Чем изолируют провода от магнитного поля

Как сделать электромагнит

Электромагниты и соленоиды часто используются для перемещения каких-то механизмов, а на производствах для подъёма груза. Конструкция этого устройства легка для повторения и в сущности не представляет собой ничего кроме сердечника и катушки из проводника. В этой статье мы ответим на вопрос как сделать электромагнит своими руками?

Теория

Вспомним курс школьной физики, а именно о том, что при протекании электрического тока через проводник возникает магнитное поле. Если проводник свернуть в катушку линии магнитной индукции всех витков сложатся, и результирующее магнитное поле будет сильнее чем для одиночного проводника.

Магнитное поле, порожденное электрическим током в принципе не имеет существенных отличий по сравнению с магнитным если вернуться к электромагнитам, то формула его тяговой силы выглядит так:

где F – сила тяги, кГ (сила измеряется также в ньютонах, 1 кГ =9,81 Н, или 1 Н =0,102 кГ); B – индукция, Тл; S – площадь сечения электромагнита, м2.

То есть сила тяги электромагнита зависит от магнитной индукции, рассмотрим её формулу:

Здесь U0 – магнитная постоянная (12.5*107 Гн/м), U – магнитная проницаемость среды, N/L – число витков на единицу длины соленоида, I – сила тока.

Отсюда следует, что сила с которой магнит притягивает что-либо зависит от силы тока, количества витков и магнитной проницаемости среды. Если в катушке нет сердечника – средой является воздух.

Ниже приведена таблица относительных магнитных проницаемостей для разных сред. Мы видим, что у воздуха она равна 1, а у других материалов в десятки и даже сотни раз больше.

В электротехнике используют специальный металл для сердечников, его часто называют электротехнической или трансформаторной сталью. В третьей строке таблицы вы видите «Железо с кремнием» у которого относительная магнитная проницаемость равна 7*103 или 7000 Гн/м.

Это и есть усредненное значение для трансформаторной стали. Она отличается от обычной как раз-таки содержанием кремниями. На практике её относительная магнитная проницаемость зависит от приложенного поля, но не будем углубляться в подробности. Что даёт сердечник в катушке? Сердечник из электротехнической стали усилит магнитное поле катушки примерно в 7000-7500 раз!

Всё что нужно запомнить для начала – это то, что от материала сердечника внутри катушки зависит магнитная индукция, а от неё зависит сила с которой будет тянуть электромагнит.

Практика

Одним из наиболее популярных опытов, которые проводят для демонстрации возникновения магнитного поля вокруг проводника является опыт с металлической стружкой. Проводник накрывают листом бумаги и на него насыпают магнитную стружку, потом через проводник пропускают электрический ток, и стружка изменяет своё располагаясь каким-то образом на листе. Это уже почти электромагнит.

Но для электромагнита просто притягивать металлические стружки недостаточно. Поэтому нужно его усилить, исходя из вышесказанного – нужно сделать катушку, намотанную на металлический сердечник. Простейшим примером – будет изолированный медный провод, намотанный на гвоздь или болт.

Такой электромагнит способен притягивать разные булавки, скрепи и тому подобное.

В качестве провода можно использовать либо любой провод в ПВХ или другой изоляции, либо медный провод в лаковой изоляции типа ПЭЛ или ПЭВ, которые используются для обмоток трансформаторов, динамиков, двигателей и прочее. Найти его можно либо новый в катушках, либо смотать с тех же трансформаторов.

10 Нюансов изготовления электромагнитов простыми словами:

1. Изоляция по всей длине проводника должна быть однородной и целой, чтобы не было межвитковых замыканий.

2. Намотка должна идти в одну сторону как на катушке с нитками, то есть нельзя изогнуть провод на 180 градусов и пойти в обратном направлении. Это связано с тем что результирующее магнитное поле будет равно алгебраической сумме полей каждого витка, если не вдаваться в подробности, то витки, намотанные в обратную сторону, будут порождать электромагнитное поле противоположное по знаку, в результате поля будут вычитаться и в результате сила электромагнита будет меньше, а если витков в одном и другом направлении будет одинаковое количество – магнит совсем ничего не будет притягивать, так как поля подавят друг друга.

