynaklanan kaçak alanlar en büyük çevresel etkiye sahiptir. Komşu cihazların normal çalışmasını tamamen bozabilirler.
En çok kullanılan 2koruma yöntemi:
- Süper iletken veya ferromanyetik malzemelerden yapılmış ekranların kullanımı. Bu, sabit veya düşük frekanslı bir manyetik alanın varlığında etkilidir.
- Telafi yöntemi (girdap akımı sönümlemesi). Girdap akımları, manyetik akı değiştiğinde bir iletkende meydana gelen toplu elektrik akımlarıdır. Bu yöntem, yüksek frekanslı alanlar için en iyi sonuçları gösterir.
İlkeler
Manyetik alanı koruma ilkeleri, manyetik alanın uzayda yayılma modellerine dayanır. Buna göre, yukarıda listelenen yöntemlerin her biri için şu şekildedir:
- Bir indüktörü ferromıknatıstan yapılmış bir kasaya yerleştirirseniz, içindeki alana göre daha az manyetik dirence sahip olduğundan, harici manyetik alanın indüksiyon çizgileri koruyucu ekranın duvarları boyunca geçecektir.. Bobinin kendisi tarafından indüklenen bu kuvvet çizgilerinin neredeyse tamamı da mahfazanın duvarlarına kapatılacaktır. Bu durumda en iyi koruma için yüksek manyetik geçirgenliğe sahip ferromanyetik malzemeleri seçmek gerekir. Pratikte en çok demir alaşımları kullanılır. Ekranın güvenilirliğini artırmak için kalın duvarlı veya birkaç kasadan prefabrik yapılır. Bu tasarımın dezavantajları, ağır ağırlığı, hacimli olması ve kasanın duvarlarında dikişler ve kesikler varlığında korumanın bozulmasıdır.
- İkinci yöntemde, dış manyetik alanın zayıflamasıhalka girdap akımları tarafından indüklenen başka bir alanın üzerine yüklenmesinin bir sonucu olarak oluşur. Yönü, birinci alanın indüksiyon çizgilerinin tersidir. Frekans arttıkça, zayıflama daha belirgin olacaktır. Bu durumda, ekranlama için düşük dirençli bir iletken halkası şeklindeki plakalar kullanılır. Bakır veya alüminyumdan yapılmış silindir şeklindeki kutular genellikle ekran kasası olarak kullanılır.
Temel Özellikler
Koruma sürecini tanımlayan 3 ana özellik vardır:
- Eşdeğer manyetik alan penetrasyon derinliği. Öyleyse devam edelim. Bu rakam girdap akımlarının perdeleme etkisi için kullanılır. Değeri ne kadar küçük olursa, koruyucu muhafazanın yüzey katmanlarında akan akım o kadar yüksek olur. Buna göre, dışsal olanı yerinden eden, onun tarafından indüklenen manyetik alan o kadar büyük olur. Eşdeğer derinlik aşağıdaki formülle belirlenir. Bu formülde ρ ve Μr sırasıyla elek malzemesinin özdirenci ve bağıl manyetik geçirgenliğidir (ilk değerin ölçü birimleri Ohm∙m'dir); f, MHz cinsinden ölçülen alanın frekansıdır.
- Kılıflama verimliliği e - kalkanın yokluğunda ve varlığında, korumalı alandaki manyetik alan gücünün oranı. Bu değer ne kadar yüksek olursa, ekranın kalınlığı ve malzemesinin manyetik geçirgenliği o kadar büyük olur. Manyetik geçirgenlik, bir maddedeki indüksiyonun kaç kez olduğunu karakterize eden bir göstergedir.boşluktakinden farklı.
- Koruyucu mahfazanın yüzeyinden x derinliğinde manyetik alan kuvvetinin ve girdap akımı yoğunluğunun az altılması. Gösterge aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır. Burada A0 ekran yüzeyindeki değerdir, x0 yoğunluğun veya akım yoğunluğunun e kez azaldığı derinliktir.
Ekran tasarımları
Manyetik alanı korumak için koruyucu kapaklar çeşitli tasarımlarda yapılabilir:
- yaprak ve büyük;
- silindirik veya dikdörtgen kesitli içi boş tüpler ve muhafazalar şeklinde;
- tek katmanlı ve çok katmanlı, hava boşluklu.
