Perisai medan magnet: prinsip dan bahan. Kebolehtelapan magnet relatif bahan

2024 Pengarang: Angel Austin | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-17 05:36

Skrin elektromagnet digunakan secara meluas dalam industri. Ia berfungsi untuk menghapuskan kesan berbahaya beberapa elemen peranti elektrik pada yang lain, untuk melindungi kakitangan dan peralatan daripada kesan medan luaran yang berlaku semasa pengendalian peranti lain. "Pelindapkejutan" medan magnet luaran adalah perlu dalam penciptaan makmal yang bertujuan untuk pelarasan dan ujian peralatan yang sangat sensitif. Ia juga diperlukan dalam bidang perubatan dan bidang sains di mana pengukuran bidang dengan aruhan ultra rendah dijalankan; untuk melindungi maklumat semasa penghantaran melalui kabel.

Kaedah

Perisai medan magnet ialah satu set cara untuk mengurangkan kekuatan medan malar atau berselang-seli di kawasan ruang tertentu. Medan magnet, tidak seperti medan elektrik, tidak boleh dilemahkan sepenuhnya.

Dalam industri, medan sesat daripada transformer, magnet kekal, pemasangan arus tinggi dan litar mempunyai kesan alam sekitar yang paling besar. Ia boleh mengganggu sepenuhnya operasi biasa perkakas jiran.

Paling sering digunakan 2kaedah perlindungan:

• Penggunaan skrin yang diperbuat daripada bahan superkonduktor atau feromagnetik. Ini berkesan dengan kehadiran medan magnet frekuensi malar atau rendah.
• Kaedah pampasan (redaman arus pusar). Arus pusar ialah arus elektrik pukal yang berlaku dalam konduktor apabila fluks magnet berubah. Kaedah ini menunjukkan hasil terbaik untuk medan frekuensi tinggi.

Prinsip

Prinsip melindungi medan magnet adalah berdasarkan corak perambatan medan magnet di angkasa. Sehubungan itu, bagi setiap kaedah yang disenaraikan di atas, ia adalah seperti berikut:

1. Jika anda meletakkan induktor dalam selongsong yang diperbuat daripada ferromagnet, maka garisan aruhan medan magnet luar akan melalui sepanjang dinding skrin pelindung, kerana ia mempunyai rintangan magnet yang kurang berbanding dengan ruang di dalamnya.. Garis-garis daya yang diaruh oleh gegelung itu sendiri juga hampir semuanya akan ditutup pada dinding selongsong. Untuk perlindungan terbaik dalam kes ini, perlu memilih bahan feromagnetik yang mempunyai kebolehtelapan magnet yang tinggi. Dalam amalan, aloi besi paling kerap digunakan. Untuk meningkatkan kebolehpercayaan skrin, ia dibuat berdinding tebal atau pasang siap daripada beberapa selongsong. Kelemahan reka bentuk ini adalah beratnya yang berat, kebesaran dan kemerosotan pelindung apabila terdapat jahitan dan luka pada dinding selongsong.



2. Dalam kaedah kedua, kelemahan medan magnet luaranberlaku akibat pengenaan medan lain di atasnya, disebabkan oleh arus pusaran gelang. Arahnya bertentangan dengan garis aruhan medan pertama. Apabila kekerapan meningkat, pengecilan akan menjadi lebih ketara. Dalam kes ini, plat dalam bentuk cincin konduktor dengan kerintangan rendah digunakan untuk melindungi. Kotak berbentuk silinder yang diperbuat daripada tembaga atau aluminium paling kerap digunakan sebagai sarung skrin.

Ciri Utama

Terdapat 3 ciri utama untuk menerangkan proses perisai:

• Kedalaman penembusan medan magnet yang setara. Jadi mari kita teruskan. Angka ini digunakan untuk kesan saringan arus pusar. Semakin kecil nilainya, semakin tinggi arus yang mengalir dalam lapisan permukaan selongsong pelindung. Oleh itu, semakin besar medan magnet yang disebabkan olehnya, yang menyesarkan yang luar. Kedalaman setara ditentukan oleh formula di bawah. Dalam formula ini, ρ dan Μ_r ialah kerintangan dan kebolehtelapan magnet relatif bahan skrin, masing-masing (unit ukuran nilai pertama ialah Ohm∙m); f ialah kekerapan medan, diukur dalam MHz.



• Kecekapan pelindung e - nisbah kekuatan medan magnet dalam ruang terlindung jika tiada dan kehadiran perisai. Nilai ini adalah lebih tinggi, lebih besar ketebalan skrin dan kebolehtelapan magnet bahannya. Kebolehtelapan magnet ialah penunjuk yang mencirikan berapa kali aruhan dalam bahanberbeza daripada itu dalam vakum.
• Pengurangan kekuatan medan magnet dan ketumpatan arus pusar pada kedalaman x dari permukaan selongsong pelindung. Penunjuk dikira menggunakan formula di bawah. Di sini A₀ ialah nilai pada permukaan skrin, x₀ ialah kedalaman di mana keamatan atau ketumpatan arus berkurangan e kali ganda.