3. Сила электромагнита также будет зависеть от силы тока, а он от напряжения приложенного к катушке и её сопротивления. Сопротивление катушки зависит от длины провода (чем длиннее, тем оно больше) и площади его поперечного сечения (чем больше сечение, тем меньше сопротивление) приблизительный расчёт можно провести по формуле – R=p*L/S

4. Если ток будет слишком большим – катушка сгорит

5. При постоянном токе – ток будет больше, чем при переменном из-за влияния реактивного сопротивления индуктивности.

6. При работе на переменном токе – электромагнит будет гудеть и дребезжать, его поле будет постоянно менять направление, а его тяговая сила будет меньше (в два раза) чем при работе на постоянном. При этом сердечник для катушек переменного тока выполняется из тонколистового металла, собираясь в единое целое, при этом пластины друг от друга изолируются лаком или тонким слоем окалины (оксида), т.н. шихты – для уменьшения потерь и токов Фуко.

7. При одинаковой тяговой силе электрический магнит переменного тока будет весить в два раза больше, соответственно возрастают и габариты.

8. Но стоит учесть, что электромагниты переменного тока обладают большим быстродействием чем магниты постоянного тока.

9. Сердечники электромагнитов постоянного тока

10. Оба типа электромагнитов могут работать как на постоянном, так и на переменном токе, вопрос только какой силой он будет обладать, какие потери и нагрев будут происходить.

Один из интересных вариант сделать электромагнит – использовать трансформатор. Для этого нужно срезать вторичную обмотку. Ниже вы можете посмотреть видео, где ребята сделали мощный электромагнит переменного тока из большого трансформатора:

3 идеи для электромагнита из подручных средств на практике

Как уже было сказано самый простой способ сделать электромагнит – использовать металлический стержень и медный провод подобрав и один и другой под нужную мощность. Напряжение питания этого устройства подбирается опытным путем исходя из силы тока и нагрева конструкции. Для удобства можно использовать пластиковую катушку от ниток или подобного, а под её внутренее отверстие подобрать сердечник – болт или гвоздь.

Второй вариант – использовать почти готовый электромагнит. Вспомните об электромагнитных коммутационных приборах – реле, магнитных пускателях и контакторах. Для использования на постоянном токе и напряжении 12В удобно использовать катушку от автомобильных реле. Всё что нужно сделать – снять корпус выломать подвижные контакты и подключить питание.

Для работы от 220 или 380 вольт удобно использовать катушки магнитных пускателей и контакторов, они намотаны на оправке и легко вынимаются. Сердечник подберите исходя из площади поперечного сечения отверстия в катушке.

Так вы можете включать магнит от розетки, а регулировать его силу удобно если использовать реостат или ограничивать ток с помощью мощного сопротивления, например, нихромовой спирали.

Оглавление:

Провода и изоляция в электродвигателях

Назначение изоляции обмоточных проводов — предупреждение междувитковых замыканий. В асинхронных двигателях низкого напряжения междувитковое напряжение обычно составляет несколько вольт. Однако при включениях и выключениях возникают кратковременные импульсы напряжения, поэтому изоляция должна иметь большой запас электрической прочности. Появление ослабления в одной точке может вызвать электрический пробой и повреждение всей обмотки. Пробивное напряжение изоляции обмоточных. проводов должно составлять несколько сот вольт.

Обмоточные провода обычно изготавливают с волокнистой, эмальволокнистой и эмалевой изоляцией.

Волокнистые материалы на основе целлюлозы обладают значительной пористостью и высокой гигроскопичностью. Для повышения электрической прочности и влагостойкости волокнистую изоляцию пропитывают специальным лаком. Однако пропитка не предохраняет от увлажнения, а лишь снижает скорость поглощения влаги. Из-за этих недостатков провода с волокнистой и эмальволокнистой изоляцией в настоящее время почти не применяют для обмоток электрических машин.

Провода, применяемые для изготовления обмоток электродвигателей

Основные типы проводов с эмалевой изоляцией , применяемые для изготовления обмоток различных электродвигателей и электрических аппаратов, — поливинилацеталевые провода ПЭВ и провода повышенной нагревостойкости ПЭТВ на полиэфирных лаках . Достоинство этих проводов заключается в небольшой толщине их изоляции, что позволяет увеличить заполнение пазов электродвигателя. Для обмоток асинхронных двигателей мощностью до 100 кВт в основном применяют провода ПЭТВ.