Katman sayısının hesaplanması oldukça karmaşık olduğundan, bu değer çoğunlukla referans kitaplardan deneysel olarak elde edilen ekranlama verimliliği eğrilerine göre seçilir. Kutulardaki kesikler ve dikişlerin yalnızca girdap akımları boyunca yapılmasına izin verilir. Aksi takdirde, koruma etkisi azalacaktır.
Uygulamada, kablo girişi, havalandırma ve tesisatların bakımı için delik açmak her zaman gerekli olduğundan, yüksek bir ekranlama faktörü elde etmek zordur. Bobinler için, tabaka ekstrüzyon yöntemi kullanılarak dikişsiz muhafazalar yapılır ve silindirik ekranın alt kısmı çıkarılabilir bir kapak görevi görür.
Ayrıca yapı elemanları temas ettiğinde yüzey düzensizlikleri nedeniyle çatlaklar oluşur. Bunları ortadan kaldırmak için kullanıniletken malzemelerden yapılmış mekanik kelepçeler veya contalar. Farklı ebatlarda ve farklı özelliklerde mevcutturlar.
Girdap akımları çok daha az dolaşan akımlardır, ancak bir manyetik alanın ekrandan geçmesini önleyebilirler. Muhafazada çok sayıda delik bulunması durumunda, ekranlama katsayısındaki azalma logaritmik bir bağımlılığa göre gerçekleşir. En küçük değeri, büyük boyutlu teknolojik deliklerle gözlenir. Bu nedenle, büyük bir delik yerine birkaç küçük delik tasarlamanız önerilir. Standart delikler kullanılması gerekiyorsa (kablo girişi ve diğer ihtiyaçlar için) transandantal dalga kılavuzları kullanılır.
Doğrudan elektrik akımları tarafından oluşturulan bir manyetostatik alanda, ekranın görevi alan çizgilerini şönt etmektir. Koruyucu eleman, kaynağa mümkün olduğunca yakın monte edilir. Topraklama gerekli değildir. Ekranlama etkinliği, manyetik geçirgenliğe ve kalkan malzemesinin kalınlığına bağlıdır. İkincisi olarak, yüksek manyetik geçirgenliğe sahip çelikler, permalloy ve manyetik alaşımlar kullanılır.
Kablo yollarının korunması esas olarak iki yöntemle gerçekleştirilir - blendajlı veya korumalı bükümlü çift kabloların kullanılması ve alüminyum kutularda (veya eklerde) kanalların döşenmesi.
Süper iletken ekranlar
Süper iletken manyetik ekranların çalışması Meissner etkisine dayanmaktadır. Bu fenomen, manyetik alandaki bir cismin süper iletken bir duruma geçmesi gerçeğinden oluşur. Aynı zamanda manyetikkasanın geçirgenliği sıfıra eşit olur, yani manyetik alanı geçmez. Verilen cismin hacminde tam olarak telafi edilir.
Bu tür elemanların avantajı, çok daha verimli olmaları, harici bir manyetik alandan korunmanın frekansa bağlı olmaması ve telafi etkisinin keyfi olarak uzun süre devam edebilmesidir. Bununla birlikte, pratikte Meissner etkisi tam değildir, çünkü süper iletken malzemelerden yapılmış gerçek ekranlarda her zaman manyetik akı hapsine yol açan yapısal homojensizlikler vardır. Bu etki, manyetik alanı korumak için muhafazaların oluşturulması için ciddi bir sorundur. Manyetik alan zayıflama katsayısı ne kadar büyükse, malzemenin kimyasal saflığı da o kadar yüksek olur. Deneylerde, en iyi performans kurşun için kaydedildi.
Süper iletken manyetik alan koruyucu malzemelerin diğer dezavantajları:
- yüksek maliyet;
- artık manyetik alanın varlığı;
- Süper iletkenlik durumunun sadece düşük sıcaklıklarda görünmesi;
- yüksek manyetik alanlarda çalışamama.
Malzemeler
Çoğunlukla, kaynak, lehimleme, ucuz ve iyi korozyon direnci ile karakterize edildiklerinden, karbon çelik ekranlar manyetik alana karşı koruma sağlamak için kullanılır. Bunlara ek olarak, örneğin:
- teknik alüminyum folyo;
- demir, alüminyum ve silikonun yumuşak manyetik alaşımı (alsifer);
- bakır;
- iletken kaplamalı cam;
- çinko;
- trafo çeliği;
- iletken emayeler ve vernikler;
- pirinç;
- metalize kumaşlar.
