Magnetiese veldafskerming: beginsels en materiale. Relatiewe magnetiese deurlaatbaarheid van materiale

2024 Outeur: Angel Austin | [email protected]. Laas verander: 2023-12-17 05:14

Elektromagnetiese skerms word wyd in die industrie gebruik. Hulle dien om die skadelike uitwerking van sommige elemente van 'n elektriese toestel op ander uit te skakel, om personeel en toerusting te beskerm teen die uitwerking van eksterne velde wat tydens die werking van ander toestelle voorkom. Die "blus" van die eksterne magnetiese veld is nodig in die skepping van laboratoriums wat bedoel is vir aanpassing en toetsing van hoogs sensitiewe toerusting. Dit word ook vereis in medisyne en daardie gebiede van wetenskap waar die meting van velde met ultra-lae induksie uitgevoer word; om inligting te beskerm tydens die oordrag daarvan oor kabels.

Metodes

Magnetiese veldafskerming is 'n stel maniere om die sterkte van 'n konstante of afwisselende veld in 'n sekere area van die ruimte te verminder. 'n Magneetveld, anders as 'n elektriese veld, kan nie heeltemal verswak word nie.

In die industrie het dwaalvelde van transformators, permanente magnete, hoëstroominstallasies en stroombane die grootste omgewingsimpak. Hulle kan die normale werking van naburige toestelle heeltemal ontwrig.

Mees gebruik 2beskermingsmetode:

• Die gebruik van skerms gemaak van supergeleidende of ferromagnetiese materiale. Dit is effektief in die teenwoordigheid van 'n konstante of lae frekwensie magnetiese veld.
• Vergoedingsmetode (wervelstroomdemping). Wervelstrome is grootmaat elektriese strome wat in 'n geleier voorkom wanneer die magnetiese vloed verander. Hierdie metode wys die beste resultate vir hoëfrekwensievelde.

Beginsels

Die beginsels van afskerming van die magnetiese veld is gebaseer op die patrone van voortplanting van die magnetiese veld in die ruimte. Gevolglik, vir elk van die metodes hierbo gelys, is hulle soos volg:

1. As jy 'n induktor in 'n omhulsel van 'n ferromagneet plaas, sal die induksielyne van die eksterne magneetveld langs die mure van die beskermende skerm beweeg, aangesien dit minder magnetiese weerstand het in vergelyking met die spasie daarin. Daardie kraglyne wat deur die spoel self geïnduseer word, sal ook byna almal teen die mure van die omhulsel gesluit wees. Vir die beste beskerming in hierdie geval is dit nodig om ferromagnetiese materiale te kies wat 'n hoë magnetiese deurlaatbaarheid het. In die praktyk word ysterlegerings die meeste gebruik. Om die betroubaarheid van die skerm te verhoog, word dit dikwandig of voorafvervaardig van verskeie omhulsels gemaak. Die nadele van hierdie ontwerp is sy swaar gewig, omvangrykheid en agteruitgang van afskerming in die teenwoordigheid van nate en snye in die mure van die omhulsel.



2. In die tweede metode, die verswakking van die eksterne magnetiese veldvind plaas as gevolg van die oplegging van 'n ander veld daarop, geïnduseer deur ringwerwelstrome. Die rigting daarvan is teenoor die induksielyne van die eerste veld. Soos die frekwensie toeneem, sal die verswakking meer uitgesproke wees. In hierdie geval word plate in die vorm van 'n ring geleiers met 'n lae weerstand vir afskerming gebruik. Silindervormige bokse gemaak van koper of aluminium word die meeste as skermomhulsels gebruik.

Sleutelkenmerke

Daar is 3 hoofkenmerke om die afskermingsproses te beskryf:

• Ekwivalente magnetiese veldpenetrasiediepte. So kom ons gaan voort. Hierdie syfer word gebruik vir die siftingseffek van werwelstrome. Hoe kleiner die waarde daarvan, hoe hoër is die stroom wat in die oppervlaklae van die beskermende omhulsel vloei. Gevolglik, hoe groter is die magnetiese veld wat daardeur geïnduseer word, wat die eksterne een verplaas. Die ekwivalente diepte word deur die formule hieronder bepaal. In hierdie formule is ρ en Μ_r onderskeidelik die weerstand en relatiewe magnetiese deurlaatbaarheid van die skermmateriaal (die meeteenhede van die eerste waarde is Ohm∙m); f is die frekwensie van die veld, gemeet in MHz.



