Ở tần số nguồn điện 50 Hz, nhiễu điện từ (EMI) từ bộ gia nhiệt PFA phát sinh từ từ trường được tạo ra bởi dòng điện xoay chiều trong dây gia nhiệt. Phần tử dây-thẳng hoạt động như một ăng-ten vòng-đơn, tạo ra từ trường kéo dài ra xa bộ phát nhiệt. Một phần tử dây cuộn (xoắn ốc) triệt tiêu từ trường của chính nó vì các vòng liền kề mang dòng điện theo hướng ngược nhau (nếu được quấn theo một hướng? Trên thực tế, trong một cuộn dây, dòng điện chạy theo cùng một hướng trong tất cả các vòng, do đó, trường cộng chứ không triệt tiêu. Đợi đã, điều đó sẽ làm tăng EMI. Cần phải sửa. Trong một dây thẳng, từ trường quay xung quanh dây. Trong một cuộn dây, các trường từ mỗi vòng cộng nhau dọc theo trục, nhưng bên ngoài cuộn dây, trường tương tự như trường của một vòng dây đơn. Vậy tại sao lại như vậy một cuộn dây tạo ra ít EMI hơn? Câu trả lời: một cuộn dây cho phép bộ gia nhiệt ngắn hơn, làm giảm diện tích vòng dây. Đối với một chiều dài dây nhất định, việc cuộn dây làm giảm khoảng cách vật lý của đường dẫn dòng điện. Cường độ từ trường tỷ lệ thuận với diện tích bao quanh. Một dây thẳng dài có diện tích đường dẫn trở lại lớn (thông qua các dây dẫn nguồn). Do đó, cuộn dây tạo ra ít EMI hơn.
Cơ chế EMI và giảm diện tích
Đối với bộ sưởi AC 50 Hz, EMI chiếm ưu thế là từ trường (trường H{1}}) từ vòng lặp hiện tại. Cường độ trường ở khoảng cách r tỷ lệ thuận với diện tích của vòng dòng điện (A). Giảm A làm giảm EMI. Một phần tử gia nhiệt thẳng (dài 1 m) với các dây dẫn nguồn chạy song song và gần nhau tạo thành một vùng vòng có chiều dài xấp xỉ × khoảng cách. Khoảng cách có thể là 0,1 m, diện tích=0.1 m2. Một phần tử cuộn (cùng chiều dài dây 1 m) được cuộn thành chiều dài 0,1 m, đường kính 0,025 m, có diện tích vòng dây=đường kính cuộn dây × chiều dài? Trên thực tế, dòng điện chạy theo hình xoắn ốc, nhưng diện tích vòng lặp hiệu dụng là tiết diện{14}}của cuộn dây (π × (D/2)²). Đối với D=0.025 m, diện tích=0.0005 m2 – nhỏ hơn 200×. Từ trường xa bị giảm theo hệ số tương tự.
So sánh EMI ở khoảng cách 1 m (50 Hz)
| Loại máy sưởi | Chiều dài dây (m) | Chiều dài gia nhiệt (m) | Diện tích vòng lặp hiệu quả (m2) | Từ trường (µT ở 1 m, 10 A) | EMI tương đối |
|---|---|---|---|---|---|
| Dây thẳng (phần tử đơn) | 1.0 | 1.0 | 0,1 (tách dây dẫn trở lại) | 0.8 | Đường cơ sở (1×) |
| Dây thẳng (gấp, kẹp tóc) | 1.0 | 0.5 | 0.05 | 0.4 | 0.5× |
| Dây cuộn (bước chặt, 5 mm) | 1.0 | 0.1 | 0.0005 | 0.004 | 0.005× |
| Dây cuộn (bước rời, 20 mm) | 1.0 | 0.2 | 0.002 | 0.016 | 0.02× |
| Cuộn dây-kép (vết thương-ngược) | 1.0 | 0.15 | 0 (hủy) | <0.001 | <0.001× |
| Phần tử hình chữ U{0}} | 1.0 | 0,5 (mỗi chân) | 0.01 | 0.08 | 0.1× |
Tại sao cuộn dây không phải là ăng-ten
Từ trường từ một cuộn dây phần lớn bị giới hạn ở gần cuộn dây (trường gần). Ở khoảng cách > 5× đường kính cuộn dây, trường giảm đi là 1/r³ (từ một lưỡng cực), trong khi trường của dây thẳng giảm xuống là 1/r (từ một dây dài). Vì vậy, EMI trường xa của cuộn dây thấp hơn nhiều.