Yapısal olarak levha, file ve folyo şeklinde yapılabilirler. Sac malzemeler daha iyi koruma sağlar ve ağ malzemelerin montajı daha uygundur - 10-15 mm'lik artışlarla nokta kaynağı ile birleştirilebilirler. Korozyon direncini sağlamak için ızgaralar cilalanmıştır.
Malzeme seçimi için öneriler
Koruyucu ekranlar için bir malzeme seçerken aşağıdaki önerilere rehberlik edilir:
- Zayıf alanlarda manyetik geçirgenliği yüksek alaşımlar kullanılır. Teknolojik olarak en gelişmişi, baskı ve kesmeye çok uygun olan permalloydur. Tam demanyetizasyonu için gereken manyetik alan kuvveti ve elektrik direnci esas olarak nikel yüzdesine bağlıdır. Bu elementin miktarı ile düşük nikel (%50'ye kadar) ve yüksek nikel (%80'e kadar) permalloylar ayırt edilir.
- Alternatif bir manyetik alandaki enerji kayıplarını az altmak için, muhafazalar ya iyi bir iletkenden ya da bir yalıtkandan yerleştirilir.
- 10 MHz'den fazla alan frekansı için, 0,1 mm veya daha fazla kalınlığa sahip gümüş veya bakır film kaplamalar (folyo kaplı getinaklardan ve diğer yalıtım malzemelerinden yapılmış ekranlar) ve ayrıca bakır, alüminyum ve pirinç, iyi bir etki verir. Bakırı oksidasyondan korumak için gümüş ile kaplanmıştır.
- Kalınlıkmalzeme f frekansına bağlıdır. F ne kadar düşükse, aynı ekranlama etkisini elde etmek için kalınlık o kadar büyük olmalıdır. Yüksek frekanslarda, herhangi bir malzemeden kasa üretimi için 0,5-1,5 mm kalınlık yeterlidir.
- Yüksek f değerine sahip alanlar için, yüksek dirence sahip oldukları ve büyük enerji kayıplarına yol açtıkları için ferromıknatıslar kullanılmaz. Çelik dışındaki son derece iletken malzemeler de kalıcı manyetik alanları korumak için kullanılmamalıdır.
- Geniş bir f aralığında koruma için, çok katmanlı malzemeler (yüksek iletken metal katmana sahip çelik levhalar) en uygun çözümdür.
Genel seçim kuralları aşağıdaki gibidir:
- Yüksek frekanslar oldukça iletken malzemelerdir.
- Düşük frekanslar, yüksek manyetik geçirgenliğe sahip malzemelerdir. Bu durumda ekranlama, koruyucu ekranın tasarımını daha ağır ve karmaşık hale getirdiği için en zor görevlerden biridir.
Folyo bantlar
Folyo koruyucu bantlar aşağıdaki amaçlar için kullanılır:
- Geniş bant elektromanyetik paraziti koruyor. Çoğu zaman, cihazlarla birlikte elektrik dolaplarının kapıları ve duvarları için ve ayrıca bireysel elemanlar (solenoidler, röleler) ve kablolar etrafında bir ekran oluşturmak için kullanılırlar.
- Yarı iletkenler ve katot ışın tüpleri içeren cihazlarda ve ayrıca bilgi giriş/çıkış için kullanılan cihazlarda biriken statik yükün giderilmesibilgisayar.
- Toprak devrelerinin bir bileşeni olarak.
- Transformatör sargıları arasındaki elektrostatik etkileşimi az altmak için.
Yapısal olarak, aşağıdaki metal türlerinden yapılmış iletken bir yapışkan malzemeye (akrilik reçine) ve folyoya (oluklu veya pürüzsüz bir yüzeye sahip) dayanırlar:
- alüminyum;
- bakır;
- kalaylı bakır (lehimleme ve daha iyi korozyon önleyici koruma için).
Polimer malzemeler
Manyetik alan korumasının yanı sıra mekanik hasara ve şok emilimine karşı korumanın gerekli olduğu cihazlarda polimerik malzemeler kullanılır. Akrilik yapıştırıcı bazlı polyester film ile kaplanmış poliüretan köpük pedler şeklinde yapılırlar.
Likit kristal monitörlerin üretiminde iletken kumaştan yapılmış akrilik contalar kullanılmaktadır. Akrilik yapıştırıcı tabakasında, iletken parçacıklardan yapılmış üç boyutlu bir iletken matris bulunur. Esnekliği nedeniyle bu malzeme aynı zamanda mekanik stresi de etkili bir şekilde emer.
