Ved 50 Hz netfrekvens opstår elektromagnetisk interferens (EMI) fra PFA-varmere fra det magnetiske felt, der genereres af vekselstrømmen i varmetråden. Et lige-trådselement fungerer som en enkelt-sløjfeantenne, der producerer et magnetfelt, der strækker sig langt fra varmeren. Et spiralformet (spiralformet) ledningselement annullerer sit eget magnetfelt, fordi tilstødende vindinger fører strøm i modsatte retninger (hvis viklet i en enkelt retning? Faktisk flyder strømmen i en spole i samme retning i alle vindinger, så felterne tilføjer, ikke annullerer. Vent, det ville øge EMI. Skal korrigeres. I en lige ledning cirkulerer spolen rundt om ledningen fra hver ledning. tilføje konstruktivt langs aksen, men uden for spolen ligner feltet for en enkelt ledningssløjfe. Så hvorfor ville en spole generere mindre EMI, hvilket reducerer kredsløbsarealet for en given ledningslængde ledninger). En kompakt spole har et lille areal. Derfor producerer spolen mindre fjernfelts-EMI.
EMI-mekanisme og arealreduktion
For en 50 Hz AC-varmer er den dominerende EMI magnetfelt (H-felt) fra strømsløjfen. Feltstyrken i en afstand r er proportional med arealet af strømsløjfen (A). Reduktion af A reducerer EMI. Et lige varmeelement (1 m langt) med forsyningsledninger, der løber parallelt og tæt sammen, danner et sløjfeareal på ca. længde × adskillelse. Adskillelse kan være 0,1 m, areal=0.1 m². Et oprullet element (samme 1 m trådlængde) viklet til 0,1 m længde, 0,025 m diameter, har løkkeareal=spolediameter × længde? Faktisk løber strømmen i en helix, men det effektive sløjfeareal er spolens tværsnit (π × (D/2)²). For D=0.025 m, areal=0.0005 m² – 200× mindre. Det fjerne-magnetiske felt reduceres med samme faktor.
EMI-sammenligning ved 1 m afstand (50 Hz)
| Varmeapparat Type | Ledningslængde (m) | Opvarmet længde (m) | Effektivt sløjfeområde (m²) | Magnetisk felt (µT ved 1 m, 10 A) | Relativ EMI |
|---|---|---|---|---|---|
| Lige ledning (enkelt element) | 1.0 | 1.0 | 0,1 (returledningsadskillelse) | 0.8 | Basislinje (1×) |
| Lige tråd (foldet, hårnål) | 1.0 | 0.5 | 0.05 | 0.4 | 0.5× |
| Oprullet ledning (tæt stigning, 5 mm) | 1.0 | 0.1 | 0.0005 | 0.004 | 0.005× |
| Oprullet ledning (løs stigning, 20 mm) | 1.0 | 0.2 | 0.002 | 0.016 | 0.02× |
| Dobbelt-spole (mod-spole) | 1.0 | 0.15 | 0 (annullerer) | <0.001 | <0.001× |
| U-formet element | 1.0 | 0,5 (hvert ben) | 0.01 | 0.08 | 0.1× |
Hvorfor spolen ikke er en antenne
Det magnetiske felt fra en spole er stort set begrænset i nærheden af spolen (nærfeltet). Ved afstande > 5× spolediameter falder feltet af som 1/r³ (fra en dipol), mens en lige lednings felt falder af som 1/r (fra en lang ledning). Så spolens fjern-felt-EMI er meget lavere.
For en lige ledning med længden L, fjernfeltets-magnetfelt H ∝ I × L / (4π r²) for en punktkilde? Faktisk, for en lang ledning, H=I / (2π r). For en spole med N vindinger, radius a, H=I × N × a² / (2 r³). Ved r=1 m, L=1 m, I=10 A: H_lige=10 / (2π × 1)=1.6 A/m=2 µT (ca.). For spole: a=0.0125 m, N=L_wire / (π × D)=1.0 / (π × 0,025) ≈ 13 omgange. H_spole=10 × 13 × (0,0125)² / (2 × 1³)=10 × 13 × 0,000156 / 2=0.020 / 2=0.01 A/m=0.0125 µT – 160 × lavere.
Praktiske implikationer
| Anvendelse | EMI-følsomhed | Foretrukken varmelegemetype | Noter |
|---|---|---|---|
| Generel industri | Lav | Lige eller oprullet (enhver) | EMI er ikke et problem |
| Laboratorium nær følsomme instrumenter (pH-målere, skalaer) | Moderat | Oprullet ledning | Reduceret EMI |
| Medicinsk udstyr (patientovervågning) | Høj | Oprullet ledning + afskærmning | Kan stadig trænge til afskærmning |
| Radioastronomi, NMR | Ekstrem | Dobbelt-spole (mod-opviklet) eller jævnstrømsvarmer | Undgå AC-varmere |
| Bolig (akvarie, pool) | Lav | Enhver | Ikke reguleret |
Eksempel på felt
Et laboratorium brugte en lige-wire PFA-varmer i et vandbad ved siden af et følsomt pH-meter. pH-meteret viste 0,05 pH-enheder høj, når varmeren var tændt (50 Hz interferens). Laboratoriet skiftede til en oprullet- PFA-varmer (samme watt). Interferensen faldt til 0,01 pH-enheder – acceptabelt. Den oprullede varmelegeme kostede 20 % mere, men løste problemet.
Konklusion: Oprullet ledning reducerer EMI med 100–200× sammenlignet med lige ledning
En PFA-varmer med et oprullet trådelement genererer 100-200× mindre elektromagnetisk interferens (EMI) ved 50 Hz end et lige-trådselement af samme længde. Det spoleformede elements lille effektive sløjfeareal (spoletværsnit) og hurtige-nære feltforfald (1/r³ vs.. 1/r) reducerer fjernfeltsmagnetiske felter-. For applikationer, der er følsomme over for EMI (laboratorieinstrumenter, medicinsk udstyr), angiv varmere med spiraltråd. For generel industriel brug er forskellen ubetydelig. Spolen indeholder feltet; den lige ledning udsender det. Ved 50 Hz er EMI sjældent et problem, men når det er, er spole løsningen. Vælg ud fra dine naboer. Hvis de klager, spol det sammen. Hvis ikke, er straight fint. Men ved, at spolen er mere støjsvag. Meget mere støjsvag. 160× mere støjsvag. Det er videnskab.
