Màn hình điện từ được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Chúng dùng để loại bỏ tác hại của một số yếu tố của thiết bị điện đối với thiết bị điện khác, để bảo vệ người và thiết bị khỏi tác động của trường bên ngoài xảy ra trong quá trình hoạt động của thiết bị khác. Việc "dập tắt" từ trường bên ngoài là cần thiết trong việc tạo ra các phòng thí nghiệm nhằm điều chỉnh và thử nghiệm các thiết bị có độ nhạy cao. Nó cũng được yêu cầu trong y học và những lĩnh vực khoa học mà phép đo trường có cảm ứng cực thấp được thực hiện; để bảo vệ thông tin trong quá trình truyền qua cáp.
Phương pháp
Che chắn từ trường là một tập hợp các cách làm giảm cường độ của một trường không đổi hoặc xoay chiều trong một vùng không gian nhất định. Từ trường, không giống như điện trường, không thể bị suy yếu hoàn toàn.
Trong công nghiệp, trường lạc từ máy biến áp, nam châm vĩnh cửu, hệ thống lắp đặt dòng điện cao và mạch điện có tác động môi trường lớn nhất. Chúng hoàn toàn có thể làm gián đoạn hoạt động bình thường của các thiết bị lân cận.
Được sử dụng nhiều nhất 2phương pháp bảo vệ:
- Việc sử dụng màn hình làm bằng vật liệu siêu dẫn hoặc sắt từ. Điều này có hiệu quả khi có từ trường không đổi hoặc tần số thấp.
- Phương pháp bù trừ (giảm chấn dòng điện xoáy). Dòng điện xoáy là dòng điện xuất hiện trong vật dẫn khi từ thông thay đổi. Phương pháp này hiển thị kết quả tốt nhất cho các trường tần suất cao.
Nguyên tắc
Nguyên tắc che chắn từ trường dựa trên các dạng lan truyền của từ trường trong không gian. Theo đó, đối với mỗi phương pháp được liệt kê ở trên, chúng như sau:
- Nếu bạn đặt một cuộn cảm trong vỏ làm bằng sắt từ, thì các đường cảm ứng của từ trường bên ngoài sẽ truyền dọc theo các thành của màn bảo vệ, vì nó có sức cản từ nhỏ hơn so với không gian bên trong nó. Các đường sức do bản thân cuộn dây gây ra cũng sẽ gần như đóng vào các thành của vỏ. Để bảo vệ tốt nhất trong trường hợp này, cần chọn vật liệu sắt từ có tính từ thẩm cao. Trong thực tế, các hợp kim sắt thường được sử dụng nhiều nhất. Để tăng độ tin cậy của màn hình, nó được làm thành dày hoặc đúc sẵn từ nhiều lớp vỏ. Nhược điểm của thiết kế này là trọng lượng nặng, cồng kềnh và khả năng che chắn kém đi khi có các đường nối và vết cắt trên thành vỏ.
- Trong phương pháp thứ hai, sự suy yếu của từ trường bên ngoàixảy ra do tác động của một trường khác lên nó, do dòng điện xoáy vòng gây ra. Hướng của nó ngược với đường cảm ứng của trường thứ nhất. Khi tần số tăng lên, sự suy giảm sẽ rõ rệt hơn. Trong trường hợp này, các tấm ở dạng một vòng dây dẫn có điện trở suất thấp được sử dụng để che chắn. Hộp hình trụ làm bằng đồng hoặc nhôm thường được sử dụng làm vỏ màn hình.
