صفحه نمایش های الکترومغناطیسی به طور گسترده در صنعت استفاده می شود. آنها برای از بین بردن اثرات مضر برخی از عناصر یک دستگاه الکتریکی بر روی سایرین، برای محافظت از پرسنل و تجهیزات از اثرات میدان های خارجی که در حین کار دستگاه های دیگر رخ می دهد، خدمت می کنند. "کونچ" میدان مغناطیسی خارجی در ایجاد آزمایشگاه های در نظر گرفته شده برای تنظیم و آزمایش تجهیزات بسیار حساس ضروری است. همچنین در پزشکی و مناطقی از علم که اندازه‌گیری میدان‌هایی با القای فوق‌العاده کم انجام می‌شود، مورد نیاز است. برای محافظت از اطلاعات در حین انتقال آن از طریق کابل.
روش
محافظ میدان مغناطیسی مجموعه ای از روش ها برای کاهش قدرت یک میدان ثابت یا متناوب در یک منطقه خاص از فضا است. یک میدان مغناطیسی، بر خلاف میدان الکتریکی، نمی تواند به طور کامل تضعیف شود.
در صنعت، میدان های سرگردان از ترانسفورماتورها، آهنرباهای دائمی، تاسیسات و مدارهای جریان بالا بیشترین تأثیر زیست محیطی را دارند. آنها می توانند به طور کامل عملکرد عادی وسایل همسایه را مختل کنند.
پر استفاده 2روش حفاظت:
- استفاده از صفحات ساخته شده از مواد ابررسانا یا فرومغناطیسی. این در حضور میدان مغناطیسی ثابت یا با فرکانس پایین موثر است.
- روش جبران (میرایی جریان گردابی). جریان های گردابی جریان های الکتریکی حجیمی هستند که با تغییر شار مغناطیسی در یک هادی ایجاد می شوند. این روش بهترین نتایج را برای فیلدهای فرکانس بالا نشان می دهد.
اصول
اصول محافظت از میدان مغناطیسی بر اساس الگوهای انتشار میدان مغناطیسی در فضا است. بر این اساس، برای هر یک از روش های ذکر شده در بالا، آنها به شرح زیر هستند:
- اگر یک سلف را در محفظه ای از فرومغناطیس قرار دهید، خطوط القای میدان مغناطیسی خارجی از امتداد دیواره های صفحه محافظ عبور می کند، زیرا مقاومت مغناطیسی کمتری نسبت به فضای داخل آن دارد.. خطوط نیرویی که توسط خود سیم پیچ القا می شوند نیز تقریباً همه به دیواره های بدنه بسته می شوند. برای بهترین محافظت در این مورد، لازم است مواد فرومغناطیسی را انتخاب کنید که دارای نفوذپذیری مغناطیسی بالایی هستند. در عمل بیشتر از آلیاژهای آهن استفاده می شود. به منظور افزایش قابلیت اطمینان صفحه نمایش، آن را با دیواره های ضخیم یا پیش ساخته از چندین پوشش ساخته می شود. از معایب این طرح می توان به وزن زیاد، حجیم بودن و خراب شدن محافظ در صورت وجود درز و بریدگی در دیواره های بدنه آن اشاره کرد.
- در روش دوم، تضعیف میدان مغناطیسی خارجیدر نتیجه تحمیل میدان دیگری به آن، ناشی از جریان های گردابی حلقه رخ می دهد. جهت آن برخلاف خطوط القایی میدان اول است. با افزایش فرکانس، میرایی بیشتر می شود. در این حالت از صفحاتی به شکل حلقه هادی با مقاومت کم برای محافظت استفاده می شود. جعبه های استوانه ای شکل ساخته شده از مس یا آلومینیوم اغلب به عنوان روکش صفحه نمایش استفاده می شود.
