تستخدم الشاشات الكهرومغناطيسية على نطاق واسع في الصناعة. تعمل على إزالة الآثار الضارة لبعض عناصر الجهاز الكهربائي على عناصر أخرى ، لحماية الأفراد والمعدات من تأثيرات المجالات الخارجية التي تحدث أثناء تشغيل الأجهزة الأخرى. إن "إخماد" المجال المغناطيسي الخارجي ضروري في إنشاء مختبرات مخصصة لتعديل واختبار المعدات شديدة الحساسية. كما أنه مطلوب في الطب ومجالات العلوم حيث يتم قياس الحقول ذات الاستقراء المنخفض للغاية ؛ لحماية المعلومات أثناء نقلها عبر الكابلات.
طرق
التدريع بالمجال المغناطيسي هو مجموعة من الطرق لتقليل قوة المجال الثابت أو البديل في منطقة معينة من الفضاء. لا يمكن إضعاف المجال المغناطيسي تمامًا ، على عكس المجال الكهربائي.
في الصناعة ، يكون للحقول الضالة من المحولات والمغناطيس الدائم وتركيبات التيار العالي والدوائر التأثير البيئي الأكبر. يمكنهم تعطيل التشغيل العادي للأجهزة المجاورة تمامًا.
الأكثر استخدامًا 2طريقة الحماية:
- استخدام الشاشات المصنوعة من مواد فائقة التوصيل أو مواد مغناطيسية حديدية. هذا فعال في وجود مجال مغناطيسي ثابت أو منخفض التردد.
- طريقة التعويض (التخميد الحالي الدوامة). تيارات إيدي هي تيارات كهربائية ضخمة تحدث في الموصل عندما يتغير التدفق المغناطيسي. تعرض هذه الطريقة أفضل النتائج لحقول التردد العالي.
مبادئ
تستند مبادئ حماية المجال المغناطيسي إلى أنماط انتشار المجال المغناطيسي في الفضاء. وفقًا لذلك ، لكل من الطرق المذكورة أعلاه ، فهي كالتالي:
- إذا قمت بوضع مغوٍ في غلاف مصنوع من مغناطيس حديدي ، فإن خطوط تحريض المجال المغناطيسي الخارجي ستمر على طول جدران الشاشة الواقية ، حيث إنها تتمتع بمقاومة مغناطيسية أقل مقارنة بالمساحة الموجودة بداخلها. سيتم أيضًا إغلاق جميع خطوط القوة التي يسببها الملف نفسه تقريبًا بجدران الغلاف. للحصول على أفضل حماية في هذه الحالة ، من الضروري اختيار مواد مغناطيسية ذات نفاذية مغناطيسية عالية. في الممارسة العملية ، غالبًا ما تستخدم سبائك الحديد. من أجل زيادة موثوقية الشاشة ، فهي مصنوعة من جدران سميكة أو مسبقة الصنع من عدة أغلفة. عيوب هذا التصميم هو وزنه الثقيل وضخامته وتدهور التدريع في وجود طبقات وشقوق في جدران الغلاف.
- في الطريقة الثانية إضعاف المجال المغناطيسي الخارجييحدث نتيجة فرض حقل آخر عليه ، بسبب التيارات الدوامة الحلقية. اتجاهه هو عكس خطوط الاستقراء للحقل الأول. كلما زاد التردد ، سيكون التوهين أكثر وضوحًا. في هذه الحالة ، يتم استخدام لوحات على شكل حلقة من الموصلات ذات المقاومة المنخفضة للحماية. غالبًا ما تستخدم الصناديق ذات الشكل الأسطواني المصنوعة من النحاس أو الألومنيوم كأغلفة شاشة.
