Электромагниттік экрандар өнеркәсіпте кеңінен қолданылады. Олар электрлік құрылғының кейбір элементтерінің басқаларына зиянды әсерін жоюға, қызметкерлер мен жабдықтарды басқа құрылғыларды пайдалану кезінде пайда болатын сыртқы өрістердің әсерінен қорғауға қызмет етеді. Сыртқы магнит өрісінің «сөндірілуі» сезімталдығы жоғары жабдықты реттеуге және сынауға арналған зертханаларды құру кезінде қажет. Ол сондай-ақ медицинада және ультра төмен индукциясы бар өрістерді өлшеу жүргізілетін ғылым салаларында қажет; ақпаратты кабельдер арқылы тасымалдау кезінде қорғау үшін.
Әдістер
Магниттік өрісті экрандау – кеңістіктің белгілі бір аймағында тұрақты немесе айнымалы өрістің күшін азайту тәсілдерінің жиынтығы. Магниттік өріс, электр өрісінен айырмашылығы, оны толығымен әлсірету мүмкін емес.
Өнеркәсіпте трансформаторлардан, тұрақты магниттерден, жоғары ток қондырғыларынан және тізбектерден адасып қалған өрістер қоршаған ортаға ең үлкен әсер етеді. Олар көрші құрылғылардың қалыпты жұмысын толығымен бұзуы мүмкін.
Ең көп қолданылатын 2қорғау әдісі:
- Асқын өткізгіш немесе ферромагниттік материалдардан жасалған экрандарды пайдалану. Бұл тұрақты немесе төмен жиілікті магнит өрісі болған кезде тиімді.
- Өтемақы әдісі (құйынды ток сөндіргіш). Құйынды токтар - магнит ағыны өзгерген кезде өткізгіште пайда болатын көлемді электр тогы. Бұл әдіс жоғары жиілікті өрістер үшін ең жақсы нәтижелерді көрсетеді.
Қағидалар
Магниттік өрісті экрандау принциптері магнит өрісінің кеңістікте таралу заңдылықтарына негізделген. Тиісінше, жоғарыда аталған әдістердің әрқайсысы үшін олар келесідей:
- Егер сіз индукторды ферромагнетиктен жасалған қаптамаға орналастырсаңыз, онда сыртқы магнит өрісінің индукция сызықтары қорғаныс экранының қабырғалары бойымен өтеді, өйткені оның ішіндегі кеңістікпен салыстырғанда оның магниттік кедергісі аз болады.. Катушканың өзі тудыратын күш сызықтары да корпустың қабырғаларына дерлік жабылады. Бұл жағдайда ең жақсы қорғаныс үшін магниттік өткізгіштігі жоғары ферромагниттік материалдарды таңдау қажет. Іс жүзінде темір қорытпалары жиі қолданылады. Экранның сенімділігін арттыру үшін оны қалың қабырғалы немесе бірнеше қаптамадан құрастырады. Бұл дизайнның кемшіліктері оның ауыр салмағы, көлемділігі және қаптаманың қабырғаларында тігістер мен кесулер болған кезде экрандаудың нашарлауы болып табылады.
- Екінші әдісте сыртқы магнит өрісінің әлсіреуіоған сақиналы құйынды токтармен индукцияланған басқа өрістің түсуі нәтижесінде пайда болады. Оның бағыты бірінші өрістің индукция сызықтарына қарама-қарсы. Жиілік артқан сайын әлсіреу айқынырақ болады. Бұл жағдайда экрандау үшін кедергісі төмен өткізгіштердің сақинасы түріндегі тақталар қолданылады. Мыс немесе алюминийден жасалған цилиндр тәрізді қораптар көбінесе экран қаптамалары ретінде пайдаланылады.