ویژگی های کلیدی
3 ویژگی اصلی برای توصیف فرآیند محافظ وجود دارد:
- عمق نفوذ میدان مغناطیسی معادل. پس بیایید ادامه دهیم. این رقم برای اثر غربالگری جریان های گردابی استفاده می شود. هرچه مقدار آن کوچکتر باشد، جریان بیشتری در لایه های سطحی پوشش محافظ جریان می یابد. بر این اساس، میدان مغناطیسی القا شده توسط آن بیشتر است که میدان خارجی را جابجا می کند. عمق معادل با فرمول زیر تعیین می شود. در این فرمول، ρ و Μr به ترتیب مقاومت و نفوذپذیری مغناطیسی نسبی مواد صفحه نمایش هستند (واحدهای اندازه گیری اولین مقدار Ohm∙m هستند). f فرکانس میدان است که در مگاهرتز اندازه گیری می شود.
- بازده محافظ e - نسبت قدرت میدان مغناطیسی در فضای محافظ در غیاب و حضور سپر. این مقدار هر چه بیشتر باشد، ضخامت صفحه نمایش و نفوذپذیری مغناطیسی مواد آن بیشتر است. نفوذپذیری مغناطیسی یک شاخص است که مشخص می کند چند برابر القاء در یک ماده استمتفاوت از آن در خلاء.
- کاهش قدرت میدان مغناطیسی و چگالی جریان گردابی در عمق x از سطح پوشش محافظ. شاخص با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود. در اینجا A0 مقدار روی سطح صفحه نمایش است، x0 عمقی است که در آن شدت یا چگالی جریان e بار کاهش می یابد.
طرحهای صفحه نمایش
روکش های محافظ برای محافظت از میدان مغناطیسی را می توان در طرح های مختلف ساخت:
- ورق و عظیم؛
- به شکل لوله ها و محفظه های توخالی با بخش استوانه ای یا مستطیلی شکل؛
- تک لایه و چند لایه، با شکاف هوا.
از آنجایی که محاسبه تعداد لایه‌ها نسبتاً پیچیده است، این مقدار اغلب از کتاب‌های مرجع انتخاب می‌شود، بر اساس منحنی‌های بازده محافظ که به‌طور تجربی به‌دست آمده‌اند. برش و درز در جعبه ها فقط در امتداد خطوط جریان گردابی مجاز است. در غیر این صورت، اثر محافظ کاهش می یابد.
در عمل، به دست آوردن ضریب محافظ بالا دشوار است، زیرا همیشه باید سوراخ هایی برای ورود کابل، تهویه و نگهداری تاسیسات ایجاد کرد. برای سیم‌پیچ‌ها، روکش‌های بدون درز با استفاده از روش اکستروژن ورق ساخته می‌شوند و پایین صفحه استوانه‌ای به عنوان یک پوشش قابل جابجایی عمل می‌کند.
علاوه بر این، هنگام برخورد عناصر سازه ای، ترک هایی به دلیل بی نظمی سطح ایجاد می شود. برای از بین بردن آنها، استفاده کنیدگیره یا واشر مکانیکی ساخته شده از مواد رسانا. آنها در اندازه های مختلف و با خواص متفاوت موجود هستند.
جریان های گردابی جریان هایی هستند که گردش آنها بسیار کمتر است، اما می توانند از نفوذ میدان مغناطیسی از طریق صفحه نمایش جلوگیری کنند. در صورت وجود تعداد زیادی سوراخ در پوشش، کاهش ضریب محافظ طبق یک وابستگی لگاریتمی رخ می دهد. کوچکترین مقدار آن با سوراخ های تکنولوژیکی با اندازه بزرگ مشاهده می شود. بنابراین توصیه می شود به جای یک سوراخ بزرگ، چندین سوراخ کوچک طراحی کنید. اگر نیاز به استفاده از سوراخ های استاندارد (برای ورود کابل و سایر نیازها) باشد، از موجبرهای ماورایی استفاده می شود.
در میدان مغناطیسی استاتیکی که توسط جریان های الکتریکی مستقیم ایجاد می شود، وظیفه صفحه نمایش شنت خطوط میدان است. عنصر محافظ تا حد امکان نزدیک به منبع نصب می شود. به زمین نیازی نیست. اثربخشی محافظ به نفوذپذیری مغناطیسی و ضخامت مواد محافظ بستگی دارد. به عنوان دومی، از فولادها، آلیاژهای پرمالی و مغناطیسی با نفوذپذیری مغناطیسی بالا استفاده می شود.