الميزات الرئيسية
هناك 3 خصائص رئيسية لوصف عملية التدريع:
- عمق اختراق المجال المغناطيسي المكافئ. لذلك دعونا نستمر. يستخدم هذا الرقم لتأثير الغربلة للتيارات الدوامة. كلما قلت قيمته ، زاد التيار المتدفق في الطبقات السطحية للغلاف الواقي. وفقًا لذلك ، كلما زاد المجال المغناطيسي الناتج عن ذلك ، مما يؤدي إلى إزاحة المجال الخارجي. يتم تحديد العمق المكافئ بواسطة الصيغة أدناه. في هذه الصيغة ، ρ و Μrهما المقاومة والنفاذية المغناطيسية النسبية لمادة الشاشة ، على التوالي (وحدات قياس القيمة الأولى هي أوم ∙ م) ؛ f هو تردد المجال ، مُقاسًا بالميغاهرتز.
- كفاءة التدريع e - نسبة شدة المجال المغناطيسي في الفضاء المحمي في غياب ووجود الدرع. هذه القيمة هي الأعلى ، كلما زادت سماكة الشاشة والنفاذية المغناطيسية لمادةها. النفاذية المغناطيسية هي مؤشر يميز عدد مرات الحث في مادة مايختلف عن ذلك في الفراغ.
- تقليل شدة المجال المغناطيسي وكثافة تيار الدوامة على عمق x من سطح الغلاف الواقي. يتم حساب المؤشر باستخدام الصيغة أدناه. هنا A0هي القيمة الموجودة على سطح الشاشة ، x0هي العمق الذي تنخفض عنده الكثافة أو الكثافة الحالية مرات.
تصميمات الشاشة
يمكن صنع أغطية واقية لحماية المجال المغناطيسي في تصميمات مختلفة:
- ورقة وضخمة ؛
- على شكل أنابيب مجوفة وأغلفة ذات مقطع أسطواني أو مستطيل ؛
- طبقة واحدة ومتعددة الطبقات ، مع وجود فجوة هوائية.
نظرًا لأن حساب عدد الطبقات معقد نوعًا ما ، يتم اختيار هذه القيمة غالبًا من الكتب المرجعية ، وفقًا لمنحنيات كفاءة الحماية التي تم الحصول عليها تجريبيًا. يُسمح بإجراء التخفيضات والدرزات في الصناديق فقط على غرار التيارات الدوامة. خلاف ذلك ، سيتم تقليل تأثير التدريع.
من الناحية العملية ، من الصعب الحصول على عامل حماية عالي ، حيث من الضروري دائمًا عمل ثقوب لمدخل الكابلات والتهوية وصيانة التركيبات. بالنسبة للملفات ، يتم تصنيع الأغلفة غير الملحومة باستخدام طريقة بثق الصفيحة ، ويعمل الجزء السفلي من الشاشة الأسطوانية كغطاء قابل للإزالة.
بالإضافة إلى ذلك ، عندما تتلامس العناصر الهيكلية ، تتشكل تشققات بسبب مخالفات السطح. للقضاء عليها ، استخدممشابك أو جوانات ميكانيكية مصنوعة من مواد موصلة. وهي متوفرة بأحجام مختلفة وبخصائص مختلفة.
تيارات إيدي هي التيارات التي يتم تداولها بشكل أقل بكثير ، لكنها قادرة على منع تغلغل المجال المغناطيسي عبر الشاشة. في حالة وجود عدد كبير من الثقوب في الغلاف ، يحدث انخفاض في معامل التدريع وفقًا للاعتماد اللوغاريتمي. يتم ملاحظة أصغر قيمة لها مع الثقوب التكنولوجية ذات الحجم الكبير. لذلك ، يوصى بتصميم عدة ثقوب صغيرة بدلاً من ثقب واحد كبير. إذا كان من الضروري استخدام ثقوب معيارية (لإدخال الكابلات والاحتياجات الأخرى) ، فسيتم استخدام أدلة الموجات المتجاوزة.
في مجال مغناطيسي ناتج عن تيارات كهربائية مباشرة ، تتمثل مهمة الشاشة في تحويل خطوط المجال. يتم تثبيت عنصر الحماية في أقرب مكان ممكن من المصدر. التأريض غير مطلوب. تعتمد فعالية التدريع على النفاذية المغناطيسية وسمك مادة الدرع. كأخير ، يتم استخدام الفولاذ والسبائك الممغنطة والسبائك المغناطيسية ذات النفاذية المغناطيسية العالية.
