Les pantalles electromagnètiques s'utilitzen àmpliament a la indústria. Serveixen per eliminar els efectes nocius d'alguns elements d'un aparell elèctric sobre d' altres, per protegir el personal i els equips dels efectes dels camps externs que es produeixen durant el funcionament d' altres aparells. La "extinció" del camp magnètic extern és necessària en la creació de laboratoris destinats a l'ajust i prova d'equips altament sensibles. També es requereix en medicina i aquelles àrees de la ciència on es duu a terme el mesurament de camps amb inducció ultra baixa; per protegir la informació durant la transmissió per cables.
Mètodes
El blindatge de camp magnètic és un conjunt de maneres de reduir la força d'un camp constant o altern en una determinada àrea de l'espai. Un camp magnètic, a diferència d'un camp elèctric, no es pot debilitar completament.
A la indústria, els camps dispersos de transformadors, imants permanents, instal·lacions i circuits d' alta intensitat són els que tenen un major impacte ambiental. Poden interrompre completament el funcionament normal dels electrodomèstics veïns.
Més utilitzat 2mètode de protecció:
- L'ús de pantalles fetes de materials superconductors o ferromagnètics. Això és efectiu en presència d'un camp magnètic constant o de baixa freqüència.
- Mètode de compensació (amortiment de corrents de Foucault). Els corrents de Foucault són corrents elèctrics a granel que es produeixen en un conductor quan el flux magnètic canvia. Aquest mètode mostra els millors resultats per a camps d' alta freqüència.
Principis
Els principis de blindatge del camp magnètic es basen en els patrons de propagació del camp magnètic a l'espai. En conseqüència, per a cadascun dels mètodes enumerats anteriorment, són els següents:
- Si col·loqueu un inductor en una carcassa feta d'un ferroimant, les línies d'inducció del camp magnètic extern passaran per les parets de la pantalla protectora, ja que té menys resistència magnètica en comparació amb l'espai interior.. Aquelles línies de força que són induïdes per la pròpia bobina també estaran gairebé totes tancades a les parets de la carcassa. Per a la millor protecció en aquest cas, cal triar materials ferromagnètics que tinguin una alta permeabilitat magnètica. A la pràctica, els aliatges de ferro s'utilitzen més sovint. Per augmentar la fiabilitat de la pantalla, es fa de paret gruixuda o prefabricada a partir de diverses carcasses. Els inconvenients d'aquest disseny són el seu gran pes, volum i deteriorament del blindatge en presència de costures i talls a les parets de la carcassa.
- En el segon mètode, el debilitament del camp magnètic externes produeix com a conseqüència de la imposició d'un altre camp sobre ell, induït per corrents de Foucault anul·lars. La seva direcció és oposada a les línies d'inducció del primer camp. A mesura que augmenta la freqüència, l'atenuació serà més pronunciada. En aquest cas, s'utilitzen plaques en forma d'anell de conductors amb baixa resistivitat per a la protecció. Les caixes en forma de cilindre fetes de coure o alumini s'utilitzen més sovint com a carcassa de pantalla.
Funcions clau
Hi ha 3 característiques principals per descriure el procés de blindatge:
- Profunditat de penetració del camp magnètic equivalent. Així que continuem. Aquesta figura s'utilitza per a l'efecte de pantalla dels corrents de Foucault. Com més petit sigui el seu valor, més gran serà el corrent que flueix a les capes superficials de la carcassa protectora. En conseqüència, com més gran és el camp magnètic induït per aquest, que desplaça l'exterior. La profunditat equivalent ve determinada per la fórmula següent. En aquesta fórmula, ρ i Μr són la resistivitat i la permeabilitat magnètica relativa del material de la pantalla, respectivament (les unitats de mesura del primer valor són Ohm∙m); f és la freqüència del camp, mesurada en MHz.
- Eficiència de blindatge e - la relació entre la intensitat del camp magnètic a l'espai blindat en absència i presència de l'escut. Aquest valor és com més gran, major és el gruix de la pantalla i la permeabilitat magnètica del seu material. La permeabilitat magnètica és un indicador que caracteritza quantes vegades la inducció d'una substànciadiferent del que hi ha al buit.