Негізгі мүмкіндіктер
Қорғау процесін сипаттайтын 3 негізгі сипаттама бар:
- Балама магнит өрісінің ену тереңдігі. Ендеше жалғастырайық. Бұл көрсеткіш құйынды токтардың скринингтік әсері үшін пайдаланылады. Оның мәні неғұрлым аз болса, қорғаныс қаптамасының беткі қабаттарында өтетін ток соғұрлым жоғары болады. Тиісінше, сыртқы өрісті ығыстыратын магнит өрісі соғұрлым үлкен болады. Эквивалентті тереңдік төмендегі формула бойынша анықталады. Бұл формулада ρ және Μr сәйкесінше экран материалының кедергісі және салыстырмалы магниттік өткізгіштігі (бірінші мәннің өлшем бірліктері Ом∙м); f – МГц-пен өлшенген өріс жиілігі.
- Қорғау тиімділігі e - экранның жоқтығы және бар болуы кезіндегі экрандалған кеңістіктегі магнит өрісінің кернеулігінің қатынасы. Бұл мән неғұрлым жоғары болса, экранның қалыңдығы және оның материалының магниттік өткізгіштігі соғұрлым жоғары болады. Магниттік өткізгіштік дегеніміз заттағы индукцияның неше еселігін сипаттайтын көрсеткішвакуумдағыдан басқаша.
- Қорғаныс қаптамасының бетінен x тереңдікте магнит өрісінің күші мен құйынды ток тығыздығының төмендеуі. Көрсеткіш төмендегі формула бойынша есептеледі. Мұнда A0 - экран бетіндегі мән, x0 - қарқындылық немесе ток тығыздығы e есе төмендейтін тереңдік.
Экран дизайны
Магниттік өрісті қорғауға арналған қорғаныс қақпақтары әртүрлі конструкцияларда жасалуы мүмкін:
- парақ және массивті;
- цилиндрлік немесе төртбұрышты қимасы бар қуыс түтіктер мен қаптамалар түріндегі;
- бірқабатты және көпқабатты, ауа саңылауы бар.
Қабаттар санын есептеу өте күрделі болғандықтан, бұл мән көбінесе эксперименталды түрде алынған экрандау тиімділігі қисықтарына сәйкес анықтамалық кітаптардан таңдалады. Жәшіктердегі кесулер мен тігістерді тек құйынды токтардың сызықтары бойынша жасауға рұқсат етіледі. Әйтпесе, қорғаныс әсері төмендейді.
Тәжірибеде жоғары экрандау коэффициентін алу қиын, өйткені әрқашан кабельді енгізу, желдету және қондырғыларға қызмет көрсету үшін тесіктер жасау қажет. Катушкалар үшін тігіссіз қаптамалар парақты экструзия әдісі арқылы жасалады, ал цилиндрлік экранның төменгі бөлігі алынбалы қақпақ ретінде қызмет етеді.
Сонымен қатар, құрылымдық элементтер жанасқанда, бетінің біркелкі болмауына байланысты жарықтар пайда болады. Оларды жою үшін пайдаланыңызмеханикалық қысқыштар немесе өткізгіш материалдардан жасалған тығыздағыштар. Олар әртүрлі өлшемдерде және әртүрлі қасиеттерде қол жетімді.
Құйынды токтар - бұл әлдеқайда аз айналатын токтар, бірақ олар экран арқылы магнит өрісінің енуіне жол бермеуге қабілетті. Корпустағы саңылаулардың көп саны болған жағдайда экрандау коэффициентінің төмендеуі логарифмдік тәуелділікке сәйкес жүреді. Оның ең аз мәні үлкен өлшемді технологиялық саңылаулармен байқалады. Сондықтан бір үлкен емес, бірнеше шағын тесіктерді жобалау ұсынылады. Стандартталған саңылауларды пайдалану қажет болса (кабельді енгізу және басқа қажеттіліктер үшін), онда трансценденттік толқын өткізгіштер қолданылады.
Тұрақты электр тогынан жасалған магнитостатикалық өрісте экранның міндеті өріс сызықтарын шунттау болып табылады. Қорғаныс элементі көзге мүмкіндігінше жақын орнатылады. Жерге қосу қажет емес. Қорғау тиімділігі магниттік өткізгіштікке және қалқан материалының қалыңдығына байланысты. Соңғысы ретінде магниттік өткізгіштігі жоғары болаттар, тұрақты қоспалар және магниттік қорытпалар қолданылады.