• Schilddoeltreffendheid e - die verhouding van die magneetveldsterkte in die afgeskermde ruimte in die afwesigheid en teenwoordigheid van die skild. Hierdie waarde is hoe hoër, hoe groter is die dikte van die skerm en die magnetiese deurlaatbaarheid van sy materiaal. Magnetiese deurlaatbaarheid is 'n aanduiding wat bepaal hoeveel keer die induksie in 'n stof isanders as dit in 'n vakuum.
• Vermindering van magnetiese veldsterkte en wervelstroomdigtheid op 'n diepte x vanaf die oppervlak van die beskermende omhulsel. Die aanwyser word bereken deur die formule hieronder te gebruik. Hier is A₀ die waarde op die skermoppervlak, x₀ is die diepte waarop die intensiteit of stroomdigtheid e keer afneem.

Skermontwerpe

Beskermende bedekkings vir die afskerming van die magneetveld kan in verskeie ontwerpe gemaak word:

• vel en massief;
• in die vorm van hol buise en omhulsels met 'n silindriese of reghoekige gedeelte;
• enkel- en meerlaag, met 'n luggaping.

Aangesien die berekening van die aantal lae taamlik ingewikkeld is, word hierdie waarde meestal uit naslaanboeke gekies, volgens afskermdoeltreffendheidskrommes wat eksperimenteel verkry is. Snye en nate in bokse mag slegs langs die lyne van werwelstrome gemaak word. Andersins sal die afskermingseffek verminder word.

In die praktyk is dit moeilik om 'n hoë afskermfaktor te verkry, aangesien dit altyd nodig is om gate te maak vir kabeltoevoer, ventilasie en instandhouding van installasies. Vir spoele word naatlose omhulsels gemaak deur gebruik te maak van die velekstrusiemetode, en die onderkant van die silindriese skerm dien as 'n verwyderbare deksel.

Boonop, wanneer die strukturele elemente in aanraking kom, vorm krake as gevolg van oppervlak-onreëlmatighede. Om hulle uit te skakel, gebruikmeganiese klampe of pakkings gemaak van geleidende materiale. Hulle is beskikbaar in verskillende groottes en met verskillende eienskappe.

Wurwelstrome is strome wat baie minder sirkuleer, maar hulle is in staat om die penetrasie van 'n magnetiese veld deur die skerm te voorkom. In die teenwoordigheid van 'n groot aantal gate in die omhulsel vind die afname in die afskermingskoëffisiënt volgens 'n logaritmiese afhanklikheid plaas. Die kleinste waarde daarvan word waargeneem met tegnologiese gate van groot grootte. Daarom word dit aanbeveel om verskeie klein gaatjies eerder as een groot een te ontwerp. As dit nodig is om gestandaardiseerde gate te gebruik (vir kabeltoegang en ander behoeftes), dan word transendentale golfleiers gebruik.

In 'n magnetostatiese veld wat deur direkte elektriese strome geskep word, is die skerm se taak om die veldlyne te skuif. Die beskermende element word so na as moontlik aan die bron geïnstalleer. Aarding word nie vereis nie. Die afskermingseffektiwiteit hang af van die magnetiese deurlaatbaarheid en die dikte van die skildmateriaal. As laasgenoemde word staal, permalloy en magnetiese legerings met hoë magnetiese deurlaatbaarheid gebruik.

Afskerming van kabelroetes word hoofsaaklik deur twee metodes uitgevoer - deur gebruik te maak van kabels met afgeskermde of beskermde gedraaide paar en die lê van leipype in aluminiumbokse (of insetsels).

Suprageleidende skerms

Die werking van supergeleidende magnetiese skerms is gebaseer op die Meissner-effek. Hierdie verskynsel bestaan uit die feit dat 'n liggaam in 'n magnetiese veld in 'n supergeleidende toestand gaan. Terselfdertyd, die magnetiesedie deurlaatbaarheid van die omhulsel word gelyk aan nul, dit wil sê, dit slaag nie deur die magnetiese veld nie. Dit word ten volle vergoed in die volume van die gegewe liggaam.

Die voordeel van sulke elemente is dat hulle baie meer doeltreffend is, beskerming teen 'n eksterne magneetveld is nie afhanklik van frekwensie nie, en die kompensasie-effek kan vir 'n arbitrêre lang tyd duur. In die praktyk is die Meissner-effek egter nie volledig nie, aangesien daar in werklike skerms wat van supergeleidende materiale gemaak is, altyd strukturele inhomogeniteite is wat tot magnetiese vloed-vanging lei. Hierdie effek is 'n ernstige probleem vir die skep van omhulsels om die magnetiese veld te beskerm. Die magnetiese veld verswakkingskoëffisiënt is hoe groter, hoe hoër is die chemiese suiwerheid van die materiaal. In eksperimente is die beste prestasie vir lood opgemerk.