Telafi yöntemi
Telafi ekranlama yönteminin ilkesi, dış alana zıt yönde yönlendirilen bir manyetik alanı yapay olarak oluşturmaktır. Bu genellikle bir Helmholtz bobin sistemi ile elde edilir. Yarıçaplarından belirli bir uzaklıkta eş eksenli olarak yerleştirilmiş 2 özdeş ince bobinden oluşur. Elektrik onlardan geçer. Bobinler tarafından indüklenen manyetik alan oldukça homojendir.
Koruyucu kutuplazma tarafından da üretilir. Bu fenomen, uzaydaki manyetik alanın dağılımında dikkate alınır.
Kablo koruyucu
Kabloları döşerken manyetik alan koruması çok önemlidir. İçlerinde indüklenen elektrik akımları, odadaki ev aletlerinin (klimalar, flüoresan lambalar, telefonlar) yanı sıra madenlerdeki asansörlerden kaynaklanabilir. Bu faktörlerin, geniş bir frekans bandına sahip protokoller üzerinde çalışan dijital iletişim sistemleri üzerinde özellikle büyük bir etkisi vardır. Bunun nedeni, yararlı sinyalin gücü ile spektrumun üst kısmındaki gürültü arasındaki küçük farktır. Ayrıca kablo sistemlerinin yaydığı elektromanyetik enerji, tesiste çalışan personelin sağlığını olumsuz etkiler.
Aralarında kapasitif ve endüktif kuplaj bulunması nedeniyle tel çiftleri arasında karşılıklı konuşma oluşur. Kabloların elektromanyetik enerjisi de dalga empedanslarının homojen olmamasından dolayı yansır ve ısı kayıpları şeklinde zayıflar. Zayıflama sonucunda uzun satırların sonundaki sinyal gücü yüzlerce kez düşer.
Şu anda, elektrik endüstrisinde kablo yollarını korumanın 3 yöntemi uygulanmaktadır:
- Tamamen metal kutuların (çelik veya alüminyum) kullanımı veya plastik kutulara metal eklerin montajı. Alan frekansı arttıkça alüminyumun eleme kabiliyeti azalır. Dezavantajı ayrıca kutuların yüksek maliyetidir. Uzun kablo çalışmaları içinkutunun sıfır potansiyelini sağlamak için bireysel elemanların elektriksel temasının ve topraklamalarının sağlanması sorunu.
- Korumalı kablolar kullanın. Bu yöntem, kılıf kablonun kendisini çevrelediği için maksimum koruma sağlar.
- Metalin PVC kanalında vakumla biriktirilmesi. Bu yöntem 200 MHz'e kadar olan frekanslarda etkisizdir. Manyetik alanın “sönmesi”, yüksek direnç nedeniyle kablonun metal kutulara döşenmesine kıyasla on kat daha azdır.
Kablo türleri
2 tip blendajlı kablo vardır:
- Ortak bir ekranla. Korunmasız çok telli iletkenlerin etrafında bulunur. Bu tür kabloların dezavantajı, özellikle aynı büküm adımına sahip çiftler arasında büyük karışma (blendajlı çiftlerden 5-10 kat daha fazla) olmasıdır.
- Korumalı çift bükümlü kablolar. Tüm çiftler ayrı ayrı korumalıdır. Daha yüksek maliyetleri nedeniyle, çoğunlukla katı güvenlik gereksinimleri olan ağlarda ve zorlu elektromanyetik ortamı olan odalarda kullanılırlar. Bu tür kabloların paralel döşemede kullanılması, aralarındaki mesafeyi az altmayı mümkün kılar. Bu, bölünmüş yönlendirmeye kıyasla maliyetleri düşürür.
Bükümlü çift blendajlı kablo, yalıtılmış bir iletken çiftidir (sayıları genellikle 2 ila 8 arasındadır). Bu tasarım karışmayı az altır.iletkenler arasında. Blendajsız çiftlerin topraklama gereksinimleri yoktur, daha fazla esnekliğe, daha küçük enine boyutlara ve kurulum kolaylığına sahiptirler. Korumalı çift, elektromanyetik parazite ve ağlar üzerinden yüksek kaliteli veri aktarımına karşı koruma sağlar.
Bilgi sistemleri ayrıca metalize plastik bant veya folyo şeklindeki bükümlü çiftlerin korunmasından ve ortak bir metal örgüden oluşan iki katmanlı koruma kullanır. Manyetik alana karşı etkili koruma için bu tür kablo sistemleri uygun şekilde topraklanmalıdır.