Кабельдік жолдарды экрандау негізінен екі әдіспен орындалады - экрандалған немесе қорғалған бұралған жұбы бар кабельдерді пайдалану және алюминий қораптарға (немесе кірістірулерге) төсеу.
Аса өткізгіш экрандар
Асқын өткізгіш магниттік экрандардың жұмысы Мейснер эффектісіне негізделген. Бұл құбылыс магнит өрісіндегі дененің асқын өткізгіш күйге өтуінен тұрады. Сонымен бірге магниттікқаптаманың өткізгіштігі нөлге тең болады, яғни магнит өрісінен өтпейді. Ол берілген дене көлемінде толығымен өтеледі.
Мұндай элементтердің артықшылығы - олар әлдеқайда тиімді, сыртқы магнит өрісінен қорғаныс жиілікке байланысты емес, компенсациялық әсер ерікті түрде ұзақ уақытқа созылуы мүмкін. Алайда, іс жүзінде Мейснер эффектісі толық емес, өйткені асқын өткізгіш материалдардан жасалған нақты экрандарда магнит ағынының ұсталуына әкелетін құрылымдық біртексіздік әрқашан болады. Бұл әсер магнит өрісін қорғау үшін қаптамаларды жасау үшін маңызды мәселе болып табылады. Магниттік өрістің әлсіреу коэффициенті неғұрлым үлкен болса, материалдың химиялық тазалығы соғұрлым жоғары болады. Эксперименттерде ең жақсы өнімділік қорғасын үшін белгіленді.
Аса өткізгіш магнит өрісін қорғайтын материалдардың басқа кемшіліктері:
- жоғары құны;
- қалдық магнит өрісінің болуы;
- төмен температурада ғана асқын өткізгіштік күйінің пайда болуы;
- жоғары магниттік өрістерде жұмыс істей алмау.
Материалдар
Көбінесе көміртекті болаттан жасалған экрандар магнит өрісінен қорғау үшін пайдаланылады, өйткені олар дәнекерлеуге, дәнекерлеуге жоғары бейімделеді, арзан және коррозияға жақсы төзімділігімен ерекшеленеді. Олардан басқа материалдар:
- техникалық алюминий фольга;
- темір, алюминий және кремнийдің жұмсақ магниттік қорытпасы (альсифер);
- мыс;
- өткізгіш қапталған шыны;
- мырыш;
- трансформаторлық болат;
- өткізгіш эмальдар мен лактар;
- жез;
- металлдандырылған маталар.
Құрылымдық жағынан олар парақтар, торлар және фольга түрінде жасалуы мүмкін. Парақ материалдары жақсырақ қорғауды қамтамасыз етеді, ал торлы материалдар құрастыруға ыңғайлы - оларды 10-15 мм қадамдармен нүктелік дәнекерлеу арқылы біріктіруге болады. Коррозияға төзімділікті қамтамасыз ету үшін торлар лакпен қапталған.
Материалды таңдау бойынша ұсыныстар
Қорғаныс экрандары үшін материал таңдаған кезде келесі ұсыныстар басшылыққа алынады:
- Әлсіз өрістерде магниттік өткізгіштігі жоғары қорытпалар қолданылады. Технологиялық тұрғыдан ең жетілдірілгені қысым мен кесуге жақсы әсер ететін пермаллой болып табылады. Оның толық магнитсізденуі үшін қажетті магнит өрісінің күші, сонымен қатар электрлік кедергісі негізінен никельдің пайызына байланысты. Бұл элементтің мөлшері бойынша төмен никельді (50%-ға дейін) және жоғары никельді (80%-ға дейін) пермаллопалар ажыратылады.
- Айнымалы магнит өрісіндегі энергия шығынын азайту үшін қаптамалар жақсы өткізгіштен немесе оқшаулағыштан орналастырылады.