Токоведущие части также должны быть изолированы от других металлических деталей электродвиагателя. Прежде всего необходима надежная изоляция проводов , уложенных в пазах статора и ротора. Для этой цели используют лакоткани и стеклоткани , представляющие собой ткани на основе хлопчатобумажных, шелковых, капроновых и стеклянных волокон, пропитанных лаком. Пропитка повышает механическую прочность и улучшает изоляционные свойства лакотканей .

Смотрите так же:  Меркурий 230 3 фазы

В период эксплуатации изоляция подвергается воздействию различных факторов, влияющих на ее характеристики. Главными из них следует считать нагрев, увлажнение, механические усилия и химически активные вещества в окружающей среде . Рассмотрим влияние каждого из этих факторов.

Как нагрев влияет на свойства изоляции электродвигателей

Протекание тока по проводнику сопровождается выделением тепла, которое нагревает электрическую машину. Другие источники тепла — потери в стали статора и ротора, вызываемые действием переменного магнитного поля, а также механические потери на трение в подшипниках.

В целом около 10 — 15% всей потребляемой из сети электрической энергии так или иначе преобразуется в тепло, создавая превышение температуры обмоток двигателя над окружающей средой. При увеличении нагрузки на валу электродвигателя ток в обмотках возрастает. Известно, что количество тепла, выделяемого в проводниках, пропорционально квадрату тока, поэтому перегрузка двигателя приводит к росту температуры обмоток. Как это действует на изоляцию?

Перегрев изменяет структуру изоляции и резко ухудшает ее свойства . Этот процесс называется старением . Изоляция становится хрупкой, ее электрическая прочность резко понижается. На поверхности возникают микротрещины, в которые проникает влага и грязь. В дальнейшем происходит пробой и выгорание части обмоток. При увеличении температуры обмоток срок службы изоляции резко снижается.

Классификация электроизоляционных материалов по нагревостойкости

Электроизоляционные материалы, применяемые в электрических машинах и аппаратах, по их нагревостойкости подразделяют на семь классов. Из них в асинхронных короткозамкнутых электродвигателях мощностью до 100 кВт применяют пять.

Непропитанные волокнистые материалы из целлюлозы, шелка и хлопчатобумажные относят к классу Y (допустимая температура 90°С), пропитанные волокнистые материалы из целлюлозы, шелка и хлопчатобумажные с изоляцией проводов на основе масляных и полиамидных лаков — к классу А (допустимая температура 105°С), синтетические органические пленки с изоляцией проводов на основе поливинилацетатных, эпоксидных, полиэфирных смол — к классу Е (допустимая температура 120°С), материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые с органическими связующими и пропитывающими составами, эмали повышенной нагревостойкости — к классу В (допустимая температура 130°С), материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетании с неорганическими связующими и пропитывающими составами, а также соответствующие данному классу другие материалы — к классу F (допустимая температура 155°С).

Электродвигатели проектируют с учетом того, чтобы при номинальной мощности температура обмоток не превышала допустимое значение . Обычно имеется небольшой запас по нагреву. Поэтому номинальному току соответствует нагрев несколько ниже предельной нормы. Температуру окружающей среды при расчетах принимают равной 40°С . Если электрический двигатель работает в таких условиях, когда температура всегда заведомо ниже 40°С, его можно перегрузить. Величину перегрузки можно подсчитать с учетом температуры окружающей среды и тепловых свойств двигателя. Так можно поступать только в том случае, если нагрузка электродвигателя строго контролируется и можно быть уверенным, что она не превысит расчетного значения.

Как влага влияет на свойства изоляции электродвигателей

Другим фактором, от которого существенно зависит срок службы изоляции, является действие влаги. При повышенной влажности воздуха на поверхности изоляционного материала образуется пленка влаги. Поверхностное сопротивление изоляции при этом резко понижается. Образованию пленки воды в большой мере способствуют местные загрязнения. Через трещины и поры влага проникает внутрь изоляции, снижая ее электрическое сопротивление.