Ander nadele van supergeleidende magnetiese veld-afskermmateriale is:

• hoë koste;
• teenwoordigheid van oorblywende magnetiese veld;
• voorkoms van die toestand van supergeleiding slegs by lae temperature;
• onvermoë om in hoë magnetiese velde te funksioneer.

Materials

Dikwels word koolstofstaalskerms gebruik om teen 'n magneetveld te beskerm, aangesien dit hoogs aanpasbaar is vir sweis, soldering, goedkoop en gekenmerk word deur goeie korrosiebestandheid. Benewens hulle, materiaal soos:

• tegniese aluminiumfoelie;
• sagte magnetiese legering van yster, aluminium en silikon (alsifer);
• koper;
• geleidende bedekte glas;
• sink;
• transformator staal;
• geleidende emalje en vernis;
• koper;
• gemetalliseerde stowwe.

Struktureel kan hulle in die vorm van lakens, nette en foelie gemaak word. Plaatmateriaal bied beter beskerming, en gaasmateriaal is geriefliker om aanmekaar te sit - hulle kan deur puntsweiswerk in inkremente van 10-15 mm saamgevoeg word. Om weerstand teen korrosie te verseker, word die roosters vernis.

Aanbevelings vir materiaalkeuse

Wanneer 'n materiaal vir beskermende skerms gekies word, word die volgende aanbevelings gelei:

• In swak velde word legerings met hoë magnetiese deurlaatbaarheid gebruik. Die mees tegnologies gevorderde is permalloy, wat hom goed leen tot druk en sny. Die magnetiese veldsterkte wat benodig word vir die volledige demagnetisering daarvan, sowel as die elektriese weerstand, hang hoofsaaklik af van die persentasie nikkel. Deur die hoeveelheid van hierdie element word lae-nikkel (tot 50%) en hoë-nikkel (tot 80%) permalloys onderskei.
• Om energieverliese in 'n wisselende magneetveld te verminder, word omhulsels óf vanaf 'n goeie geleier óf van 'n isolator geplaas.
• Vir 'n veldfrekwensie van meer as 10 MHz, silwer- of koperfilmbedekkings met 'n dikte van 0,1 mm of meer (skerms gemaak van foelie-bedekte getinaks en ander isolerende materiale), sowel as koper, aluminium, en koper, gee 'n goeie effek. Om koper teen oksidasie te beskerm, is dit met silwer bedek.
• Diktemateriaal hang af van die frekwensie f. Hoe laer f, hoe groter moet die dikte wees om dieselfde afskerm-effek te bereik. By hoë frekwensies, vir die vervaardiging van omhulsels van enige materiaal, is 'n dikte van 0,5-1,5 mm voldoende.
• Vir velde met hoë f word ferromagnete nie gebruik nie, aangesien dit hoë weerstand het en tot groot energieverliese lei. Hoogs geleidende materiale anders as staal moet ook nie gebruik word om permanente magnetiese velde te beskerm nie.
• Vir beskerming oor 'n wye reeks is meerlaagmateriaal (staalplate met 'n hoogs geleidende metaallaag) die optimale oplossing.

Die algemene keuringsreëls is soos volg:

• Hoë frekwensies is hoogs geleidende materiale.
• Lae frekwensies is materiale met hoë magnetiese deurlaatbaarheid. Sifting in hierdie geval is een van die moeilikste take, aangesien dit die ontwerp van die beskermende skerm swaarder en meer ingewikkeld maak.

Foliebande

Folie-afskermbande word vir die volgende doeleindes gebruik:

• Shielding breëband elektromagnetiese interferensie. Dikwels word dit gebruik vir deure en mure van elektriese kaste met toestelle, sowel as om 'n skerm rondom individuele elemente (solenoïede, relais) en kabels te vorm.
• Verwydering van statiese lading wat ophoop op toestelle wat halfgeleiers en katodestraalbuise bevat, sowel as in toestelle wat gebruik word om inligting in te voer/uit te voer vanafrekenaar.
• As 'n komponent van grondkringe.
• Om elektrostatiese interaksie tussen transformatorwikkelings te verminder.

Struktuurgewys is hulle gebaseer op 'n geleidende kleefmateriaal (akrielhars) en foelie (met 'n geriffelde of gladde oppervlak) gemaak van die volgende tipes metaal:

• aluminium;
• koper;
• vertinde koper (vir soldering en beter teen-roesbeskerming).

polimeermateriaal

In daardie toestelle waar, tesame met die afskerming van die magnetiese veld, beskerming teen meganiese skade en skokabsorpsie vereis word, word polimeriese materiale gebruik. Hulle word gemaak in die vorm van poliuretaan-skuimkussings wat met 'n poliësterfilm bedek is, gebaseer op 'n akriel-kleefmiddel.