يتم تنفيذ تدريع مسارات الكبلات بشكل أساسي من خلال طريقتين - استخدام الكابلات مع زوج ملتوي محمي أو محمي وقنوات مدمجة في صناديق من الألومنيوم (أو إدخالات).
شاشات فائقة التوصيل
يعتمد تشغيل الشاشات المغناطيسية فائقة التوصيل على تأثير مايسنر. تتمثل هذه الظاهرة في حقيقة أن الجسم الموجود في مجال مغناطيسي يدخل في حالة فائقة التوصيل. في نفس الوقت المغناطيسيتصبح نفاذية الغلاف مساوية للصفر ، أي أنه لا يمر بالمجال المغناطيسي. يتم تعويضه بالكامل بحجم الجسم المحدد.
ميزة هذه العناصر هي أنها أكثر كفاءة ، والحماية من مجال مغناطيسي خارجي لا تعتمد على التردد ، ويمكن أن يستمر تأثير التعويض لفترة طويلة بشكل تعسفي. ومع ذلك ، من الناحية العملية ، فإن تأثير Meissner ليس كاملاً ، لأنه في الشاشات الحقيقية المصنوعة من مواد فائقة التوصيل ، هناك دائمًا عدم تجانس بنيوي يؤدي إلى احتجاز التدفق المغناطيسي. هذا التأثير يمثل مشكلة خطيرة لإنشاء أغلفة من أجل حماية المجال المغناطيسي. معامل التوهين للمجال المغناطيسي هو كلما زاد النقاء الكيميائي للمادة. في التجارب ، لوحظ أفضل أداء للرصاص.
عيوب أخرى لمواد التدريع بالمجال المغناطيسي فائقة التوصيل هي:
- تكلفة عالية
- وجود المجال المغناطيسي المتبقي ؛
- ظهور حالة الموصلية الفائقة فقط في درجات حرارة منخفضة ؛
- عدم القدرة على العمل في المجالات المغناطيسية العالية.
المواد
في أغلب الأحيان ، تُستخدم الشاشات المصنوعة من الفولاذ الكربوني للحماية من المجال المغناطيسي ، حيث إنها قابلة للتكيف بدرجة كبيرة في اللحام واللحام وغير مكلفة وتتميز بمقاومة جيدة للتآكل. يضاف إليهم مواد مثل:
- رقائق الألومنيوم التقنية ؛
- سبيكة مغناطيسية ناعمة من الحديد والألومنيوم والسيليكون (alsifer) ؛
- نحاس ؛
- زجاج مصقول موصل ؛
- زنك ؛
- محول الصلب
- المينا والورنيش الموصلة ؛
- نحاس
- أقمشة ممعدنة.
هيكليًا ، يمكن صنعها على شكل صفائح وشبكات ورقائق. توفر مواد الألواح حماية أفضل ، وتكون المواد الشبكية أكثر ملاءمة للتجميع - يمكن ربطها معًا عن طريق اللحام النقطي بزيادات تتراوح من 10 إلى 15 مم. لضمان مقاومة التآكل ، يتم تلميع الشبكات.
توصيات لاختيار المواد
عند اختيار مادة للشاشات الواقية ، يتم إرشاد التوصيات التالية:
- في المجالات الضعيفة ، يتم استخدام سبائك ذات نفاذية مغناطيسية عالية. الأكثر تقدمًا من الناحية التكنولوجية هو بيرمالوي ، والذي يفسح المجال جيدًا للضغط والقطع. تعتمد شدة المجال المغناطيسي المطلوبة لإزالة المغناطيسية بشكل كامل ، وكذلك المقاومة الكهربائية ، بشكل أساسي على نسبة النيكل. بكمية هذا العنصر ، يتم تمييز العناصر الدائمة من النيكل المنخفض (حتى 50٪) والنيكل العالي (حتى 80٪).
- لتقليل فقد الطاقة في مجال مغناطيسي بديل ، يتم وضع الأغلفة إما من موصل جيد أو من عازل.