محافظت مسیرهای کابل عمدتاً به دو روش انجام می شود - با استفاده از کابل های دارای جفت تابیده محافظ یا محافظت شده و لوله گذاری در جعبه ها (یا درج های آلومینیومی).
صفحه نمایش های فوق رسانا
عملکرد صفحات مغناطیسی ابررسانا بر اساس اثر مایسنر است. این پدیده در این واقعیت است که جسمی در یک میدان مغناطیسی به حالت ابررسانا می رود. در همان زمان، مغناطیسینفوذپذیری پوشش برابر با صفر می شود، یعنی از میدان مغناطیسی عبور نمی کند. به طور کامل در حجم بدن داده شده جبران می شود.
مزیت چنین عناصری این است که بسیار کارآمدتر هستند، محافظت در برابر یک میدان مغناطیسی خارجی به فرکانس بستگی ندارد، و اثر جبرانی می تواند برای مدت طولانی خودسرانه دوام بیاورد. با این حال، در عمل، اثر مایسنر کامل نیست، زیرا در صفحات واقعی ساخته شده از مواد ابررسانا همیشه ناهمگونی های ساختاری وجود دارد که منجر به به دام انداختن شار مغناطیسی می شود. این اثر یک مشکل جدی برای ایجاد پوشش‌هایی به منظور محافظت از میدان مغناطیسی است. ضریب تضعیف میدان مغناطیسی هر چه بیشتر باشد، خلوص شیمیایی ماده بالاتر است. در آزمایش‌ها، بهترین عملکرد برای سرب مشخص شد.
دیگر معایب مواد محافظ میدان مغناطیسی ابررسانا عبارتند از:
- هزینه بالا؛
- وجود میدان مغناطیسی باقیمانده؛
- ظاهر حالت ابررسانایی فقط در دماهای پایین؛
- ناتوانی در عملکرد در میدان های مغناطیسی بالا.
مواد
اغلب از صفحات فولاد کربنی برای محافظت در برابر میدان مغناطیسی استفاده می شود، زیرا آنها برای جوشکاری، لحیم کاری بسیار سازگار هستند، ارزان هستند و با مقاومت در برابر خوردگی خوب مشخص می شوند. علاوه بر آنها، موادی مانند:
- فویل آلومینیوم فنی؛
- آلیاژ مغناطیسی نرم آهن، آلومینیوم و سیلیکون (alsifer);
- مس;
- شیشه با پوشش رسانا؛
- روی؛
- فولاد ترانسفورماتور;
- لعاب ها و لاک های رسانا؛
- برنج;
- پارچه های فلزی.
از نظر ساختاری، آنها را می توان به شکل ورق، توری و فویل ساخت. مواد ورق محافظت بهتری را ارائه می دهند و مواد مشبک برای مونتاژ راحت تر هستند - می توان آنها را با جوش نقطه ای در فواصل 10-15 میلی متری به یکدیگر متصل کرد. برای اطمینان از مقاومت در برابر خوردگی، شبکه ها لاک زده می شوند.
توصیه هایی برای انتخاب مواد
هنگام انتخاب ماده ای برای صفحه های محافظ، توصیه های زیر راهنمایی می شود:
- در میدان های ضعیف از آلیاژهایی با نفوذپذیری مغناطیسی بالا استفاده می شود. پیشرفته ترین آنها از نظر فن آوری، پرمالوی است که به خوبی در برابر فشار و برش مناسب است. قدرت میدان مغناطیسی مورد نیاز برای مغناطیس زدایی کامل و همچنین مقاومت الکتریکی، عمدتاً به درصد نیکل بستگی دارد. با مقدار این عنصر، آلیاژهای پرمالی با نیکل کم (تا 50٪) و نیکل بالا (تا 80٪) متمایز می شوند.
- برای کاهش تلفات انرژی در یک میدان مغناطیسی متناوب، روکش ها یا از یک هادی خوب یا از یک عایق قرار می گیرند.