Провода с волокнистой изоляцией, как правило, невлагостойки. Их стойкость к действию влаги повышается путем пропитки лаками. Эмальволокнистая и эмалевая изоляции более стойки к действию влаги.

Следует отметить, что скорость увлажнения существенно зависит от температуры окружающей среды . При одинаковой относительной влажности, но при более высокой температуре изоляция увлажняется в несколько раз быстрее.

Как мехнические усилия влияют на свойства изоляции электродвигателей

Механические усилия в обмотках возникают при неодинаковых тепловых расширениях отдельных частей машины, вибрации корпуса, при пусках двигателя. Обычно магнитопровод нагревается меньше, чем медь обмотки, их коэффициенты расширения различны. В результате медь при рабочем токе удлиняется больше на десятые доли миллиметра, чем сталь. Это создает механические усилия внутри паза машины и перемещение проводов, что вызывает истирание изоляции и образование дополнительных зазоров, в которые проникает влага и пыль.

Пусковые токи, в 6 — 7 раз превышающие номинальные, создают электродинамические усилия, пропорциональные квадрату тока. Эти усилия действуют на обмотку, вызывая деформацию и смещение отдельных ее частей. Вибрация корпуса также вызывает механические усилия, снижающие прочность изоляции.

Стендовые испытания двигателей показали, что при повышенных виброускорениях дефектность изоляции обмоток может повыситься в 2,5 — 3 раза. Вибрация также может быть причиной ускоренного износа подшипников. Колебания двигателя могут возникать из-за несоосности валов, неравномерности нагрузки -, неодинаковости воздушного зазора между статором и ротором и несимметрии напряжений.

Влияние пыли и химически активных сред на свойства изоляции электродвигателей

Износу изоляции также способствует пыль, содержащаяся в воздухе. Твердые частицы пыли разрушают поверхность и, оседая, загрязняют ее, чем также снижают электрическую прочность. В воздухе производственных помещений присутствуют примеси химически активных веществ (углекислый газ, сероводород, аммиак и др.). В химически агрессивных средах изоляция быстро теряет свои изоляционные свойства и разрушается. Оба этих фактора, дополняя друг друга, сильно ускоряют процесс разрушения изоляции. Для повышения химостойкости обмоток электродвигателей применяют специальные пропиточные лаки .

Комплексное воздействие всех факторов на обмотки электродвигателей

Обмотка двигателя часто испытывает на себе одновременное действие нагрева, увлажнения, химических компонентов и механического воздействия. В зависимости от характера нагрузки двигателя, условий окружающей среды и длительности работы действие этих факторов может быть различным. В машинах, работающих с переменной нагрузкой, преобладающее действие может оказать нагрев. В электроустановках, работающих в животноводческих помещениях, наиболее опасным для двигателя оказывается действие повышенной влажности в сочетании с парами аммиака.

Можно представить возможность конструирования такого двигателя, который мог бы противостоять всем этим неблагоприятным факторам. Однако такой двигатель, по-видимому, был бы слишком дорогим, так как потребовалось бы усиление изоляции, значительное улучшение ее качества и создание большого запаса прочности.

Поступают иначе. Для обеспечения надежной работы двигателя применяют систему мероприятий, обеспечивающих нормативный срок службы. Прежде всего за счет применения более качественных материалов улучшают технические характеристики двигателя и его способность противостоять действию разрушающих изоляцию факторов. Совершенствуют средства защиты двигателей. И, наконец, обеспечивают техническое обслуживание для своевременного устранения неисправностей, которые в дальнейшем могут привести к авариям.

ФОРУМ RusCable.Ru

добавлено 03.06.2014 в 13:05

это ответ на первый пост

Экран не обязательно должен защищать от поля
Назначение экранов в силовых конструкциях перераспределение электромагнитного поля таким образом, чтобы использование изоляции было оптимальным. В высоковольтных кабелях экранированием добиваются радиальности поля.
Еще как пример: тороидальные экраны на высоковольтных вводах. Те вообще ни от чего защитить не могут (просто кольца вокруг изолятора), зато повышают напряжение появления короны

Из политехнического словаря:
ЭКРАН (от франц. eсгап — заслон, ширма) — устройство с поверхностью, поглощающей, преобразующей или отражающей излучения разл. видов энергии, для использования этих излучений или защиты от их действия