Reka bentuk skrin

Sarung pelindung untuk melindungi medan magnet boleh dibuat dalam pelbagai reka bentuk:

• helaian dan besar;
• dalam bentuk tiub berongga dan selongsong dengan bahagian silinder atau segi empat tepat;
• lapisan tunggal dan berbilang lapisan, dengan jurang udara.

Memandangkan pengiraan bilangan lapisan agak rumit, nilai ini paling kerap dipilih daripada buku rujukan, mengikut keluk kecekapan melindungi yang diperoleh secara eksperimen. Potongan dan jahitan dalam kotak dibenarkan dibuat hanya di sepanjang garis arus pusar. Jika tidak, kesan perisai akan berkurangan.

Dalam praktiknya, adalah sukar untuk mendapatkan faktor perisai yang tinggi, kerana sentiasa perlu membuat lubang untuk kemasukan kabel, pengudaraan dan penyelenggaraan pemasangan. Untuk gegelung, selongsong lancar dibuat menggunakan kaedah penyemperitan kepingan, dan bahagian bawah skrin silinder berfungsi sebagai penutup boleh tanggal.

Selain itu, apabila elemen struktur bersentuhan, rekahan terbentuk akibat ketidakteraturan permukaan. Untuk menghapuskannya, gunakanpengapit mekanikal atau gasket yang diperbuat daripada bahan pengalir. Ia tersedia dalam saiz yang berbeza dan dengan sifat yang berbeza.

Arus pusar ialah arus yang kurang beredar, tetapi ia mampu menghalang penembusan medan magnet melalui skrin. Dengan kehadiran sebilangan besar lubang dalam selongsong, penurunan dalam pekali pelindung berlaku mengikut pergantungan logaritma. Nilai terkecilnya diperhatikan dengan lubang teknologi bersaiz besar. Oleh itu, adalah disyorkan untuk mereka bentuk beberapa lubang kecil dan bukannya satu lubang besar. Jika perlu menggunakan lubang piawai (untuk kemasukan kabel dan keperluan lain), maka pandu gelombang transendental digunakan.

Dalam medan magnetostatik yang dicipta oleh arus elektrik terus, tugas skrin adalah untuk memesongkan garis medan. Elemen pelindung dipasang sedekat mungkin dengan sumber. Pembumian tidak diperlukan. Keberkesanan perisai bergantung pada kebolehtelapan magnet dan ketebalan bahan perisai. Sebagai yang terakhir, keluli, permalloy dan aloi magnet dengan kebolehtelapan magnet yang tinggi digunakan.

Pelindungan laluan kabel dilakukan terutamanya melalui dua kaedah - menggunakan kabel dengan pasangan terpiuh terlindung atau terlindung dan konduit meletakkan dalam kotak aluminium (atau sisipan).

Skrin superkonduktif

Kendalian skrin magnet superkonduktor adalah berdasarkan kesan Meissner. Fenomena ini terdiri daripada fakta bahawa jasad dalam medan magnet masuk ke dalam keadaan superkonduktor. Pada masa yang sama, magnetkebolehtelapan selongsong menjadi sama dengan sifar, iaitu, ia tidak melepasi medan magnet. Ia diberi pampasan sepenuhnya dalam isipadu badan yang diberikan.

Kelebihan unsur tersebut ialah ia jauh lebih cekap, perlindungan daripada medan magnet luaran tidak bergantung pada kekerapan, dan kesan pampasan boleh bertahan untuk jangka masa yang lama. Walau bagaimanapun, dalam amalan, kesan Meissner tidak lengkap, kerana dalam skrin sebenar yang diperbuat daripada bahan superkonduktor sentiasa terdapat ketidakhomogenan struktur yang membawa kepada perangkap fluks magnet. Kesan ini adalah masalah serius untuk penciptaan selongsong untuk melindungi medan magnet. Pekali pengecilan medan magnet adalah lebih besar, lebih tinggi ketulenan kimia bahan. Dalam percubaan, prestasi terbaik dicatatkan untuk petunjuk.

Keburukan lain bahan pelindung medan magnet superkonduktor ialah:

• kos tinggi;
• kehadiran medan magnet sisa;
• kemunculan keadaan superkonduktiviti hanya pada suhu rendah;
• ketidakupayaan untuk berfungsi dalam medan magnet yang tinggi.