Tính năng chính
Có 3 đặc điểm chính để mô tả quá trình che chắn:
- Độ sâu thâm nhập từ trường tương đương. Vì vậy, chúng ta hãy tiếp tục. Hình này được sử dụng cho hiệu ứng sàng lọc của dòng điện xoáy. Giá trị của nó càng nhỏ thì dòng điện chạy trong các lớp bề mặt của vỏ bảo vệ càng cao. Theo đó, từ trường gây ra bởi nó càng lớn, từ trường này sẽ dịch chuyển từ trường bên ngoài. Độ sâu tương đương được xác định theo công thức dưới đây. Trong công thức này, ρ và Μrlần lượt là điện trở suất và độ từ thẩm tương đối của vật liệu làm màn (đơn vị đo của giá trị đầu tiên là Ohm ∙ m); f là tần số của trường, được đo bằng MHz.
- Hiệu suất che chắn e - tỷ số giữa cường độ từ trường trong không gian được che chắn khi không có và có mặt của tấm chắn. Giá trị này càng cao, độ dày của màn hình và độ từ tính của vật liệu của nó càng lớn. Độ từ thẩm là chỉ số đặc trưng cho cảm ứng trong một chất bao nhiêu lần.khác với trong môi trường chân không.
- Giảm cường độ từ trường và mật độ dòng điện xoáy ở độ sâu x tính từ bề mặt của vỏ bảo vệ. Chỉ số được tính theo công thức dưới đây. Ở đây A0là giá trị trên bề mặt màn hình, x0là độ sâu tại đó cường độ hoặc mật độ dòng điện giảm đi e lần.
Thiết kế màn hình
Vỏ bảo vệ để che chắn từ trường có thể được chế tạo theo nhiều kiểu dáng khác nhau:
- tờ và lớn;
- ở dạng ống rỗng và vỏ có tiết diện hình trụ hoặc hình chữ nhật;
- một lớp và nhiều lớp, có khe hở không khí.
Vì việc tính toán số lớp khá phức tạp, giá trị này thường được chọn từ các sách tham khảo, theo đường cong hiệu quả che chắn thu được bằng thực nghiệm. Các đường cắt và đường nối trong hộp chỉ được phép thực hiện dọc theo đường của dòng điện xoáy. Nếu không, hiệu quả che chắn sẽ bị giảm.
Trong thực tế, rất khó để có được hệ số che chắn cao, vì luôn phải tạo lỗ để luồn cáp, thông gió và bảo trì các công trình lắp đặt. Đối với cuộn dây, vỏ liền mạch được làm bằng phương pháp đùn tấm và đáy của màn hình trụ đóng vai trò như một nắp có thể tháo rời.
Ngoài ra, khi các thành phần cấu trúc tiếp xúc với nhau, các vết nứt hình thành do bề mặt không đều. Để loại bỏ chúng, hãy sử dụngkẹp hoặc vòng đệm cơ khí làm bằng vật liệu dẫn điện. Chúng có sẵn với các kích cỡ khác nhau và với các đặc tính khác nhau.
Dòng điện xoáy là dòng điện ít lưu thông hơn, nhưng chúng có khả năng ngăn chặn sự xâm nhập của từ trường qua màn hình. Khi có một số lượng lớn các lỗ trên vỏ, sự giảm hệ số che chắn xảy ra theo sự phụ thuộc vào lôgarit. Giá trị nhỏ nhất của nó được quan sát với các lỗ công nghệ có kích thước lớn. Do đó, nên thiết kế nhiều lỗ nhỏ hơn là một lỗ lớn. Nếu cần sử dụng các lỗ tiêu chuẩn hóa (để đi vào cáp và các nhu cầu khác), thì các ống dẫn sóng siêu việt sẽ được sử dụng.
Trong trường tĩnh từ được tạo ra bởi các dòng điện trực tiếp, công việc của màn hình là làm tắt các đường sức. Phần tử bảo vệ được lắp đặt càng gần nguồn càng tốt. Nối đất là không cần thiết. Hiệu quả che chắn phụ thuộc vào độ từ tính và độ dày của vật liệu che chắn. Vì sau này, thép, thép vĩnh cửu và hợp kim từ tính có độ từ thẩm cao được sử dụng.