- لتردد مجال يزيد عن 10 ميجاهرتز ، طلاء من الفضة أو النحاس بسمك 0.1 مم أو أكثر (شاشات مصنوعة من أحجار الجيتناك المطلية بالرقائق ومواد عازلة أخرى) ، بالإضافة إلى النحاس والألمنيوم و النحاس يعطي تأثير جيد. لحماية النحاس من الأكسدة فهو مطلي بالفضة
- سماكةالمواد تعتمد على التردد و. كلما انخفض f ، يجب أن يكون السماكة أكبر لتحقيق نفس تأثير التدريع. عند الترددات العالية ، من أجل تصنيع أغلفة من أي مادة ، يكون سمك 0.5-1.5 مم كافياً.
- بالنسبة للحقول ذات f عالية ، لا يتم استخدام المغناطيسات الحديدية ، لأنها تتمتع بمقاومة عالية وتؤدي إلى فقد طاقة كبير. يجب أيضًا عدم استخدام المواد عالية التوصيل بخلاف الفولاذ لحماية المجالات المغناطيسية الدائمة.
- للحماية على نطاق واسع ، فإن المواد متعددة الطبقات (صفائح فولاذية بطبقة معدنية عالية التوصيل) هي الحل الأمثل.
قواعد الاختيار العامة هي كما يلي:
- الترددات العالية هي مواد عالية التوصيل.
- الترددات المنخفضة هي مواد ذات نفاذية مغناطيسية عالية. يعد الفحص في هذه الحالة من أصعب المهام ، حيث يجعل تصميم الشاشة الواقية أثقل وأكثر تعقيدًا.
شرائط فويل
تستخدم أشرطة التدريع للأغراض التالية:
- حماية التداخل الكهرومغناطيسي عريض النطاق. غالبًا ما يتم استخدامها لأبواب وجدران الخزانات الكهربائية مع الأجهزة ، وكذلك لتشكيل شاشة حول العناصر الفردية (الملفات اللولبية والمرحلات) والكابلات.
- إزالة الشحنة الساكنة التي تتراكم على الأجهزة التي تحتوي على أشباه الموصلات وأنابيب أشعة الكاثود ، وكذلك في الأجهزة المستخدمة لإدخال / إخراج المعلومات منالكمبيوتر.
- كمكون من مكونات الدوائر الأرضية.
- لتقليل التفاعل الإلكتروستاتيكي بين ملفات المحولات.
من الناحية الهيكلية ، فهي تعتمد على مادة لاصقة موصلة (راتينج أكريليك) وورق (بسطح مموج أو أملس) مصنوع من الأنواع التالية من المعدن:
- الألومنيوم ؛
- نحاس ؛
- نحاس معلب (للحام وحماية أفضل ضد التآكل).
مواد البوليمر
في تلك الأجهزة التي تتطلب ، إلى جانب حماية المجال المغناطيسي ، الحماية من التلف الميكانيكي وامتصاص الصدمات ، المواد البوليمرية. وهي مصنوعة على شكل وسادات من رغوة البولي يوريثان مغطاة بغشاء بوليستر ، تعتمد على مادة لاصقة من الأكريليك.
في إنتاج شاشات الكريستال السائل ، يتم استخدام أختام الأكريليك المصنوعة من القماش الموصّل. في طبقة لاصق الأكريليك يوجد مصفوفة موصلة ثلاثية الأبعاد مصنوعة من جزيئات موصلة. نظرًا لمرونتها ، تمتص هذه المادة أيضًا الضغط الميكانيكي بشكل فعال.
طريقة التعويض
مبدأ طريقة الحماية التعويضية هو إنشاء مجال مغناطيسي بشكل مصطنع يتم توجيهه عكس المجال الخارجي. يتم تحقيق ذلك عادةً باستخدام نظام ملف Helmholtz. يتكون من ملفين رفيعين متطابقين يقعان بشكل محوري على مسافة من نصف قطرهما. يتم تمرير الكهرباء من خلالها. المجال المغناطيسي الناجم عن الملفات موحد للغاية.
يمكن التدريعتنتج أيضا عن طريق البلازما. تؤخذ هذه الظاهرة في الاعتبار عند توزيع المجال المغناطيسي في الفضاء.