- Reducció de la intensitat del camp magnètic i de la densitat de corrents de Foucault a una profunditat x des de la superfície de la carcassa protectora. L'indicador es calcula amb la fórmula següent. Aquí A0 és el valor a la superfície de la pantalla, x0 és la profunditat a la qual la intensitat o la densitat de corrent disminueix e vegades.
Dissenys de pantalla
Les fundes protectores per protegir el camp magnètic es poden fer en diferents dissenys:
- full i massiu;
- en forma de tubs buits i carcasses de secció cilíndrica o rectangular;
- d'una sola capa i multicapa, amb un espai d'aire.
Com que el càlcul del nombre de capes és bastant complicat, aquest valor s'escull més sovint dels llibres de referència, d'acord amb les corbes d'eficiència de blindatge que es van obtenir experimentalment. Els talls i les costures a les caixes només es permeten fer-se segons les línies dels corrents de Foucault. En cas contrari, l'efecte de blindatge es reduirà.
A la pràctica, és difícil obtenir un alt factor de blindatge, ja que sempre cal fer forats per a l'entrada de cables, ventilació i manteniment de les instal·lacions. Per a les bobines, les carcasses sense costures es fan mitjançant el mètode d'extrusió de làmines, i la part inferior de la pantalla cilíndrica serveix com a coberta extraïble.
A més, quan els elements estructurals entren en contacte, es formen esquerdes per irregularitats superficials. Per eliminar-los, feu servirpinces mecàniques o juntes fetes de materials conductors. Estan disponibles en diferents mides i amb diferents propietats.
Els corrents de Foucault són corrents que circulen molt menys, però que poden evitar la penetració d'un camp magnètic a través de la pantalla. En presència d'un gran nombre de forats a la carcassa, la disminució del coeficient de blindatge es produeix segons una dependència logarítmica. El seu valor més petit s'observa amb forats tecnològics de gran mida. Per tant, es recomana dissenyar diversos forats petits en lloc d'un de gran. Si és necessari utilitzar forats estandarditzats (per a l'entrada de cables i altres necessitats), s'utilitzen guies d'ones transcendentals.
En un camp magnetostàtic creat per corrents elèctrics directes, la funció de la pantalla és desviar les línies de camp. L'element protector s'instal·la el més a prop possible de la font. No cal posar a terra. L'eficàcia de l'escut depèn de la permeabilitat magnètica i del gruix del material de l'escut. Com a aquests darrers, s'utilitzen acers, permalliatges i aliatges magnètics amb alta permeabilitat magnètica.
El blindatge de les vies de cable es realitza principalment per dos mètodes: utilitzant cables amb parell trenat blindat o protegit i col·locant conductes en caixes d'alumini (o insercions).
Pantalles superconductores
El funcionament de les pantalles magnètiques superconductores es basa en l'efecte Meissner. Aquest fenomen consisteix en el fet que un cos en un camp magnètic passa a un estat superconductor. Al mateix temps, el magnèticla permeabilitat de la carcassa es fa igual a zero, és a dir, no passa el camp magnètic. Es compensa completament en el volum del cos donat.
L'avantatge d'aquests elements és que són molt més eficients, la protecció contra un camp magnètic extern no depèn de la freqüència i l'efecte de compensació pot durar un temps arbitràriament llarg. Tanmateix, a la pràctica, l'efecte Meissner no és complet, ja que a les pantalles reals fetes de materials superconductors sempre hi ha deshomogeneïtats estructurals que condueixen a l'atrapament del flux magnètic. Aquest efecte és un greu problema per a la creació de carcasses per tal de blindar el camp magnètic. Com més gran és el coeficient d'atenuació del camp magnètic, més gran és la puresa química del material. En els experiments, el millor rendiment es va observar per al plom.
Altres desavantatges dels materials de blindatge de camp magnètic superconductor són:
- cost alt;
- presencia de camp magnètic residual;
- aspecte de l'estat de superconductivitat només a baixes temperatures;
- incapacitat per funcionar en camps magnètics elevats.