Việc bảo vệ các tuyến cáp chủ yếu được thực hiện bằng hai phương pháp - sử dụng cáp có cặp xoắn được bảo vệ hoặc được bảo vệ và đặt các ống dẫn trong hộp nhôm (hoặc miếng chèn).
Màn hình siêu dẫn
Hoạt động của màn hình từ tính siêu dẫn dựa trên hiệu ứng Meissner. Hiện tượng này bao gồm thực tế là một cơ thể trong từ trường chuyển sang trạng thái siêu dẫn. Đồng thời, từ trườngđộ từ thẩm của vỏ bọc trở nên bằng không, nghĩa là nó không vượt qua từ trường. Nó được bù đắp đầy đủ trong thể tích của cơ thể nhất định.
Ưu điểm của các phần tử như vậy là chúng hiệu quả hơn nhiều, bảo vệ khỏi từ trường bên ngoài không phụ thuộc vào tần số và hiệu ứng bù có thể kéo dài trong một thời gian dài tùy ý. Tuy nhiên, trong thực tế, hiệu ứng Meissner không hoàn toàn, vì trong các màn hình thực làm bằng vật liệu siêu dẫn luôn tồn tại các cấu trúc không đồng nhất dẫn đến bẫy từ thông. Hiệu ứng này là một vấn đề nghiêm trọng đối với việc tạo ra vỏ bọc để che chắn từ trường. Hệ số suy giảm từ trường càng lớn thì độ tinh khiết hóa học của vật liệu càng cao. Trong các thử nghiệm, hiệu suất tốt nhất đã được ghi nhận đối với chì.
Nhược điểm khác của vật liệu che chắn từ trường siêu dẫn là:
- chi phí cao;
- hiện diện của từ trường dư;
- xuất hiện trạng thái siêu dẫn chỉ ở nhiệt độ thấp;
- không có khả năng hoạt động trong từ trường cao.
Nguyên liệu
Thông thường, màn chắn thép cacbon được sử dụng để bảo vệ chống lại từ trường, vì chúng có khả năng thích ứng cao để hàn, hàn, rẻ tiền và có đặc điểm là chống ăn mòn tốt. Ngoài chúng, các vật liệu như:
- lá nhôm kỹ thuật;
- hợp kim từ mềm của sắt, nhôm và silicon (alsifer);
- đồng;
- kính tráng dẫn điện;
- kẽm;
- thép biến áp;
- tráng men và vecni dẫn điện;
- thau;
- vải kim loại.
Về mặt cấu trúc, chúng có thể được làm ở dạng tấm, lưới và lá. Vật liệu dạng tấm giúp bảo vệ tốt hơn và vật liệu dạng lưới dễ lắp ráp hơn - chúng có thể được nối với nhau bằng cách hàn điểm với gia số 10-15 mm. Để đảm bảo chống ăn mòn, các tấm lưới được đánh vecni.
Khuyến nghị chọn nguyên liệu
Khi chọn vật liệu cho màn hình bảo vệ, các khuyến nghị sau được hướng dẫn:
- Trong trường yếu, hợp kim có độ từ thẩm cao được sử dụng. Công nghệ tiên tiến nhất là tính lâu dài, có khả năng chịu áp lực và khả năng cắt rất tốt. Cường độ từ trường cần thiết để khử từ hoàn toàn, cũng như điện trở suất, phụ thuộc chủ yếu vào phần trăm niken. Theo số lượng của nguyên tố này, các vĩnh cửu niken thấp (lên đến 50%) và niken cao (lên đến 80%) được phân biệt.
- Để giảm tổn thất năng lượng trong từ trường xoay chiều, vỏ bọc được đặt từ chất dẫn điện tốt hoặc từ chất cách điện.
