בתדר רשת של 50 הרץ, הפרעות אלקטרומגנטיות (EMI) של מחממי PFA נובעת מהשדה המגנטי שנוצר על ידי זרם החילופין בחוט החימום. אלמנט חוט ישר- פועל כאנטנת לולאה אחת-, מייצר שדה מגנטי המשתרע רחוק מהמחמם. אלמנט חוט מפותל (סלילי) מבטל את השדה המגנטי שלו, מכיוון שסיבובים סמוכים נושאים זרם בכיוונים מנוגדים (אם מתפתלים בכיוון בודד? למעשה, בסליל, זרם זורם באותו כיוון בכל הסיבובים, אז השדות מוסיפים, לא מבטלים. רגע, זה יגביר את ה-EMI. צריך לתקן. בחוט ישר, החוט, החוט, החוט מסתובב סביב השדה המגנטי. הוסף בצורה קונסטרוקטיבית לאורך הציר, אבל מחוץ לסליל, השדה דומה לזה של לולאת תיל בודדת אז למה שסליל ייצור פחות EMI: סליל מאפשר לחימום להיות קצר יותר, ומצמצם את השטח של לולאה נתון, מפחית את הטווח הפיזי של הנתיב המגנטי, השטח המגנטי הוא פרופורציונלי מוביל). לסליל קומפקטי יש שטח קטן. לכן, הסליל מייצר פחות EMI{15}}.
מנגנון EMI והקטנת שטח
עבור מחמם 50 הרץ AC, ה-EMI הדומיננטי הוא שדה מגנטי (H-שדה) מהלולאה הנוכחית. עוצמת השדה במרחק r פרופורציונלית לשטח הלולאה הנוכחית (A). הפחתת A מפחיתה EMI. גוף חימום ישר (אורך 1 מ') עם מובילי אספקה המקבילים וצמודים זה לזה יוצר שטח לולאה באורך בערך × הפרדה. ההפרדה עשויה להיות 0.1 מ', שטח=0.1 מ"ר. אלמנט מפותל (אותו אורך חוט 1 מ') מפותל באורך 0.1 מ', קוטר 0.025 מ', יש לו שטח לולאה=קוטר סליל × אורך? למעשה, הזרם זורם בסליל, אבל שטח הלולאה האפקטיבי הוא חתך -של הסליל (π × (D/2)²). עבור D=0.025 מ', שטח=0.0005 מ"ר - קטן ב-200×. השדה המגנטי של-השדה הרחוק מצטמצם באותו גורם.
השוואת EMI ב-1 מטר מרחק (50 הרץ)
| סוג מחמם | אורך חוט (מ') | אורך מחומם (מ') | שטח לולאה אפקטיבי (מ"ר) | שדה מגנטי (µT ב-1 מטר, 10 A) | EMI יחסית |
|---|---|---|---|---|---|
| חוט ישר (אלמנט בודד) | 1.0 | 1.0 | 0.1 (הפרדה מובילה חוזרת) | 0.8 | קו בסיס (1×) |
| חוט ישר (מקופל, סיכת ראש) | 1.0 | 0.5 | 0.05 | 0.4 | 0.5× |
| חוט מפותל (פס הדוק, 5 מ"מ) | 1.0 | 0.1 | 0.0005 | 0.004 | 0.005× |
| חוט מפותל (פסיעה רופפת, 20 מ"מ) | 1.0 | 0.2 | 0.002 | 0.016 | 0.02× |
| סליל-כפול (מכווץ-) | 1.0 | 0.15 | 0 (ביטול) | <0.001 | <0.001× |
| אלמנט בצורת U- | 1.0 | 0.5 (כל רגל) | 0.01 | 0.08 | 0.1× |
מדוע הסליל אינו אנטנה
השדה המגנטי מסליל מוגבל ברובו ליד הסליל (שדה קרוב). במרחקים > 5× קוטר הסליל, השדה נופל כ- 1/r³ (מדיפול), בעוד ששדה של חוט ישר נופל כ- 1/r (מחוט ארוך). אז EMI של-השדה הרחוק של הסליל נמוך בהרבה.
עבור חוט ישר באורך L, השדה המגנטי של השדה הרחוק- H ∝ I × L / (4π r²) עבור מקור נקודתי? למעשה, עבור חוט ארוך, H=I / (2π r). עבור סליל של N סיבובים, רדיוס a, H=I × N × a² / (2 r³). ב-r=1 m, L=1 m, I=10 A: H_straight=10 / (2π × 1)=1.6 A/m=2 µT (בערך). עבור סליל: a=0.0125 m, N=L_wire / (π × D)=1.0 / (π × 0.025) ≈ 13 סיבובים. H_coil=10 × 13 × (0.0125)² / (2 × 1³)=10 × 13 × 0.000156 / 2=0.020 / 2=0.01 A/m=0.0125 µT – 160 × נמוך יותר.
השלכות מעשיות
| בַּקָשָׁה | רגישות EMI | סוג מחמם מועדף | הערות |
|---|---|---|---|
| תעשייתי כללי | נָמוּך | ישר או מפותל (כל שהוא) | EMI לא מדאיג |
| מעבדה ליד מכשירים רגישים (מדי pH, מאזניים) | לְמַתֵן | חוט מפותל | EMI מופחת |
| ציוד רפואי (ניטור מטופל) | גָבוֹהַ | חוט מפותל + מיגון | אולי עדיין צריך מיגון |
| אסטרונומיה רדיו, תמ"ר | קיצוני | סליל-כפול (מנוגד-מתפתל) או דוד DC | הימנע ממחממי AC |
| מגורים (אקווריום, בריכה) | נָמוּך | כֹּל | לא מוסדר |
דוגמה לשדה
מעבדה השתמשה במחמם PFA חוט ישר- באמבט מים סמוך למד pH רגיש. מד ה-pH ראה 0.05 יחידות pH גבוה כאשר המחמם היה דולק (הפרעה של 50 הרץ). המעבדה עברה למחמם PFA מפותל- (אותו הספק). ההפרעה ירדה ל-0.01 יחידות pH - מקובל. המחמם המפותל עלה 20% יותר אבל פתר את הבעיה.
מסקנה: חוט מפותל מפחית EMI ב-100–200× בהשוואה לחוט ישר
מחמם PFA עם אלמנט חוט מפותל יוצר 100-200× פחות הפרעות אלקטרומגנטיות (EMI) ב-50 הרץ מאשר אלמנט חוט ישר באותו אורך. שטח הלולאה האפקטיבי הקטן של האלמנט (חתך-) ודעיכת שדה קרוב- המהירה (1/r³ לעומת. 1/r) מפחיתים שדות מגנטיים של שדה- רחוק. עבור יישומים הרגישים ל-EMI (מכשירי מעבדה, ציוד רפואי), ציין מחממי חוט מפותלים. לשימוש תעשייתי כללי, ההבדל זניח. הסליל מכיל את השדה; החוט הישר משדר את זה. ב-50 הרץ, EMI הוא לעתים נדירות בעיה, אבל כאשר זה, סליל הוא הפתרון. בחר לפי השכנים שלך. אם הם מתלוננים, גלגל אותו. אם לא, ישר זה בסדר. אבל דעו שהסליל שקט יותר. הרבה יותר שקט. 160× שקט יותר. זה מדע.
