50 Hz-es hálózati frekvencián a PFA fűtőberendezésekből származó elektromágneses interferencia (EMI) a fűtőszálban lévő váltakozó áram által keltett mágneses térből származik. Egy egyenes-huzalelem egyetlen-hurokantennaként működik, és olyan mágneses teret hoz létre, amely messze nyúlik a fűtőtesttől. A tekercses (spirál alakú) huzalelem megszünteti saját mágneses terét, mert a szomszédos menetek ellentétes irányú áramot vezetnek (ha egy irányba tekercselnek? Valójában egy tekercsben az áram minden menetben ugyanabba az irányba folyik, így a mezők összeadódnak, nem pedig megszűnnek. Várjon, ez növelné az EMI-t. Korrigálni kell. Egyenes vezetékben a mágneses tér konstrukciósan kering minden fordulat mentén a vezeték körül, a mágneses tér konstrukciósan kering a vezeték körül. tengelyen, de a mező hasonló az egyetlen vezetékhurokhoz. A válasz: a tekercs csökkenti a hurok területét Így a tekercs kisebb{15}}mezős EMI-t produkál.
EMI mechanizmus és területcsökkentés
Egy 50 Hz-es váltakozó áramú fűtőberendezésnél a domináns EMI az áramhurokból származó mágneses tér (H-mező). A térerősség r távolságban arányos az áramhurok területével (A). Az A csökkentése csökkenti az EMI-t. Egy egyenes fűtőelem (1 m hosszú), a tápvezetékekkel párhuzamosan és egymáshoz közel futva hozzávetőleg hosszúságú × elválasztású hurokfelületet alkot. A távolság 0,1 m lehet, területe=0.1 m². Egy 0,1 m hosszúságúra, 0,025 m átmérőjűre tekercselt elem (ugyanolyan 1 m vezetékhosszúságú) hurokterülete=tekercsátmérő × hossza? Valójában az áram egy csavarvonalban folyik, de az effektív hurok területe a tekercs keresztmetszete (π × (D/2)²). D=0.025 m esetén=0.0005 m² terület – 200× kisebb. A távoli-mágneses mező ugyanilyen tényezővel csökken.
EMI-összehasonlítás 1 m távolságon (50 Hz)
| Fűtés típusa | Vezeték hossza (m) | Fűtött hossz (m) | Hatásos hurokterület (m²) | Mágneses tér (µT 1 m-en, 10 A) | Relatív EMI |
|---|---|---|---|---|---|
| Egyenes vezeték (egy elemű) | 1.0 | 1.0 | 0,1 (visszatérő vezeték elválasztás) | 0.8 | Alapvonal (1×) |
| Egyenes huzal (hajtogatott, hajtű) | 1.0 | 0.5 | 0.05 | 0.4 | 0.5× |
| Tekercses huzal (szoros osztás, 5 mm) | 1.0 | 0.1 | 0.0005 | 0.004 | 0.005× |
| Tekercses huzal (laza osztás, 20 mm) | 1.0 | 0.2 | 0.002 | 0.016 | 0.02× |
| Kettős-tekercs (ellen-seb) | 1.0 | 0.15 | 0 (törölve) | <0.001 | <0.001× |
| U- alakú elem | 1.0 | 0,5 (mindegyik láb) | 0.01 | 0.08 | 0.1× |
Miért nem antenna a tekercs?
A tekercs mágneses tere nagyrészt a tekercs közelében van (közeli tér). 5× tekercsátmérőnél nagyobb távolságoknál a mező 1/r³-ként esik le (dipólusról), míg az egyenes vezeték mezője 1/r-ként esik le (hosszú vezetékről). Tehát a tekercs távoli-mezős EMI-je sokkal alacsonyabb.
Egy L hosszúságú egyenes vezetéknél a H ∝ I × L / (4π r²) távoli-mágneses mező egy pontforráshoz? Valójában egy hosszú vezetéknél H=I / (2π r). N menetes tekercs esetén a sugár, H=I × N × a² / (2 r³). R=1 m, L=1 m, I=10 A: H_egyenes=10 / (2π × 1)=1.6 A/m=2 µT (kb.). Tekercs esetén: a=0.0125 m, N=L_vezeték / (π × D)=1.0 / (π × 0,025) ≈ 13 fordulat. H_tekercs=10 × 13 × (0,0125)² / (2 × 1³)=10 × 13 × 0,000156 / 2=0.020 / 2=0.01 A/m=0.0125 µT – 160× alacsonyabb.
Gyakorlati vonatkozások
| Alkalmazás | EMI érzékenység | Előnyben részesített fűtési típus | Megjegyzések |
|---|---|---|---|
| Általános ipari | Alacsony | Egyenes vagy tekercselt (bármilyen) | Az EMI nem aggaszt |
| Laboratórium érzékeny műszerek közelében (pH-mérők, mérlegek) | Mérsékelt | Tekercses huzal | Csökkentett EMI |
| Orvosi berendezések (betegfigyelés) | Magas | Tekercses huzal + árnyékolás | Szükség lehet még árnyékolásra |
| Rádiócsillagászat, NMR | Szélső | Dupla-tekercs (ellentekercs-) vagy egyenáramú fűtés | Kerülje az AC fűtőtesteket |
| Lakossági (akvárium, medence) | Alacsony | Bármilyen | Nem szabályozott |
Mezőpélda
Egy laboratórium egyenes{0}}vezetékes PFA-melegítőt használt egy érzékeny pH-mérő melletti vízfürdőben. A pH-mérő 0,05 pH-egységet mutatott, amikor a fűtés be volt kapcsolva (50 Hz-es interferencia). A labor egy tekercses{5}}vezetékes PFA-fűtőre váltott (ugyanolyan watt). Az interferencia 0,01 pH-egységre csökkent – elfogadható. A tekercses fűtés 20%-kal többe került, de megoldotta a problémát.
Következtetés: A tekercses vezeték 100-200-szorosára csökkenti az EMI-t az egyenes vezetékhez képest
A tekercselt huzalelemmel rendelkező PFA fűtőelem 100–200-szor kevesebb elektromágneses interferenciát (EMI) generál 50 Hz-en, mint az azonos hosszúságú egyenes{3}huzalelem. A tekercselem kis effektív hurokfelülete (tekercs keresztmetszete-) és gyors közeli-mezőcsillapítása (1/r³ vs. 1/r) csökkenti a távoli-mágneses tereket. Az EMI-re érzékeny alkalmazásokhoz (laboratóriumi műszerek, orvosi berendezések) adja meg a tekercses huzalfűtőket. Általános ipari felhasználás esetén a különbség elhanyagolható. A tekercs tartalmazza a mezőt; az egyenes vezeték azt sugározza. 50 Hz-en az EMI ritkán okoz gondot, de ha igen, akkor a tekercs a megoldás. Válasszon a szomszédok alapján. Ha panaszkodnak, tekerd fel. Ha nem, akkor a direkt jó. De tudd, hogy a tekercs halkabb. Sokkal halkabb. 160× halkabb. Ez a tudomány.
