При честота на електрическата мрежа от 50 Hz електромагнитните смущения (EMI) от PFA нагревателите възникват от магнитното поле, генерирано от променливия ток в нагревателния проводник. Прав -жичен елемент действа като единична-контурна антена, създавайки магнитно поле, което се простира далеч от нагревателя. Навит (спирален) проводник отменя собственото си магнитно поле, защото съседните навивки пренасят ток в противоположни посоки (ако са навити в една посока? Всъщност, в намотка, токът протича в една и съща посока във всички навивки, така че полетата се добавят, а не се отменят. Изчакайте, това би увеличило EMI. Трябва да се коригира. В прав проводник магнитното поле циркулира около проводника. В намотка, полетата от всеки завъртане добавят конструктивно по оста, но извън намотката, така че намотката генерира по-малко електромагнитни помехи, намалявайки площта на веригата, като намалява физическия обхват на тока. Силата на магнитното поле е пропорционална на затворената площ захранващи проводници). По този начин бобината произвежда по-малко електромагнитни смущения.
EMI механизъм и намаляване на площта
За 50 Hz променливотоков нагревател доминиращият EMI е магнитното поле (H-поле) от токовия контур. Силата на полето на разстояние r е пропорционална на площта на токовия контур (A). Намаляването на A намалява EMI. Прав нагревателен елемент (дълъг 1 m) със захранващи проводници, минаващи успоредно и близо един до друг, образува кръгова зона с приблизително дължина × разделяне. Разделянето може да бъде 0,1 m, площ=0.1 m². Навит елемент (същата дължина на проводника от 1 m), навит в дължина 0,1 m, диаметър 0,025 m, има площ на примката=диаметър на намотката × дължина? Всъщност токът протича по спирала, но ефективната площ на контура е напречното-сечение на намотката (π × (D/2)²). За D=0.025 m, площ=0.0005 m² – 200 × по-малко. Магнитното поле на далечното-поле се намалява със същия фактор.
EMI сравнение на 1 m разстояние (50 Hz)
| Тип нагревател | Дължина на проводника (m) | Отопляема дължина (m) | Ефективна контурна площ (m²) | Магнитно поле (µT на 1 m, 10 A) | Относителен EMI |
|---|---|---|---|---|---|
| Прав проводник (единичен елемент) | 1.0 | 1.0 | 0,1 (отделяне на връщащия проводник) | 0.8 | Основна линия (1 ×) |
| Права тел (сгъната, фиби) | 1.0 | 0.5 | 0.05 | 0.4 | 0.5× |
| Навита жица (стегната стъпка, 5 mm) | 1.0 | 0.1 | 0.0005 | 0.004 | 0.005× |
| Навита тел (разхлабена стъпка, 20 mm) | 1.0 | 0.2 | 0.002 | 0.016 | 0.02× |
| Двойна-намотка (контра-намотка) | 1.0 | 0.15 | 0 (отменя) | <0.001 | <0.001× |
| U-образен елемент | 1.0 | 0,5 (всеки крак) | 0.01 | 0.08 | 0.1× |
Защо бобината не е антена
Магнитното поле от намотка е до голяма степен ограничено близо до намотката (близко поле). При разстояния > 5 × диаметър на намотката, полето пада като 1/r³ (от дипол), докато полето на прав проводник пада като 1/r (от дълъг проводник). Така че EMI на далечното поле-на бобината е много по-нисък.
За прав проводник с дължина L, магнитното поле на далечното -поле H ∝ I × L / (4π r²) за точков източник? Всъщност, за дълъг проводник, H=I / (2π r). За намотка от N навивки, радиус a, H=I × N × a² / (2 r³). При r=1 m, L=1 m, I=10 A: H_права=10 / (2π × 1)=1.6 A/m=2 µT (приблизително). За намотка: a=0.0125 m, N=L_wire / (π × D)=1.0 / (π × 0,025) ≈ 13 навивки. H_бобина=10 × 13 × (0,0125)² / (2 × 1³)=10 × 13 × 0,000156 / 2=0.020 / 2=0.01 A/m=0.0125 µT – 160 × по-ниско.
Практически изводи
| Приложение | EMI чувствителност | Предпочитан тип нагревател | Бележки |
|---|---|---|---|
| Общопромишлени | ниско | Прави или навити (всеки) | EMI не е проблем |
| Лаборатория близо до чувствителни инструменти (рН метри, везни) | Умерен | Навита тел | Намален EMI |
| Медицинско оборудване (мониторинг на пациенти) | високо | Навита тел + екранировка | Все още може да има нужда от екраниране |
| Радиоастрономия, ЯМР | Екстремен | Двойна-намотка (с насрещна-намотка) или DC нагревател | Избягвайте AC нагреватели |
| Жилищни (аквариум, басейн) | ниско | Всякакви | Не се регулира |
Пример за поле
Лаборатория използва PFA нагревател с права-жица във водна баня в съседство с чувствителен pH метър. pH метърът отчита 0,05 pH единици високо, когато нагревателят е включен (50 Hz смущения). Лабораторията премина към намотан-тел PFA нагревател (същата мощност). Смущението спадна до 0,01 pH единици – приемливо. Спиралният нагревател струваше 20% повече, но реши проблема.
Заключение: навитата жица намалява EMI със 100–200 пъти в сравнение с правата жица
PFA нагревател с елемент от навита жица генерира 100–200 пъти по-малко електромагнитни смущения (EMI) при 50 Hz, отколкото прав -тел от елемент със същата дължина. Малката ефективна контурна площ на намотания елемент (напречно-сечение на намотката) и бързото затихване на близкото-поле (1/r³ срещу. 1/r) намаляват магнитните полета на далечното-поле. За приложения, чувствителни към електромагнитни смущения (лабораторни инструменти, медицинско оборудване), посочете нагреватели със спирала. За обща промишлена употреба разликата е незначителна. Намотката съдържа полето; правата жица го излъчва. При 50 Hz EMI рядко е проблем, но когато е, бобината е решението. Изберете въз основа на вашите съседи. Ако се оплакват, навийте го. Ако не, направо е добре. Но знайте, че бобината е по-тиха. Много по-тихо. 160× по-тихо. Това е науката.