تدريع الكابل
حماية المجال المغناطيسي ضرورية عند مد الكابلات. يمكن أن تحدث التيارات الكهربائية الناتجة عن تضمين الأجهزة المنزلية في الغرفة (مكيفات الهواء ، ومصابيح الفلورسنت ، والهواتف) ، وكذلك المصاعد في المناجم. هذه العوامل لها تأثير كبير بشكل خاص على أنظمة الاتصالات الرقمية التي تعمل على بروتوكولات ذات نطاق تردد واسع. ويرجع ذلك إلى الفرق الصغير بين قوة الإشارة المفيدة والضوضاء في الجزء العلوي من الطيف. بالإضافة إلى ذلك ، تؤثر الطاقة الكهرومغناطيسية المنبعثة من أنظمة الكابلات سلبًا على صحة الأفراد العاملين في المبنى.
يحدث التداخل بين أزواج الأسلاك بسبب وجود اقتران سعوي وحثي بينهما. تنعكس الطاقة الكهرومغناطيسية للكابلات أيضًا بسبب عدم تجانس معاوقة الموجة وتضعف في شكل فقد الحرارة. نتيجة التوهين ، تنخفض قوة الإشارة في نهاية الخطوط الطويلة مئات المرات.
حاليًا ، يتم ممارسة 3 طرق لحماية مسارات الكابلات في الصناعة الكهربائية:
- استخدام العلب المعدنية بالكامل (حديد او المنيوم) او تركيب ادخال معدنية في علب بلاستيكية. مع زيادة تردد المجال ، تقل قدرة الغربلة للألمنيوم. العيب هو ارتفاع تكلفة الصناديق. لتشغيل الكابل الطويل هناكمشكلة ضمان التلامس الكهربائي للعناصر الفردية وتأريضها لضمان عدم وجود احتمالية للصندوق.
- استخدم الكابلات المحمية. توفر هذه الطريقة أقصى حماية لأن الغلاف يحيط بالكابل نفسه.
- ترسيب المعدن بالفراغ على قناة PVC. هذه الطريقة غير فعالة عند ترددات تصل إلى 200 ميغا هرتز. إن "إخماد" المجال المغناطيسي أقل بعشر مرات مقارنة بوضع الكابل في الصناديق المعدنية بسبب المقاومة العالية.
أنواع الكابلات
هناك نوعان من الكابلات المحجوبة:
- مع شاشة مشتركة. وهي تقع حول الموصلات غير المحمية التي تقطعت بهم السبل. عيب هذه الكابلات هو وجود تداخل كبير (5-10 مرات أكثر من الأزواج المحمية) ، خاصة بين الأزواج بنفس درجة الالتواء.
- كبلات بأزواج ملتوية محمية. جميع الأزواج محمية بشكل فردي. نظرًا لارتفاع تكلفتها ، يتم استخدامها غالبًا في شبكات ذات متطلبات أمان صارمة وفي غرف ذات بيئة كهرومغناطيسية صعبة. استخدام هذه الكابلات في وضع متوازي يجعل من الممكن تقليل المسافة بينهما. هذا يقلل من التكاليف مقارنة بتقسيم التوجيه.
الكبل المحمي الملتوي من الزوج هو زوج معزول من الموصلات (عادة ما يكون عددهم من 2 إلى 8). يقلل هذا التصميم من الحديث المتبادل.بين الموصلات. الأزواج غير المحمية ليس لها متطلبات تأريض ، فهي تتمتع بقدر أكبر من المرونة ، وأبعاد عرضية أصغر ، وسهولة في التركيب. يوفر الزوج المحمي الحماية ضد التداخل الكهرومغناطيسي ونقل البيانات عالي الجودة عبر الشبكات.
تستخدم أنظمة المعلومات أيضًا درعًا من طبقتين ، والذي يتكون من حماية أزواج مجدولة على شكل شريط بلاستيكي أو رقائق معدنية ، وجديل معدني شائع. للحماية الفعالة من المجال المغناطيسي ، يجب أن تكون أنظمة الكابلات مؤرضة بشكل صحيح.