- Đối với tần số trường hơn 10 MHz, các lớp phủ phim bằng bạc hoặc đồng có độ dày từ 0,1 mm trở lên (màn hình làm bằng getinak phủ lá và các vật liệu cách điện khác), cũng như đồng, nhôm và đồng thau, cho một hiệu ứng tốt. Để bảo vệ đồng khỏi quá trình oxy hóa, nó được phủ một lớp bạc.
- Độ dàyvật liệu phụ thuộc vào tần số f. F càng thấp, độ dày càng phải lớn để đạt được hiệu quả che chắn tương tự. Ở tần số cao, để sản xuất vỏ từ bất kỳ vật liệu nào, độ dày 0,5-1,5 mm là đủ.
- Đối với các trường có f cao, không sử dụng sắt từ vì chúng có điện trở cao và dẫn đến tổn thất năng lượng lớn. Các vật liệu dẫn điện cao khác ngoài thép cũng không được sử dụng để che chắn từ trường vĩnh cửu.
- Để bảo vệ trên phạm vi f rộng, vật liệu nhiều lớp (tấm thép có lớp kim loại dẫn điện cao) là giải pháp tối ưu.
Quy tắc lựa chọn chung như sau:
- Tần số cao là vật liệu dẫn điện cao.
- Tần số thấp là vật liệu có tính từ thẩm cao. Sàng lọc trong trường hợp này là một trong những nhiệm vụ khó khăn nhất, vì nó làm cho thiết kế của màn hình bảo vệ nặng hơn và phức tạp hơn.
Băng giấy
Băng che chắn bằng giấy bạc được sử dụng cho các mục đích sau:
- Che chắn nhiễu điện từ băng thông rộng. Thông thường chúng được sử dụng cho cửa và tường của tủ điện có các thiết bị, cũng như để tạo thành màn chắn xung quanh các phần tử riêng lẻ (solenoit, rơ le) và cáp.
- Loại bỏ điện tích tĩnh tích tụ trên các thiết bị chứa chất bán dẫn và ống tia âm cực, cũng như trong các thiết bị được sử dụng để nhập / xuất thông tin từmáy tính.
- Là một thành phần của mạch nối đất.
- Để giảm tương tác tĩnh điện giữa các cuộn dây của máy biến áp.
Về cấu trúc, chúng dựa trên vật liệu kết dính dẫn điện (nhựa acrylic) và giấy bạc (có bề mặt gợn sóng hoặc nhẵn) được làm từ các loại kim loại sau:
- nhôm;
- đồng;
- đồng đóng hộp (để hàn và bảo vệ chống ăn mòn tốt hơn).
Vật liệu polyme
Trong những thiết bị mà, cùng với việc che chắn từ trường, bảo vệ chống lại hư hỏng cơ học và hấp thụ sốc là cần thiết, vật liệu polyme được sử dụng. Chúng được làm dưới dạng các miếng xốp polyurethane được phủ bởi một lớp màng polyester, dựa trên chất kết dính acrylic.
Trong sản xuất màn hình tinh thể lỏng, con dấu acrylic làm bằng vải dẫn điện được sử dụng. Trong lớp keo acrylic là một ma trận dẫn điện ba chiều được tạo ra từ các hạt dẫn điện. Do tính đàn hồi của nó, vật liệu này cũng hấp thụ ứng suất cơ học một cách hiệu quả.
Phương thức bồi thường
Nguyên tắc của phương pháp che chắn bù là tạo ra một từ trường có hướng ngược lại với từ trường bên ngoài một cách giả tạo. Điều này thường đạt được với hệ thống cuộn Helmholtz. Nó bao gồm 2 cuộn dây mỏng giống nhau nằm đồng trục với khoảng cách bằng bán kính của chúng. Điện được truyền qua chúng. Từ trường gây ra bởi các cuộn dây rất đồng đều.
Che chắn có thểcũng do huyết tương tạo ra. Hiện tượng này được tính đến trong sự phân bố của từ trường trong không gian.