In die vervaardiging van vloeibare kristalmonitors word akrielseëls wat van geleidende materiaal gemaak is, gebruik. In die laag van akriel gom is 'n drie-dimensionele geleidende matriks gemaak van geleidende deeltjies. As gevolg van sy elastisiteit absorbeer hierdie materiaal ook meganiese spanning effektief.

Vergoedingsmetode

Die beginsel van die kompensasie-afskermmetode is om kunsmatig 'n magnetiese veld te skep wat teenoor die eksterne veld gerig is. Dit word gewoonlik bereik met 'n Helmholtz-spoelstelsel. Dit bestaan uit 2 identiese dun spoele wat koaksiaal op 'n afstand van hul radius geleë is. Elektrisiteit word deur hulle gevoer. Die magnetiese veld wat deur die spoele geïnduseer word, is hoogs eenvormig.

Shielding canook deur plasma geproduseer. Hierdie verskynsel word in ag geneem in die verspreiding van die magnetiese veld in die ruimte.

Kabelafskerming

Magnetiese veldbeskerming is noodsaaklik wanneer kabels gelê word. Elektriese strome wat daarin geïnduseer word, kan veroorsaak word deur die insluiting van huishoudelike toestelle in die kamer (lugversorgers, fluoresserende lampe, telefone), sowel as hysbakke in myne. Hierdie faktore het 'n besonder groot invloed op digitale kommunikasiestelsels wat op protokolle met 'n wye frekwensieband werk. Dit is as gevolg van die klein verskil tussen die krag van die nuttige sein en die geraas in die boonste deel van die spektrum. Daarbenewens beïnvloed die elektromagnetiese energie wat deur kabelstelsels vrygestel word, die gesondheid van personeel wat in die perseel werk, nadelig.

Kruisgesprek vind plaas tussen pare drade as gevolg van die teenwoordigheid van kapasitiewe en induktiewe koppeling tussen hulle. Die elektromagnetiese energie van die kabels word ook weerspieël weens die inhomogeniteite van hul golfimpedansie en word verswak in die vorm van hitteverliese. As gevolg van verswakking daal die seinkrag aan die einde van lang lyne honderde kere.

Tans word 3 metodes van afskerming van kabelroetes in die elektriese industrie beoefen:

• Die gebruik van heeltemal metaal bokse (staal of aluminium) of die installering van metaal insetsels in plastiek. Soos die veldfrekwensie toeneem, verminder die siftingsvermoë van aluminium. Die nadeel is ook die hoë koste van bokse. Vir lang kabellopies is daardie probleem om die elektriese kontak van individuele elemente en hul aarding te verseker om die nulpotensiaal van die boks te verseker.
• Gebruik afgeskermde kabels. Hierdie metode bied maksimum beskerming aangesien die omhulsel die kabel self omring.
• Vakuumneerlegging van metaal op die PVC-kanaal. Hierdie metode is ondoeltreffend by frekwensies tot 200 MHz. Die “blus” van die magneetveld is tien keer minder in vergelyking met die lê van die kabel in metaalbokse as gevolg van die hoë weerstand.

Soorte kabels

Daar is 2 tipes afgeskermde kabels:

• Met 'n gemeenskaplike skerm. Dit is rondom onbeskermde gestrande geleiers geleë. Die nadeel van sulke kabels is dat daar groot oorspraak is (5-10 keer meer as afgeskermde pare), veral tussen pare met dieselfde draaispoed.
• Kabels met afgeskermde gedraaide pare. Alle pare word individueel afgeskerm. As gevolg van hul hoër koste, word hulle meestal gebruik in netwerke met streng veiligheidsvereistes en in kamers met 'n moeilike elektromagnetiese omgewing. Die gebruik van sulke kabels in parallelle lê maak dit moontlik om die afstand tussen hulle te verminder. Dit verminder koste in vergelyking met gesplete roetes.

Gedraaide-paar afgeskermde kabel is 'n geïsoleerde paar geleiers (hul getal is gewoonlik van 2 tot 8). Hierdie ontwerp verminder oorspraak.tussen geleiers. Onbeskermde pare het geen aardingsvereistes nie, hulle het meer buigsaamheid, kleiner dwarsafmetings en maklike installasie. Die afgeskermde paar bied beskerming teen elektromagnetiese interferensie en hoë kwaliteit data-oordrag oor netwerke.

Inligtingstelsels gebruik ook twee-laag afskerming, wat bestaan uit beskerming van gedraaide pare in die vorm van 'n gemetalliseerde plastiekband of -foelie, en 'n gewone metaalvlegsel. Vir effektiewe beskerming teen die magnetiese veld moet sulke kabelstelsels behoorlik geaard wees.