- برای فرکانس میدانی بیش از 10 مگاهرتز، روکش‌های فیلم نقره یا مس با ضخامت 0.1 میلی‌متر یا بیشتر (صفحه‌های ساخته شده از گتیناک‌های روکش شده با فویل و سایر مواد عایق)، و همچنین مس، آلومینیوم و برنج، جلوه خوبی می دهد. برای محافظت از مس در برابر اکسیداسیون، آن را با نقره پوشانده اند.
- ضخامتمواد به فرکانس f بستگی دارد. هرچه f کمتر باشد، ضخامت باید بیشتر باشد تا به همان اثر محافظتی دست یابیم. در فرکانس های بالا، برای ساخت روکش از هر ماده ای، ضخامت 0.5-1.5 میلی متر کافی است.
- برای میدان هایی با f بالا، فرومغناطیس استفاده نمی شود، زیرا مقاومت بالایی دارند و منجر به تلفات انرژی زیادی می شوند. مواد بسیار رسانا به جز فولاد نیز نباید برای محافظت از میدان های مغناطیسی دائمی استفاده شوند.
- برای محافظت در محدوده وسیع f، مواد چند لایه (ورق های فولادی با لایه فلزی بسیار رسانا) راه حل بهینه هستند.
قوانین کلی انتخاب به شرح زیر است:
- فرکانس‌های بالا مواد بسیار رسانا هستند.
- فرکانس‌های پایین موادی با نفوذپذیری مغناطیسی بالا هستند. غربالگری در این مورد یکی از سخت ترین کارها است، زیرا طراحی صفحه محافظ را سنگین تر و پیچیده تر می کند.
نوارهای فویل
نوارهای محافظ فویل برای اهداف زیر استفاده می شود:
- محافظت از تداخل الکترومغناطیسی پهنای باند. اغلب آنها برای درب ها و دیوارهای کابینت های الکتریکی با دستگاه ها و همچنین برای تشکیل صفحه نمایش در اطراف عناصر جداگانه (سلونوئیدها، رله ها) و کابل ها استفاده می شوند.
- حذف بار استاتیکی که در دستگاه های حاوی نیمه هادی ها و لوله های پرتو کاتدی و همچنین در دستگاه هایی که برای ورودی/خروجی اطلاعات ازکامپیوتر.
- به عنوان جزئی از مدارهای زمین.
- برای کاهش اندرکنش الکترواستاتیکی بین سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور.
از نظر ساختاری، آنها بر اساس یک ماده چسبنده رسانا (رزین اکریلیک) و فویل (با سطح موجدار یا صاف) ساخته شده از انواع فلز زیر هستند:
- آلومینیوم؛
- مس;
- مس قلع شده (برای لحیم کاری و محافظت بهتر در برابر خوردگی).
مواد پلیمری
در آن دسته از دستگاه هایی که در کنار محافظت از میدان مغناطیسی، محافظت در برابر آسیب های مکانیکی و جذب ضربه مورد نیاز است، از مواد پلیمری استفاده می شود. آنها به شکل پدهای فوم پلی اورتان پوشیده شده با یک فیلم پلی استر، بر اساس یک چسب اکریلیک ساخته شده اند.
در تولید مانیتورهای کریستال مایع از مهر و موم اکریلیک ساخته شده از پارچه رسانا استفاده می شود. در لایه چسب اکریلیک یک ماتریس رسانای سه بعدی ساخته شده از ذرات رسانا قرار دارد. این ماده به دلیل خاصیت ارتجاعی، تنش های مکانیکی را نیز به طور موثر جذب می کند.
روش جبران
اصل روش محافظ جبرانی ایجاد مصنوعی میدان مغناطیسی است که مخالف میدان خارجی است. این معمولاً با سیستم کویل هلمهولتز به دست می آید. از 2 سیم پیچ نازک یکسان تشکیل شده است که به صورت هم محور در فاصله شعاع آنها قرار گرفته اند. برق از آنها عبور می کند. میدان مغناطیسی القا شده توسط سیم پیچ ها بسیار یکنواخت است.
قطع محافظهمچنین توسط پلاسما تولید می شود. این پدیده در توزیع میدان مغناطیسی در فضا در نظر گرفته شده است.
