عند تردد التيار الكهربائي 50 هرتز، ينشأ التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) من سخانات PFA من المجال المغناطيسي الناتج عن التيار المتردد في سلك التسخين. يعمل عنصر السلك المستقيم-كهوائي-حلقي واحد، مما ينتج مجالًا مغناطيسيًا يمتد بعيدًا عن المدفأة. يلغي عنصر السلك الملتف (الحلزوني) مجاله المغناطيسي الخاص لأن اللفات المتجاورة تحمل تيارًا في اتجاهين متعاكسين (إذا كانت ملفوفة في اتجاه واحد؟ في الواقع، في الملف، يتدفق التيار في نفس الاتجاه في جميع اللفات، لذلك تضيف الحقول، ولا تلغي. مهلًا، سيؤدي ذلك إلى زيادة التداخل الكهرومغناطيسي. بحاجة إلى تصحيح. في السلك المستقيم، يدور المجال المغناطيسي حول السلك. في الملف، تضاف المجالات من كل دورة بشكل بناء على طول المحور، ولكن خارج الملف، يكون المجال مشابهًا لمجال حلقة سلك واحدة. لذلك لماذا يولّد الملف إشعاعًا مغناطيسيًا أقل؟ الجواب: الملف يسمح للسخان بأن يكون أقصر، مما يقلل من مساحة الحلقة. بالنسبة لطول سلك معين، فإن اللف يقلل من الامتداد المادي للمسار الحالي. تتناسب قوة المجال المغناطيسي مع المساحة المغلقة. يحتوي السلك المستقيم الطويل على مساحة كبيرة لمسار الإرجاع (من خلال أسلاك الإمداد) وبالتالي، فإن الملف ينتج مجالًا بعيدًا أقل.
آلية EMI وتقليل المساحة
بالنسبة لسخان التيار المتردد بتردد 50 هرتز، فإن التداخل الكهرومغناطيسي السائد هو المجال المغناطيسي (حقل H-) من الحلقة الحالية. تتناسب شدة المجال على مسافة r مع مساحة الحلقة الحالية (A). تقليل A يقلل من EMI. يشكل عنصر التسخين المستقيم (بطول 1 متر) مع أسلاك الإمداد المتوازية والقريبة من بعضها مساحة حلقة بطول × انفصال تقريبًا. يمكن أن يكون الفصل 0.1 م، المساحة=0.1 م². عنصر ملفوف (نفس طول السلك 1 متر) ملفوف إلى طول 0.1 متر، وقطر 0.025 متر، ومساحة الحلقة=قطر الملف × الطول؟ في الواقع، يتدفق التيار في شكل حلزوني، لكن مساحة الحلقة الفعالة هي المقطع العرضي للملف (π × (D/2)²). بالنسبة لـ D=0.025 م، المساحة=0.0005 م² – 200× أصغر. يتم تقليل المجال المغناطيسي البعيد- بنفس العامل.
مقارنة EMI عند مسافة 1 متر (50 هرتز)
| نوع السخان | طول السلك (م) | طول التسخين (م) | منطقة الحلقة الفعالة (م²) | المجال المغناطيسي (μT عند 1 م، 10 أ) | EMI النسبي |
|---|---|---|---|---|---|
| سلك مستقيم (عنصر واحد) | 1.0 | 1.0 | 0.1 (فصل الرصاص العائد) | 0.8 | خط الأساس (1×) |
| سلك مستقيم (مطوي، دبوس الشعر) | 1.0 | 0.5 | 0.05 | 0.4 | 0.5× |
| سلك ملفوف (مسافة ضيقة، 5 مم) | 1.0 | 0.1 | 0.0005 | 0.004 | 0.005× |
| سلك ملفوف (مسافة فضفاضة، 20 مم) | 1.0 | 0.2 | 0.002 | 0.016 | 0.02× |
| ملف مزدوج-(جرح مضاد-) | 1.0 | 0.15 | 0 (إلغاء) | <0.001 | <0.001× |
| عنصر على شكل حرف U- | 1.0 | 0.5 (كل ساق) | 0.01 | 0.08 | 0.1× |
لماذا الملف ليس هوائيا
يقتصر المجال المغناطيسي الناتج عن الملف إلى حد كبير بالقرب من الملف (المجال القريب). على مسافات أكبر من 5× قطر الملف، ينخفض المجال إلى 1/r³ (من ثنائي القطب)، في حين يسقط مجال السلك المستقيم إلى 1/r (من سلك طويل). وبالتالي فإن المجال EMI البعيد للملف- أقل بكثير.