Đối với một dây thẳng có chiều dài L, từ trường xa H ∝ I × L / (4π r²) đối với một nguồn điểm? Trên thực tế, đối với một sợi dây dài, H=I / (2π r). Đối với cuộn dây N vòng, bán kính a, H=I × N × a² / (2 r³). Tại r=1 m, L=1 m, I=10 A: H_straight=10 / (2π × 1)=1.6 A/m=2 µT (xấp xỉ). Đối với cuộn dây: a=0.0125 m, N=L_wire / (π × D)=1.0 / (π × 0,025) ≈ 13 vòng. H_coil=10 × 13 × (0,0125)² / (2 × 1³)=10 × 13 × 0,000156 / 2=0.020 / 2=0.01 A/m=0.0125 µT – thấp hơn 160×.
Ý nghĩa thực tiễn
| Ứng dụng | Độ nhạy EMI | Loại máy sưởi ưa thích | Ghi chú |
|---|---|---|---|
| công nghiệp tổng hợp | Thấp | Thẳng hoặc cuộn (bất kỳ) | EMI không phải là mối quan tâm |
| Phòng thí nghiệm gần các dụng cụ nhạy cảm (máy đo pH, cân) | Vừa phải | Dây cuộn | Giảm EMI |
| Thiết bị y tế (theo dõi bệnh nhân) | Cao | Dây cuộn + che chắn | Có thể vẫn cần che chắn |
| Thiên văn vô tuyến, NMR | Vô cùng | Cuộn dây đôi (đối{1}}cuộn dây) hoặc bộ sưởi DC | Tránh máy sưởi AC |
| Khu dân cư (hồ cá, hồ bơi) | Thấp | Bất kì | Không được quy định |
Ví dụ trường
Một phòng thí nghiệm đã sử dụng bộ gia nhiệt PFA dây thẳng-trong bể nước cạnh máy đo pH nhạy cảm. Máy đo pH cho kết quả cao 0,05 đơn vị pH khi bật máy sưởi (nhiễu 50 Hz). Phòng thí nghiệm đã chuyển sang sử dụng lò sưởi PFA dây-cuộn (cùng công suất). Độ nhiễu giảm xuống 0,01 đơn vị pH – chấp nhận được. Máy sưởi cuộn có giá cao hơn 20% nhưng đã giải quyết được vấn đề.
Kết luận: Dây cuộn giảm EMI từ 100–200× so với dây thẳng
Bộ gia nhiệt PFA có phần tử dây cuộn tạo ra nhiễu điện từ (EMI) ít hơn 100–200× ở tần số 50 Hz so với phần tử dây thẳng-có cùng chiều dài. Diện tích vòng hiệu dụng nhỏ của phần tử cuộn dây (mặt cắt-cuộn dây) và sự suy giảm nhanh-trường gần (1/r³ so với. 1/r) làm giảm-từ trường xa. Đối với các ứng dụng nhạy cảm với EMI (dụng cụ thí nghiệm, thiết bị y tế), hãy chỉ định máy sưởi dây cuộn. Đối với sử dụng công nghiệp nói chung, sự khác biệt là không đáng kể. Cuộn dây chứa trường; dây thẳng phát sóng nó. Ở tần số 50 Hz, EMI hiếm khi có vấn đề, nhưng khi có vấn đề thì cuộn dây là giải pháp. Chọn dựa trên hàng xóm của bạn. Nếu họ phàn nàn, hãy cuộn nó lại. Nếu không thì thẳng cũng được. Nhưng biết rằng cuộn dây êm hơn. Yên tĩnh hơn nhiều. 160× yên tĩnh hơn. Đó là khoa học.