Che chắn cáp
Bảo vệ từ trường là điều cần thiết khi đặt cáp. Các dòng điện gây ra trong chúng có thể được gây ra bởi các thiết bị gia dụng trong phòng (máy điều hòa không khí, đèn huỳnh quang, điện thoại), cũng như thang máy trong hầm mỏ. Các yếu tố này có ảnh hưởng đặc biệt lớn đến các hệ thống truyền thông số hoạt động trên các giao thức có dải tần rộng. Điều này là do sự khác biệt nhỏ giữa công suất của tín hiệu hữu ích và tiếng ồn ở phần trên của phổ. Ngoài ra, năng lượng điện từ phát ra từ hệ thống cáp ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của nhân viên làm việc trong cơ sở.
Nói chuyện chéo xảy ra giữa các cặp dây do sự hiện diện của ghép nối điện dung và cảm ứng giữa chúng. Năng lượng điện từ của cáp cũng bị phản ánh do trở kháng sóng của chúng không đồng nhất và bị suy yếu dưới dạng tổn thất nhiệt. Do sự suy giảm, công suất tín hiệu ở cuối các đường dài giảm hàng trăm lần.
Hiện nay, 3 phương pháp che chắn tuyến cáp được thực hành trong ngành điện:
- Việc sử dụng các hộp hoàn toàn bằng kim loại (thép hoặc nhôm) hoặc lắp đặt các miếng chèn kim loại trong các hộp nhựa. Khi tần số trường tăng, khả năng sàng lọc của nhôm giảm. Nhược điểm cũng là giá thành hộp cao. Đối với các tuyến cáp dài, cóvấn đề đảm bảo tiếp xúc điện của các phần tử riêng lẻ và nối đất của chúng để đảm bảo điện thế của hộp bằng không.
- Sử dụng cáp được bảo vệ. Phương pháp này cung cấp khả năng bảo vệ tối đa vì vỏ bao quanh cáp.
- Sự lắng đọng chân không của kim loại trên kênh PVC. Phương pháp này không hiệu quả ở tần số lên đến 200 MHz. Việc "dập tắt" từ trường ít hơn mười lần so với việc đặt cáp trong hộp kim loại do điện trở suất cao.
Các loại cáp
Có 2 loại cáp bọc:
- Với một màn hình chung. Nó nằm xung quanh các dây dẫn bện không được bảo vệ. Nhược điểm của những loại cáp như vậy là có nhiễu xuyên âm lớn (gấp 5-10 lần so với các cặp được bảo vệ), đặc biệt là giữa các cặp có cùng độ xoắn.
- Cáp có cặp xoắn được bảo vệ. Tất cả các cặp đều được che chắn riêng. Do giá thành cao hơn, chúng thường được sử dụng nhiều nhất trong các mạng có yêu cầu nghiêm ngặt về an toàn và trong các phòng có môi trường điện từ khó. Việc sử dụng các loại cáp như vậy trong việc đặt song song giúp giảm khoảng cách giữa chúng. Điều này làm giảm chi phí so với định tuyến chia nhỏ.
Cáp chống xoắn đôi là một cặp ruột dẫn cách điện (số lượng của chúng thường từ 2 đến 8). Thiết kế này làm giảm nhiễu xuyên âm.giữa các vật dẫn điện. Các cặp không được che chắn không có yêu cầu nối đất, chúng có tính linh hoạt hơn, kích thước ngang nhỏ hơn và dễ lắp đặt. Cặp được bảo vệ giúp bảo vệ chống nhiễu điện từ và truyền dữ liệu chất lượng cao qua mạng.
Hệ thống thông tin cũng sử dụng lớp bảo vệ hai lớp, bao gồm bảo vệ các cặp xoắn ở dạng băng nhựa hoặc lá kim loại, và một bện kim loại thông thường. Để bảo vệ hiệu quả khỏi từ trường, hệ thống cáp như vậy phải được nối đất đúng cách.