- 10 МГц-ден астам өріс жиілігі үшін қалыңдығы 0,1 мм немесе одан да көп күміс немесе мыс пленка жабындары (фольгамен қапталған гетинактардан және басқа оқшаулағыш материалдардан жасалған экрандар), сондай-ақ мыс, алюминий және жез, жақсы әсер береді. Мысты тотығудан қорғау үшін ол күміспен қапталған.
- Қалыңдығыматериал f жиілігіне байланысты. f неғұрлым төмен болса, бірдей қорғаныс әсеріне жету үшін қалыңдығы соғұрлым үлкен болуы керек. Жоғары жиілікте кез келген материалдан қаптамаларды жасау үшін қалыңдығы 0,5-1,5 мм жеткілікті.
- Ф жоғары өрістер үшін ферромагнетиктер пайдаланылмайды, өйткені олардың кедергісі жоғары және үлкен энергия жоғалуына әкеледі. Тұрақты магнит өрістерін қорғау үшін болаттан басқа жоғары өткізгіш материалдарды да қолдануға болмайды.
- Кең ауқымда қорғау үшін көп қабатты материалдар (өткізгіштігі жоғары металл қабаты бар болат парақтар) оңтайлы шешім болып табылады.
Таңдаудың жалпы ережелері келесідей:
- Жоғары жиіліктер –өткізгіштігі жоғары материалдар.
- Төмен жиіліктер магниттік өткізгіштігі жоғары материалдар болып табылады. Бұл жағдайда скрининг ең қиын тапсырмалардың бірі болып табылады, өйткені ол қорғаныс экранының дизайнын ауыр және күрделі етеді.
Фольга таспалары
Фольгадан қорғайтын таспалар келесі мақсаттарда қолданылады:
- Қорғаушы кең жолақты электромагниттік кедергі. Көбінесе олар құрылғылары бар электр шкафтарының есіктері мен қабырғалары үшін, сондай-ақ жеке элементтердің (соленоидтар, релелер) және кабельдердің айналасында экранды қалыптастыру үшін қолданылады.
- Жартылай өткізгіштер мен катодтық сәуле түтіктері бар құрылғыларда, сондай-ақ ақпаратты енгізу/шығару үшін пайдаланылатын құрылғыларда жиналатын статикалық зарядты жоюкомпьютер.
- Жерге қосу тізбектерінің құрамдас бөлігі ретінде.
- Трансформатор орамдары арасындағы электростатикалық әсерлесуді азайту үшін.
Құрылымы бойынша олар өткізгіш желім материалына (акрилді шайыр) және келесі метал түрлерінен жасалған фольгаға (гофрленген немесе тегіс беті бар) негізделген:
- алюминий;
- мыс;
- қалайы мыс (дәнекерлеу және коррозиядан жақсырақ қорғау үшін).
Полимерлі материалдар
Магниттік өрісті қорғаумен қатар механикалық зақымданудан және соққыны сіңіруден қорғау қажет құрылғыларда полимерлі материалдар қолданылады. Олар акрил желіміне негізделген полиэфирлі пленкамен жабылған көбік полиуретанды төсемдер түрінде жасалған.
Сұйық кристалды мониторлар өндірісінде өткізгіш матадан жасалған акрилді тығыздағыштар қолданылады. Акрил желімінің қабатында өткізгіш бөлшектерден жасалған үш өлшемді өткізгіш матрица бар. Серпімділігінің арқасында бұл материал механикалық кернеуді де тиімді сіңіреді.
Өтемақы әдісі
Компенсациялық экрандау әдісінің принципі сыртқы өріске қарама-қарсы бағытталған магнит өрісін жасанды түрде жасау болып табылады. Бұған әдетте Гельмгольц катушка жүйесі арқылы қол жеткізіледі. Ол радиусының арақашықтығында коаксиалды түрде орналасқан 2 бірдей жұқа орамдардан тұрады. Олар арқылы электр энергиясы өтеді. Катушкалар индукциялайтын магнит өрісі өте біркелкі.
Қорғаушы банкаплазма арқылы да өндіріледі. Бұл құбылыс магнит өрісінің кеңістікте таралуында ескеріледі.