добавлено 03.07.2014 в 13:25

или как мне в личку написать, у меня просто выкладки с картинками, тут на форуме не уместится 🙂

Способы изоляции проводов и кабелей

Материалы используемые при изоляции проводов и кабелей

Назначение изоляции проводов — это предотвращение токов утечки открытых участков соединений проводов. Поэтому материал изоляции должен быть негорючим, выдерживать высокую температуру и защищать соединения от влаги. Для различных условий эксплуатации и для разного вида проводов и кабелей используют свой способ изоляции.

Способ изоляции проводов термоусадочной трубкой

Для изоляции соединений проводов и кабелей используют такие виды изоляции как изоляционная лента, термоусадочная трубка, колпачки СИЗ, ПВХ трубка. Некоторые, в качестве изоляции используют скотч, который не имеет необходимых изоляционных свойств и поэтому использовать его для изоляции проводов не рекомендуется.

ПВХ изоляционная лента сейчас наиболее популярная. Эта лента выпускается многих цветов. Она имеет хорошие изоляционные свойства, обладает эластичностью. Однако ПВХ изолента не любит влаги, во влажной среде она отклеивается и раскисает.

Для сухих помещений эта изолента хорошо держится на местах соединений проводов и долговечна. Также цветной ПВХ изолентой можно отмечать по цветам провода и жилы кабелей для фазы, нуля и провода защитного заземления.

ХБ изоляционная лента отличается от ПВХ ленты влагоустойчивостью, устойчивостью к низким температурам, не боится грязи. Поэтому ее нередко используют в изоляции проводов автомобильной электропроводки.

Термоусадочная трубка также имеет хорошие изоляционные свойства. Ей можно изолировать соединения проводов которые находятся под землей, в воде. Ее также можно использовать при ремонте электропроводки в автомобилях.

Колпачки СИЗ имеют не такие высокие характеристики изоляции как у термоусадочной трубки, но их с успехом можно использовать для изоляции скруток и паек в распределительных коробках.

Изоляция проводов СИЗ колпачками в распредкоробке. Накручивание на изоленту

Как правильно изолировать соединение проводов

После соединения проводов изолента ПВХ и ХБ накручивается на оголенные провода не меньше чем в два слоя. Как только дошли до конца соединения, делают пустую накрутку трубкой. Которая после прижимается назад, и накручивается второй слой ленты в обратном направлении.

Смотрите так же:  Портативные генераторы 220 вольт

Этот способ изоляции проводов изолентой используют практически все профессиональные электрики. Если проводится скрутка многожильного провода с монолитным, тогда многожильный провод закручивается и зажимается одножильным проводом так, как показано на рисунке.

Способ скрутки и изоляции многожильного и монолитного проводов

Термоусадочная трубка обрезается по размеру места изоляции плюс 2 см запаса. Она одевается на провод еще до начала соединения, в противном случае ее уже не оденешь на провод. Усаживать термотрубку можно строительным феном, зажигалкой или мощным паяльником 60 – 100 Вт. Зажигалку подносят к термотрубке на небольшом расстоянии и передвигая по длине трубки подогревают и осаживают её.

Изоляция проводов ПВХ лентой

Если место соединения проводов используется под водой или под землёй, тогда желательно изолировать провода двумя термоусадочными трубками. Вторая трубка берется большего размера и также с перекрытием первой трубки. Выбирают термотрубку по диаметру места соединения. Обычно термоусадочная трубка усаживается в 2 раза по диаметру. Поэтому её нужно выбирать так, чтобы она легко одевалась на место соединения проводов, но не болталась.

Колпачки СИЗ легко накручиваются на скрутку проводов, накручивают их до упора. В основном эти колпачки используют при монтаже электропроводки в домах и квартирах.

Скрутка и изоляция одножильных и многожильных проводов

Место соединения проводов изолируют также и ПВХ трубками (кембрик). Для такой изоляции выбирают диаметр трубки чуть меньше места соединения проводов, чтобы она плотно оделась на оголенные провода и не соскакивала. Подобрать точный размер ПВХ трубки к месту соединения проводов можно, если ее растянуть и немного подогреть зажигалкой. После того как трубка остынет она готова к использованию.

