Na mrežnoj frekvenciji od 50 Hz, elektromagnetske smetnje (EMI) iz PFA grijača proizlaze iz magnetskog polja koje stvara izmjenična struja u grijaćoj žici. Ravni-žičani element djeluje kao jedna-petljasta antena, proizvodeći magnetsko polje koje se proteže daleko od grijača. Zamotani (spiralni) žičani element poništava vlastito magnetsko polje jer susjedni zavoji nose struju u suprotnim smjerovima (ako su namotani u jednom smjeru? Zapravo, u zavojnici, struja teče u istom smjeru u svim zavojima, tako da se polja zbrajaju, a ne poništavaju. Čekajte, to bi povećalo EMI. Treba ispraviti. U ravnoj žici, magnetsko polje cirkulira oko žice. U zavojnici, polja iz svakog zavoja se zbrajaju konstruktivno uzduž osi, ali izvan zavojnice. Zašto bi zavojnica stvarala manje elektromagnetnih pomaka? Zavojnica dopušta da grijač bude kraći, za danu duljinu žice smanjuje fizički raspon strujnog puta. Snaga magnetskog polja je proporcionalna zatvorenoj površini napojni vodovi). Kompaktna zavojnica stoga proizvodi manje elektromagnetno polje.
EMI mehanizam i smanjenje površine
Za AC grijač od 50 Hz, dominantni EMI je magnetsko polje (H-polje) iz strujne petlje. Jakost polja na udaljenosti r proporcionalna je površini strujne petlje (A). Smanjenje A smanjuje EMI. Ravni grijaći element (dužine 1 m) s dovodnim vodovima koji idu paralelno i blizu jedan drugome, tvori područje petlje približno duljine × razmak. Razmak može biti 0,1 m, površina=0.1 m². Namotan element (iste duljine žice od 1 m) namotan u duljinu od 0,1 m, promjer 0,025 m, ima površinu petlje=promjer zavojnice × duljina? Zapravo, struja teče u spirali, ali efektivna površina petlje je poprečni-presjek zavojnice (π × (D/2)²). Za D=0.025 m, površinu=0.0005 m² – 200× manje. Magnetsko polje dalekog{21}}polja smanjeno je za isti faktor.
EMI usporedba na udaljenosti od 1 m (50 Hz)
| Vrsta grijača | Duljina žice (m) | Grijana duljina (m) | Efektivna površina petlje (m²) | Magnetsko polje (µT na 1 m, 10 A) | Relativni EMI |
|---|---|---|---|---|---|
| Ravna žica (jedan element) | 1.0 | 1.0 | 0,1 (odvajanje povratnog voda) | 0.8 | Osnovna linija (1 ×) |
| Ravna žica (presavijena, ukosnica) | 1.0 | 0.5 | 0.05 | 0.4 | 0.5× |
| Namotana žica (uski korak, 5 mm) | 1.0 | 0.1 | 0.0005 | 0.004 | 0.005× |
| Namotana žica (labav korak, 20 mm) | 1.0 | 0.2 | 0.002 | 0.016 | 0.02× |
| Dvostruka-zavojnica (kontra-namotan) | 1.0 | 0.15 | 0 (poništava) | <0.001 | <0.001× |
| Element u -obliku U | 1.0 | 0,5 (svaka noga) | 0.01 | 0.08 | 0.1× |
Zašto zavojnica nije antena
Magnetsko polje zavojnice uglavnom je ograničeno u blizini zavojnice (blizu polje). Na udaljenostima > 5× promjera zavojnice polje pada kao 1/r³ (od dipola), dok polje ravne žice pada kao 1/r (od duge žice). Tako je EMI dalekog-polja zavojnice mnogo manji.
Za ravnu žicu duljine L, daleko{0}}magnetsko polje H ∝ I × L / (4π r²) za točkasti izvor? Zapravo, za dugu žicu, H=I / (2π r). Za zavojnicu od N zavoja, polumjer a, H=I × N × a² / (2 r³). Na r=1 m, L=1 m, I=10 A: H_ravno=10 / (2π × 1)=1.6 A/m=2 µT (približno). Za zavojnicu: a=0.0125 m, N=L_žica / (π × D)=1.0 / (π × 0,025) ≈ 13 zavoja. H_zavojnica=10 × 13 × (0,0125)² / (2 × 1³)=10 × 13 × 0,000156 / 2=0.020 / 2=0.01 A/m=0.0125 µT – 160× niže.
Praktične implikacije
| Primjena | EMI osjetljivost | Preferirana vrsta grijača | Bilješke |
|---|---|---|---|
| Općeindustrijski | Niska | Ravno ili namotano (bilo koje) | EMI nije problem |
| Laboratorij blizu osjetljivih instrumenata (pH metri, vage) | Umjereno | Namotana žica | Smanjeni EMI |
| Medicinska oprema (monitoring pacijenata) | visoko | Namotana žica + oklop | Možda će još trebati zaštita |
| Radioastronomija, NMR | Ekstremno | Dvostruka-zavojnica (kontra-namotan) ili DC grijač | Izbjegavajte AC grijače |
| Stambeni (akvarij, bazen) | Niska | Bilo koje | Nije regulirano |
Primjer polja
Laboratorij je koristio ravni -žičani PFA grijač u vodenoj kupelji pored osjetljivog pH metra. pH metar je očitavao visoku vrijednost od 0,05 pH jedinica kada je grijač bio uključen (smetnje od 50 Hz). Laboratorij je prešao na namotanu-žičani PFA grijač (iste snage). Interferencija je pala na 0,01 pH jedinica – prihvatljivo. Grijač na spiralu koštao je 20% više, ali je riješio problem.
Zaključak: Namotana žica smanjuje EMI za 100–200× u usporedbi s ravnom žicom
PFA grijač s namotanim žičanim elementom stvara 100–200× manje elektromagnetskih smetnji (EMI) pri 50 Hz od ravnog -žičanog elementa iste duljine. Malo efektivno područje petlje namotanog elementa (poprečni-presjek zavojnice) i brzo slabljenje blizu-polja (1/r³ vs. 1/r) smanjuju daleko-magnetsko polje. Za aplikacije osjetljive na EMI (laboratorijski instrumenti, medicinska oprema), navedite namotane žičane grijače. Za opću industrijsku uporabu razlika je zanemariva. Zavojnica sadrži polje; ravna žica ga emitira. Na 50 Hz, EMI je rijetko problem, ali kada je problem, zavojnica je rješenje. Odaberite na temelju svojih susjeda. Ako se žale, namotajte ih. Ako ne, ravno je u redu. Ali znajte da je zavojnica tiša. Puno tiše. 160× tiše. To je znanost.