Bahan

Lazimnya, skrin keluli karbon digunakan untuk melindungi daripada medan magnet, kerana ia sangat mudah disesuaikan untuk mengimpal, memateri, murah dan dicirikan oleh rintangan kakisan yang baik. Sebagai tambahan kepada mereka, bahan seperti:

• kerajang aluminium teknikal;
• aloi magnet lembut besi, aluminium dan silikon (alsifer);
• tembaga;
• kaca bersalut konduktif;
• zink;
• keluli pengubah;
• enamel konduktif dan varnis;
• tembaga;
• kain berlogam.

Secara struktur, ia boleh dibuat dalam bentuk kepingan, jaring dan kerajang. Bahan kepingan memberikan perlindungan yang lebih baik, dan bahan mesh lebih mudah untuk dipasang - ia boleh dicantumkan bersama dengan kimpalan titik dalam kenaikan 10-15 mm. Untuk memastikan ketahanan kakisan, grid divarnis.

Cadangan untuk pemilihan bahan

Apabila memilih bahan untuk skrin pelindung, pengesyoran berikut dipandu:

• Dalam medan lemah, aloi dengan kebolehtelapan magnet yang tinggi digunakan. Yang paling maju dari segi teknologi ialah permalloy, yang sesuai dengan tekanan dan pemotongan. Kekuatan medan magnet yang diperlukan untuk penyahmagnetan lengkapnya, serta kerintangan elektrik, bergantung terutamanya pada peratusan nikel. Mengikut jumlah elemen ini, permalloy nikel rendah (sehingga 50%) dan nikel tinggi (sehingga 80%) dibezakan.
• Untuk mengurangkan kehilangan tenaga dalam medan magnet berselang-seli, selongsong diletakkan sama ada daripada konduktor yang baik atau daripada penebat.
• Untuk frekuensi medan lebih daripada 10 MHz, salutan filem perak atau tembaga dengan ketebalan 0.1 mm atau lebih (skrin diperbuat daripada getinak bersalut foil dan bahan penebat lain), serta kuprum, aluminium dan tembaga, memberikan kesan yang baik. Untuk melindungi kuprum daripada pengoksidaan, ia disalut dengan perak.
• Ketebalanbahan bergantung kepada kekerapan f. Semakin rendah f, semakin besar ketebalan mestilah untuk mencapai kesan perisai yang sama. Pada frekuensi tinggi, untuk pembuatan selongsong daripada sebarang bahan, ketebalan 0.5-1.5 mm sudah memadai.
• Untuk medan dengan f tinggi, ferromagnet tidak digunakan, kerana ia mempunyai rintangan yang tinggi dan membawa kepada kehilangan tenaga yang besar. Bahan konduktif tinggi selain keluli juga tidak boleh digunakan untuk melindungi medan magnet kekal.
• Untuk perlindungan pada julat f yang luas, bahan berbilang lapisan (kepingan keluli dengan lapisan logam yang sangat konduktif) ialah penyelesaian yang optimum.

Peraturan pemilihan umum adalah seperti berikut:

• Frekuensi tinggi ialah bahan yang sangat konduktif.
• Frekuensi rendah ialah bahan dengan kebolehtelapan magnet yang tinggi. Penapisan dalam kes ini ialah salah satu tugas yang paling sukar, kerana ia menjadikan reka bentuk skrin pelindung lebih berat dan rumit.

Pita foil

Pita pelindung foil digunakan untuk tujuan berikut:

• Melindungi gangguan elektromagnet jalur lebar. Selalunya ia digunakan untuk pintu dan dinding kabinet elektrik dengan peranti, serta untuk membentuk skrin di sekeliling elemen individu (solenoid, geganti) dan kabel.
• Penyingkiran cas statik yang terkumpul pada peranti yang mengandungi semikonduktor dan tiub sinar katod, serta dalam peranti yang digunakan untuk memasukkan / mengeluarkan maklumat daripadakomputer.
• Sebagai komponen litar tanah.
• Untuk mengurangkan interaksi elektrostatik antara belitan pengubah.

Secara struktur, ia adalah berdasarkan bahan pelekat konduktif (resin akrilik) dan kerajang (dengan permukaan beralun atau licin) yang diperbuat daripada jenis logam berikut:

• aluminium;
• tembaga;
• kuprum tin (untuk pematerian dan perlindungan anti-karat yang lebih baik).

Bahan polimer

Dalam peranti yang, bersama-sama dengan perisai medan magnet, perlindungan terhadap kerosakan mekanikal dan penyerapan hentakan diperlukan, bahan polimer digunakan. Ia dibuat dalam bentuk pad busa poliuretana yang ditutup dengan filem poliester, berdasarkan pelekat akrilik.