Materials
La majoria de vegades, les pantalles d'acer al carboni s'utilitzen per protegir contra un camp magnètic, ja que són altament adaptables per a la soldadura, soldar, barates i caracteritzades per una bona resistència a la corrosió. A més d'ells, materials com ara:
- paper d'alumini tècnic;
- aliatge magnètic suau de ferro, alumini i silici (alsifer);
- coure;
- vidre revestit conductor;
- zinc;
- acer transformador;
- esm alts i vernissos conductors;
- llautó;
- teixits metal·litzats.
Estructuralment, es poden fer en forma de làmines, xarxes i paper d'alumini. Els materials de làmina ofereixen una millor protecció i els materials de malla són més còmodes de muntar: es poden unir mitjançant soldadura per punts en increments de 10-15 mm. Per garantir la resistència a la corrosió, les reixetes estan envernissades.
Recomanacions per a la selecció de material
Quan escolliu un material per a pantalles protectores, es guien les recomanacions següents:
- En camps febles s'utilitzen aliatges amb alta permeabilitat magnètica. El més avançat tecnològicament és el permalloy, que es presta bé a la pressió i al tall. La intensitat del camp magnètic necessària per a la seva desmagnetització completa, així com la resistivitat elèctrica, depenen principalment del percentatge de níquel. Per la quantitat d'aquest element, es distingeixen els permaloys de baix níquel (fins a un 50%) i d' alt níquel (fins a un 80%).
- Per reduir les pèrdues d'energia en un camp magnètic altern, les carcasses es col·loquen d'un bon conductor o d'un aïllant.
- Per a una freqüència de camp de més de 10 MHz, recobriments de pel·lícula de plata o coure amb un gruix de 0,1 mm o més (pantalles fetes de getinaks recoberts de làmina i altres materials aïllants), així com coure, alumini i llautó, donen un bon efecte. Per protegir el coure de l'oxidació, està recobert de plata.
- Gesssormaterial depèn de la freqüència f. Com més baix f, més gran ha de ser el gruix per aconseguir el mateix efecte de blindatge. A altes freqüències, per a la fabricació de carcasses de qualsevol material, n'hi ha prou amb un gruix de 0,5-1,5 mm.
- Per a camps amb f alta, no s'utilitzen ferroimants, ja que tenen una gran resistència i provoquen grans pèrdues d'energia. Tampoc s'han d'utilitzar materials altament conductors diferents de l'acer per protegir els camps magnètics permanents.
- Per a la protecció en un ampli rang f, els materials multicapa (xamines d'acer amb una capa metàl·lica altament conductora) són la solució òptima.
Les regles generals de selecció són les següents:
- Les freqüències altes són materials altament conductors.
- Les freqüències baixes són materials amb alta permeabilitat magnètica. El cribratge en aquest cas és una de les tasques més difícils, ja que fa que el disseny de la pantalla protectora sigui més pesat i complicat.
Cintes d'alumini
Les cintes protectores de làmina s'utilitzen amb els propòsits següents:
- Protecció d'interferències electromagnètiques de banda ampla. Molt sovint s'utilitzen per a portes i parets d'armaris elèctrics amb dispositius, així com per formar una pantalla al voltant d'elements individuals (solenoides, relés) i cables.
- Eliminació de la càrrega estàtica que s'acumula en dispositius que contenen semiconductors i tubs de raigs catòdics, així com en dispositius utilitzats per introduir/sortir informació deordinador.
- Com a component dels circuits de terra.
- Per reduir la interacció electrostàtica entre els bobinats del transformador.
Estructuralment, es basen en un material adhesiu conductor (resina acrílica) i làmina (amb una superfície ondulada o llisa) fets dels següents tipus de metall:
- alumini;
- coure;
- coure llaunat (per a la soldadura i una millor protecció anticorrosiva).
Materials polímers
En aquells dispositius on, juntament amb el blindatge del camp magnètic, es requereix la protecció contra danys mecànics i l'absorció de cops, s'utilitzen materials polimèrics. Es fabriquen en forma de coixinets d'escuma de poliuretà recoberts amb una pel·lícula de polièster, a base d'adhesiu acrílic.