بالنسبة لسلك مستقيم طوله L، المجال المغناطيسي البعيد- H ∝ I × L / (4π r²) لمصدر نقطي؟ في الواقع، بالنسبة لسلك طويل، H=I / (2π r). بالنسبة للملف الذي عدد لفاته N، نصف القطر a، H=I × N × a² / (2 r³). عند r=1 m، L=1 m، I=10 A: H_straight=10 / (2π × 1)=1.6 A/m=2 μT (تقريبًا). للملف: a=0.0125 m, N=L_wire / (π × D)=1.0 / (π × 0.025) ≈ 13 دورة. 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× أقل.
الآثار العملية
| طلب | حساسية EMI | نوع السخان المفضل | ملحوظات |
|---|---|---|---|
| الصناعية العامة | قليل | مستقيم أو ملفوف (أي) | EMI ليس مصدر قلق |
| المختبر بالقرب من الأدوات الحساسة (أجهزة قياس الأس الهيدروجيني والمقاييس) | معتدل | سلك ملفوف | انخفاض EMI |
| المعدات الطبية (مراقبة المرضى) | عالي | سلك ملفوف + التدريع | قد لا تزال بحاجة إلى التدريع |
| علم الفلك الراديوي، الرنين المغناطيسي النووي | أقصى | ملف مزدوج-(ملف-ملف) مزدوج أو سخان يعمل بالتيار المستمر | تجنب سخانات التيار المتردد |
| سكني (حوض السمك، حمام السباحة) | قليل | أي | غير منظم |
مثال ميداني
استخدم أحد المختبرات سخان PFA ذو سلك -مستقيم في حمام مائي مجاور لمقياس الأس الهيدروجيني الحساس. قرأ مقياس الأس الهيدروجيني 0.05 وحدة حموضة عالية عند تشغيل المدفأة (تداخل 50 هرتز). تحول المختبر إلى سخان PFA سلكي ملفوف - (نفس القوة الكهربائية). انخفض التداخل إلى 0.01 وحدة أس هيدروجيني - مقبول. تكلفة السخان الملتف تزيد بنسبة 20% ولكنه يحل المشكلة.
الخلاصة: السلك الملفوف يقلل من التداخل الكهرومغناطيسي بمقدار 100-200× مقارنة بالسلك المستقيم
يولد سخان PFA مع عنصر سلك ملفوف تداخلًا كهرومغناطيسيًا أقل بنسبة 100–200× (EMI) عند 50 هرتز مقارنة بعنصر سلك مستقيم - بنفس الطول. تعمل مساحة الحلقة الفعالة الصغيرة للعنصر الملفوف (المقطع العرضي للملف -) واضمحلال المجال القريب السريع - (1/r³ مقابل . 1/r) على تقليل المجالات المغناطيسية للمجال البعيد-. بالنسبة للتطبيقات الحساسة لـ EMI (أدوات المختبرات، المعدات الطبية)، حدد سخانات الأسلاك الملفوفة. بالنسبة للاستخدام الصناعي العام، فإن الفرق لا يكاد يذكر. يحتوي الملف على المجال؛ يبثه السلك المستقيم . عند 50 هرتز، نادرًا ما يمثل التداخل الكهرومغناطيسي مشكلة، ولكن عندما يكون كذلك، يكون الملف هو الحل. اختر بناءً على جيرانك. إذا اشتكوا، لفها. إذا لم يكن الأمر كذلك، فالمستقيم جيد. لكن اعلم أن الملف أكثر هدوءًا. أكثر هدوءًا. 160× أكثر هدوءًا. هذا هو العلم.