Кабельді экрандау
Кабельдерді төсеу кезінде магнит өрісін қорғау өте маңызды. Оларда индукцияланған электр токтары үй-жайға тұрмыстық техниканы (кондиционерлер, люминесцентті лампалар, телефондар), сондай-ақ шахталардағы лифттерді қосудан туындауы мүмкін. Бұл факторлар кең жиілік диапазоны бар хаттамаларда жұмыс істейтін цифрлық байланыс жүйелеріне үлкен әсер етеді. Бұл пайдалы сигналдың қуаты мен спектрдің жоғарғы бөлігіндегі шу арасындағы шамалы айырмашылыққа байланысты. Сонымен қатар, кабельдік жүйелер шығаратын электромагниттік энергия үй-жайда жұмыс істейтін қызметкерлердің денсаулығына кері әсер етеді.
Сымдар жұптарының арасында сыйымдылық пен индуктивті муфтаның болуына байланысты өзара сөйлесу пайда болады. Кабельдердің электромагниттік энергиясы олардың толқындық кедергілерінің біркелкі еместігінен де көрінеді және жылу жоғалту түрінде әлсірейді. Әлсіреу нәтижесінде ұзын жолдардың соңындағы сигнал қуаты жүздеген есе төмендейді.
Қазіргі уақытта электр өнеркәсібінде кабель жолдарын экрандаудың 3 әдісі қолданылады:
- Толығымен металдан жасалған қораптарды (болат немесе алюминий) пайдалану немесе пластикалық қораптарға металл кірістірулерді орнату. Өріс жиілігі артқан сайын алюминийдің скринингтік қабілеті төмендейді. Кемшілігі - жәшіктердің жоғары құны. Ұзақ кабельдер үшін барқораптың нөлдік потенциалын қамтамасыз ету үшін жеке элементтердің электрлік байланысын және оларды жерге қосуды қамтамасыз ету мәселесі.
- Қорғалған кабельдерді пайдаланыңыз. Бұл әдіс максималды қорғанысты қамтамасыз етеді, өйткені қабық кабельді қоршайды.
- ПВХ арнасына металды вакууммен тұндыру. Бұл әдіс 200 МГц-ке дейінгі жиіліктерде тиімсіз. Магниттік өрістің «өшуі» жоғары кедергіге байланысты кабельді металл қораптарға салумен салыстырғанда он есе аз.
Кабельдер түрлері
Қорғалған кабельдердің 2 түрі бар:
- Жалпы экранмен. Ол қорғалмаған сымды өткізгіштердің айналасында орналасқан. Мұндай кабельдердің кемшілігі - үлкен айқаспалы байланыс (қорғалған жұптарға қарағанда 5-10 есе көп), әсіресе бұралу қадамы бірдей жұптар арасында.
- Қорғалған бұралған жұптары бар кабельдер. Барлық жұптар жеке қорғалған. Олардың жоғары құнына байланысты олар көбінесе қауіпсіздік талаптары қатаң желілерде және күрделі электромагниттік ортасы бар бөлмелерде қолданылады. Мұндай кабельдерді параллель төсеу кезінде пайдалану олардың арасындағы қашықтықты азайтуға мүмкіндік береді. Бұл бөлінген маршрутпен салыстырғанда шығындарды азайтады.
Бұралған жұп экрандалған кабель – оқшауланған жұп өткізгіштер (олардың саны әдетте 2-ден 8-ге дейін). Бұл дизайн өзара сөйлесуді азайтады.өткізгіштер арасында. Экрандалмаған жұптарда жерге қосу талаптары жоқ, олардың икемділігі, көлденең өлшемдері кішірек және орнатудың қарапайымдылығы бар. Қорғалған жұп электромагниттік кедергіден және желілер арқылы жоғары сапалы деректерді беруден қорғауды қамтамасыз етеді.
Ақпараттық жүйелерде металдандырылған пластик таспа немесе фольга түріндегі бұралған жұптарды қорғаудан және кәдімгі металл шілтерден тұратын екі қабатты экрандау да қолданылады. Магниттік өрістен тиімді қорғау үшін мұндай кабель жүйелері дұрыс жерге тұйықталуы керек.