محافظ کابل
محافظت از میدان مغناطیسی هنگام گذاشتن کابل ها ضروری است. جریان های الکتریکی القا شده در آنها می تواند ناشی از گنجاندن لوازم خانگی در اتاق (تهویه مطبوع، لامپ های فلورسنت، تلفن) و همچنین آسانسور در معادن باشد. این عوامل تأثیر زیادی بر سیستم های ارتباط دیجیتالی دارند که بر روی پروتکل هایی با باند فرکانسی گسترده کار می کنند. این به دلیل تفاوت اندک بین قدرت سیگنال مفید و نویز در قسمت بالای طیف است. علاوه بر این، انرژی الکترومغناطیسی ساطع شده از سیستم های کابلی بر سلامت پرسنل شاغل در محل تأثیر منفی می گذارد.
گفتگوی متقابل بین جفت سیم ها به دلیل وجود جفت خازنی و القایی بین آنها اتفاق می افتد. انرژی الکترومغناطیسی کابل ها نیز به دلیل ناهمگونی امپدانس موج آنها منعکس شده و به صورت تلفات حرارتی ضعیف می شود. در نتیجه تضعیف، قدرت سیگنال در انتهای خطوط طولانی صدها بار کاهش می یابد.
در حال حاضر، 3 روش محافظ مسیرهای کابل در صنعت برق اعمال می شود:
- استفاده از جعبه های تمام فلزی (استیل یا آلومینیوم) و یا نصب درج های فلزی در پلاستیک. با افزایش فرکانس میدان، توانایی غربالگری آلومینیوم کاهش می یابد. نقطه ضعف آن نیز هزینه بالای جعبه ها است. برای کابل کشی طولانی وجود داردمشکل اطمینان از تماس الکتریکی تک تک عناصر و زمین شدن آنها برای اطمینان از پتانسیل صفر جعبه.
- از کابل های محافظ استفاده کنید. این روش حداکثر محافظت را فراهم می کند زیرا غلاف خود کابل را احاطه کرده است.
- رسوب خلاء فلز در کانال PVC. این روش در فرکانس های تا 200 مگاهرتز بی اثر است. "خاموش شدن" میدان مغناطیسی در مقایسه با قرار دادن کابل در جعبه های فلزی به دلیل مقاومت بالا ده برابر کمتر است.
انواع کابل
دو نوع کابل محافظ وجود دارد:
- با صفحه نمایش مشترک. در اطراف هادی های رشته ای محافظت نشده قرار دارد. عیب چنین کابل هایی این است که تداخل زیاد (5 تا 10 برابر بیشتر از جفت های محافظ) وجود دارد، به خصوص بین جفت هایی با گام پیچشی یکسان.
- کابل‌ها با جفت‌های پیچ خورده محافظ. همه جفت ها به صورت جداگانه محافظت می شوند. به دلیل هزینه بالاتر، اغلب در شبکه هایی با الزامات ایمنی سختگیرانه و در اتاق هایی با محیط الکترومغناطیسی دشوار استفاده می شود. استفاده از چنین کابل هایی به صورت موازی باعث کاهش فاصله بین آنها می شود. این باعث کاهش هزینه ها در مقایسه با مسیریابی تقسیم می شود.
کابل شیلددار جفت پیچ خورده یک جفت هادی عایق بندی شده است (تعداد آنها معمولاً از 2 تا 8 است). این طراحی تداخل را کاهش می دهد.بین هادی ها جفت های بدون محافظ نیازی به اتصال به زمین ندارند، انعطاف پذیری بیشتر، ابعاد عرضی کوچکتر و سهولت نصب دارند. جفت محافظ در برابر تداخل الکترومغناطیسی و انتقال داده با کیفیت بالا از طریق شبکه ها محافظت می کند.
سیستم های اطلاعاتی همچنین از محافظ دو لایه استفاده می کنند که شامل محافظت از جفت های پیچ خورده به شکل یک نوار پلاستیکی متالایزه یا فویل و یک نوار فلزی معمولی است. برای محافظت مؤثر در برابر میدان مغناطیسی، چنین سیستم های کابلی باید به درستی زمین شوند.