En la producció de monitors de cristall líquid, s'utilitzen segells acrílics fets de teixit conductor. A la capa d'adhesiu acrílic hi ha una matriu conductora tridimensional feta de partícules conductores. A causa de la seva elasticitat, aquest material també absorbeix eficaçment l'estrès mecànic.
Mètode de compensació
El principi del mètode de blindatge de compensació és crear artificialment un camp magnètic que es dirigeixi oposat al camp extern. Això s'aconsegueix normalment amb un sistema de bobina Helmholtz. Consta de 2 bobines fines idèntiques situades coaxialment a una distància del seu radi. Per ells passa electricitat. El camp magnètic induït per les bobines és molt uniforme.
Llauna de blindatgetambé produït per plasma. Aquest fenomen es té en compte en la distribució del camp magnètic a l'espai.
Protecció del cable
La protecció del camp magnètic és essencial quan es col·loquen cables. Els corrents elèctrics induïts en ells poden ser causats per la inclusió d'electrodomèstics a l'habitació (aire condicionat, llums fluorescents, telèfons), així com ascensors a les mines. Aquests factors tenen una influència especialment gran en els sistemes de comunicació digital que funcionen amb protocols amb una àmplia banda de freqüència. Això es deu a la petita diferència entre la potència del senyal útil i el soroll a la part superior de l'espectre. A més, l'energia electromagnètica emesa pels sistemes de cable afecta negativament la salut del personal que treballa a les instal·lacions.
La conversa creuada es produeix entre parells de cables a causa de la presència d'un acoblament capacitiu i inductiu entre ells. L'energia electromagnètica dels cables també es reflecteix per les inhomogeneïtats de la seva impedància d'ona i es debilita en forma de pèrdues de calor. Com a resultat de l'atenuació, la potència del senyal al final de les línies llargues cau centenars de vegades.
Actualment, a la indústria elèctrica es practiquen 3 mètodes de blindatge de rutes de cables:
- La utilització de caixes totalment metàl·liques (acer o alumini) o la instal·lació d'insercions metàl·liques en les de plàstic. A mesura que augmenta la freqüència de camp, la capacitat de cribratge de l'alumini disminueix. El desavantatge també és l' alt cost de les caixes. Per a llargs recorreguts de cable n'hi hael problema d'assegurar el contacte elèctric dels elements individuals i la seva connexió a terra per assegurar el potencial zero de la caixa.
- Feu servir cables apantallats. Aquest mètode proporciona la màxima protecció, ja que la funda envolta el propi cable.
- Deposició de metall al buit al canal de PVC. Aquest mètode és ineficaç a freqüències de fins a 200 MHz. L'"extinció" del camp magnètic és deu vegades menor en comparació amb la col·locació del cable en caixes metàl·liques a causa de l' alta resistivitat.
Tipus de cables
Hi ha 2 tipus de cables apantallats:
- Amb una pantalla comuna. Es troba al voltant de conductors trenats no protegits. L'inconvenient d'aquests cables és que hi ha una gran diafonia (5-10 vegades més que els parells blindats), especialment entre parells amb el mateix pas de gir.
- Cables amb parells trenats apantallats. Tots els parells estan protegits individualment. A causa del seu cost més elevat, s'utilitzen més sovint en xarxes amb requisits de seguretat estrictes i en sales amb un entorn electromagnètic difícil. L'ús d'aquests cables en col·locació paral·lela permet reduir la distància entre ells. Això redueix els costos en comparació amb l'encaminament dividit.
El cable blindat de parell trenat és un parell de conductors aïllats (el seu nombre sol ser de 2 a 8). Aquest disseny redueix la diafonia.entre conductors. Els parells no apantallats no tenen requisits de connexió a terra, tenen més flexibilitat, dimensions transversals més petites i facilitat d'instal·lació. El parell blindat proporciona protecció contra interferències electromagnètiques i transmissió de dades d' alta qualitat per xarxes.
Els sistemes d'informació també utilitzen blindatge de dues capes, que consisteix en la protecció de parells trenats en forma de cinta o làmina de plàstic metal·litzat i una trena metàl·lica comuna. Per a una protecció eficaç contra el camp magnètic, aquests sistemes de cable han d'estar correctament connectats a terra.