Dalam penghasilan monitor kristal cecair, pengedap akrilik yang diperbuat daripada fabrik konduktif digunakan. Dalam lapisan pelekat akrilik adalah matriks konduktif tiga dimensi yang diperbuat daripada zarah konduktif. Disebabkan keanjalannya, bahan ini juga menyerap tegasan mekanikal dengan berkesan.

Kaedah pampasan

Prinsip kaedah perisai pampasan adalah untuk mencipta medan magnet secara buatan yang diarahkan bertentangan dengan medan luaran. Ini biasanya dicapai dengan sistem gegelung Helmholtz. Ia terdiri daripada 2 gegelung nipis yang sama terletak secara sepaksi pada jarak jejarinya. Elektrik disalurkan melalui mereka. Medan magnet yang teraruh oleh gegelung adalah sangat seragam.

Tong perisaijuga dihasilkan oleh plasma. Fenomena ini diambil kira dalam pengagihan medan magnet di angkasa.

Pelindung kabel

Perlindungan medan magnet adalah penting semasa meletakkan kabel. Arus elektrik yang disebabkan di dalamnya boleh disebabkan oleh kemasukan peralatan rumah tangga di dalam bilik (penyaman udara, lampu pendarfluor, telefon), serta lif di lombong. Faktor-faktor ini mempunyai pengaruh yang sangat besar pada sistem komunikasi digital yang beroperasi pada protokol dengan jalur frekuensi yang luas. Ini disebabkan oleh perbezaan kecil antara kuasa isyarat berguna dan hingar di bahagian atas spektrum. Selain itu, tenaga elektromagnet yang dipancarkan oleh sistem kabel memberi kesan buruk kepada kesihatan kakitangan yang bekerja di premis itu.

Cross-talk berlaku antara pasangan wayar disebabkan kehadiran gandingan kapasitif dan induktif di antara mereka. Tenaga elektromagnet kabel juga dipantulkan disebabkan oleh ketidakhomogenan impedans gelombangnya dan dilemahkan dalam bentuk kehilangan haba. Akibat pengecilan, kuasa isyarat pada penghujung garisan panjang turun ratusan kali ganda.

Pada masa ini, 3 kaedah melindungi laluan kabel diamalkan dalam industri elektrik:

• Penggunaan kotak semua logam (keluli atau aluminium) atau pemasangan sisipan logam dalam plastik. Apabila kekerapan medan meningkat, keupayaan penyaringan aluminium berkurangan. Kelemahannya juga ialah kos kotak yang tinggi. Untuk larian kabel yang panjang adamasalah memastikan sentuhan elektrik elemen individu dan pembumiannya untuk memastikan potensi sifar kotak.
• Gunakan kabel terlindung. Kaedah ini memberikan perlindungan maksimum kerana sarung mengelilingi kabel itu sendiri.
• Pemendapan vakum logam pada saluran PVC. Kaedah ini tidak berkesan pada frekuensi sehingga 200 MHz. "Pelindapkejutan" medan magnet adalah sepuluh kali lebih rendah berbanding dengan meletakkan kabel dalam kotak logam kerana rintangan yang tinggi.

Jenis kabel

Terdapat 2 jenis kabel terlindung:

• Dengan skrin biasa. Ia terletak di sekitar konduktor terkandas yang tidak dilindungi. Kelemahan kabel sedemikian ialah terdapat crosstalk yang besar (5-10 kali lebih banyak daripada pasangan berperisai), terutamanya antara pasangan dengan pic twist yang sama.
• Kabel dengan pasangan terpiuh terlindung. Semua pasangan dilindungi secara individu. Oleh kerana kosnya yang lebih tinggi, ia paling kerap digunakan dalam rangkaian dengan keperluan keselamatan yang ketat dan dalam bilik dengan persekitaran elektromagnet yang sukar. Penggunaan kabel sedemikian dalam peletakan selari memungkinkan untuk mengurangkan jarak antara mereka. Ini mengurangkan kos berbanding dengan penghalaan berpecah.

Kabel terlindung pasangan terpiuh ialah sepasang konduktor berpenebat (nombornya biasanya dari 2 hingga 8). Reka bentuk ini mengurangkan crosstalk.antara konduktor. Pasangan tanpa pelindung tidak mempunyai keperluan pembumian, mereka mempunyai lebih fleksibiliti, dimensi melintang yang lebih kecil dan kemudahan pemasangan. Pasangan terlindung memberikan perlindungan terhadap gangguan elektromagnet dan penghantaran data berkualiti tinggi melalui rangkaian.

Sistem maklumat juga menggunakan pelindung dua lapisan, yang terdiri daripada perlindungan pasangan terpintal dalam bentuk pita plastik atau kerajang logam, dan jalinan logam biasa. Untuk perlindungan berkesan terhadap medan magnet, sistem kabel sedemikian mesti dibumikan dengan betul.