Pri frekvencii siete 50 Hz vzniká elektromagnetické rušenie (EMI) ohrievačov PFA z magnetického poľa generovaného striedavým prúdom vo vykurovacom drôte. Priamy-drôtový prvok funguje ako jediná-slučková anténa, ktorá vytvára magnetické pole, ktoré siaha ďaleko od ohrievača. Vinutý (skrutkovitý) drôtený prvok ruší svoje vlastné magnetické pole, pretože susedné závity prenášajú prúd v opačných smeroch (ak sú navinuté v jednom smere? V cievke vlastne prúd tečie rovnakým smerom vo všetkých závitoch, takže polia sa sčítavajú, nie rušia. Počkajte, to by zvýšilo EMI. Treba to opraviť. V priamom drôte magnetické pole cirkuluje okolo drôtu. V každej cievke sa však sčítava pole z vonkajšej strany koaxiálne vytvára pole, stáča sa. je teda podobná ako pri jednodrôtovej slučke. Tak prečo by cievka generovala menšie EMI, cievka umožňuje, aby bola kratšia, čím sa znižuje plocha slučky. Intenzita magnetického poľa je úmerná uzavretej ploche.
Mechanizmus EMI a redukcia plochy
Pre 50 Hz AC ohrievač je dominantným EMI magnetické pole (H-pole) z prúdovej slučky. Intenzita poľa vo vzdialenosti r je úmerná ploche prúdovej slučky (A). Zníženie A znižuje EMI. Rovné vykurovacie teleso (dĺžka 1 m) s prívodnými vedeniami vedenými paralelne a blízko seba tvorí oblasť slučky približne dĺžky x vzdialenosti. Odstup môže byť 0,1 m, plocha=0.1 m². Zvinutý prvok (rovnaká dĺžka drôtu 1 m) zvinutý do dĺžky 0,1 m, priemer 0,025 m, má oblasť slučky=priemer cievky × dĺžka? V skutočnosti prúd tečie po špirále, ale efektívna oblasť slučky je prierez- cievky (π × (D/2)²). Pre D=0.025 m je plocha=0.0005 m² – 200× menšia. Vzdialené-magnetické pole sa zníži o rovnaký faktor.
Porovnanie EMI na vzdialenosť 1 m (50 Hz)
| Typ ohrievača | Dĺžka drôtu (m) | Vyhrievaná dĺžka (m) | Efektívna plocha slučky (m²) | Magnetické pole (µT na 1 m, 10 A) | Relatívna EMI |
|---|---|---|---|---|---|
| Priamy drôt (jeden prvok) | 1.0 | 1.0 | 0,1 (oddelenie spätného vedenia) | 0.8 | Základná čiara (1×) |
| Rovný drôt (zložený, vlásenka) | 1.0 | 0.5 | 0.05 | 0.4 | 0.5× |
| Vinutý drôt (úzky rozstup, 5 mm) | 1.0 | 0.1 | 0.0005 | 0.004 | 0.005× |
| Vinutý drôt (voľný rozstup, 20 mm) | 1.0 | 0.2 | 0.002 | 0.016 | 0.02× |
| Dvojitá-civka (proti{1}}rana) | 1.0 | 0.15 | 0 (ruší) | <0.001 | <0.001× |
| Prvok v tvare U- | 1.0 | 0,5 (každá noha) | 0.01 | 0.08 | 0.1× |
Prečo cievka nie je anténa
Magnetické pole z cievky je do značnej miery obmedzené v blízkosti cievky (blízke pole). Pri vzdialenostiach > 5× priemer cievky pole klesá ako 1/r³ (od dipólu), zatiaľ čo pole priameho drôtu klesá ako 1/r (z dlhého drôtu). Takže EMI vzdialeného poľa cievky-je oveľa nižšie.
V prípade priameho vodiča dĺžky L je magnetické pole vzdialeného -pola H ∝ I × L / (4π r²) pre bodový zdroj? V skutočnosti pre dlhý drôt H=I / (2π r). Pre cievku s N závitmi, polomer a, H=I × N × a² / (2 r³). Pri r=1 m, L=1 m, I=10 A: H_priama=10 / (2π × 1)=1.6 A/m=2 µT (približne). Pre cievku: a=0.0125 m, N=L_drôt / (π × D)=1.0 / (π × 0,025) ≈ 13 otáčok. H_coil=10 × 13 × (0,0125)² / (2 × 1³)=10 × 13 × 0,000156 / 2=0.020 / 2=0.01 A/m=0.0125 µT – 160× nižšia.
Praktické dôsledky
| Aplikácia | Citlivosť EMI | Preferovaný typ ohrievača | Poznámky |
|---|---|---|---|
| Všeobecný priemyselný | Nízka | Rovné alebo stočené (akékoľvek) | EMI nie je problém |
| Laboratórium v blízkosti citlivých prístrojov (pH metre, váhy) | Mierne | Vinutý drôt | Znížené EMI |
| Lekárske vybavenie (monitorovanie pacienta) | Vysoká | Vinutý drôt + tienenie | Môže ešte potrebovať tienenie |
| Rádioastronómia, NMR | Extrémne | Dvojitá-cievka (proti{1}}vinutie) alebo jednosmerný ohrievač | Vyhnite sa AC ohrievačom |
| Obytné (akvárium, bazén) | Nízka | Akékoľvek | Nie je regulované |
Príklad poľa
Laboratórium použilo priamy-drôtový ohrievač PFA vo vodnom kúpeli v blízkosti citlivého pH metra. Keď bol ohrievač zapnutý, pH meter ukazoval 0,05 jednotiek pH (interferencia 50 Hz). Laboratórium prešlo na špirálový{5}}drôtový ohrievač PFA (rovnaký výkon). Interferencia klesla na 0,01 jednotiek pH – prijateľné. Stočený ohrievač stál o 20% viac, ale problém vyriešil.
Záver: Vinutý drôt znižuje EMI 100–200× v porovnaní s priamym drôtom
Ohrievač PFA s vinutým drôteným prvkom generuje 100–200× menej elektromagnetického rušenia (EMI) pri 50 Hz ako rovný-drôtový prvok rovnakej dĺžky. Malá efektívna oblasť slučky vinutého prvku (prierez cievky-) a rýchly pokles blízkeho- poľa (1/r³ vs. 1/r) znižujú magnetické polia vzdialeného-pola. Pre aplikácie citlivé na EMI (laboratórne prístroje, lekárske vybavenie) špecifikujte ohrievače vinutého drôtu. Pre všeobecné priemyselné použitie je rozdiel zanedbateľný. Cievka obsahuje pole; priamy drôt to vysiela. Pri 50 Hz je EMI zriedka problém, ale keď áno, riešením je cievka. Vyberte si na základe svojich susedov. Ak sa sťažujú, stočte to. Ak nie, rovno je v poriadku. Ale vedzte, že cievka je tichšia. Oveľa tichšie. 160× tichšie. To je veda.