Надеюсь вы в курсе, что любые работы с электропроводкой проводятся при обесточенной электросети, т. е. при выключенном автомате ввода.

Анализ взаимного влияния кабельных линий электротехнических системах Текст научной статьи по специальности «Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук»

Аннотация научной статьи по общим и комплексным проблемам естественных и точных наук, автор научной работы — Артюшенко В. М.

Осуществлен анализ взаимного влияния кабельных линий в электротехнических системах; показано, что с увеличением частоты наводимое напряжение возрастает, а скручивание сетевых проводов позволяет уменьшить магнитное влияние до 20 дБ.

Похожие темы научных работ по общим и комплексным проблемам естественных и точных наук , автор научной работы — Артюшенко В.М.,

An analysis of the cable line interference for the electrotechnical systems

An analysis of the cable line interference for the electrotechnical systems is performed. In this paper we show that under frequency growth the induced voltage is growth too and network cable twisting give rise to reduce magnetic impact up to 20 dB.

Текст научной работы на тему «Анализ взаимного влияния кабельных линий электротехнических системах»

АНАЛИЗ ВЗАИМНОГО ВЛИЯНИЯ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ В ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

Осуществлен анализ взаимного влияния кабельных линий в электротехнических системах; показано, что с увеличением частоты наводимое напряжение возрастает, а скручивание сетевых проводов позволяет уменьшить магнитное влияние до 20 дБ.

An analysis of the cable line interference for the electrotechnical systems is performed. In this paper we show that under frequency growth the induced voltage is growth too and network cable twisting give rise to reduce magnetic impact up to 20 dB.

Очень часто при прокладке кабельных линий приходится учитывать различные аспекты электромагнитной совместимости (ЭМС) электротехнических систем, расположенных в зданиях и занимающих площади в сотни и тысячи квадратных метров. Особую актуальность эта проблема приобретает при прокладки кабельных линий в непосредственной близости от телекоммуникационных и силовых кабелей.

Как известно, в зависимости от решаемых задач, по кабелям можно передавать электрическую мощность до 10 кВт (+70 дБм) частотой 50 Гц или до 1 МВт (+90 дБм) частотой от 30 МГц до 3 ГГц. В то же время по кабелям можно передавать сигналы с уровнями до -120 дБм. При таком перепаде уровней передаваемой мощности неизбежно влияние одних линий (мощных цепей) на другие (маломощные). Проанализируем взаимное влияние сигнальной и мешающей кабельной линии.

Рассмотрим механизм возникновения помех в линии, вызванных воздействием мешающего магнитного и электрического полей.

Помехи из-за магнитных полей. Взаимодействие двух проводов в магнитном поле можно проанализировать с помощью теории магнитного поля [1-3]. Согласно закону полного тока

где Н — напряженность магнитного поля, А/м, вокруг провода, по которому протекает ток I.

На расстоянии г от токонесущего провода напряженность выражается формулой

Магнитное поле, образующееся вокруг токонесущего провода 1, охватывает провод 2 (рис. 1).

Механизм магнитной связи можно описать законом Фарадея:

V у у ; 7 ; у у у ; 7 уу 7

Рис. 1. Геометрическая интерпретация магнитной связи между «рабочими» проводами (2 и 3) и источником помех (1)

Здесь Е — напряженность электрического поля, В/м; и — напряжение, индуцированное в цепи, образованной проводами 2, 3;

— магнитный поток, пересекающий петлю площадью S, образованную проводами 2, 3.

В последнем выражении В = цН, где ц — магнитная проницаемость среды.

Определим напряжение, наводимое в цепи 2-3, считая, что длина каждого из проводов 2 и 3 равна Ь.

Воспользовавшись результатами [4] и опуская промежуточные рассуждения, приняв Н = Н1 и подставив в уравнение (1) пределы интегрирования, запишем:

O = J BLdr = ^L J Hdr = J rAdr =

= 0,5n-1^LI log[(d + h)d-x] .

U = — — = -0,5л-У L log[(d + h)d -1]d = dt dt

= -\iL f I log[(d + h)d-1],

где dt — — (! cos ш t) dt

Анализ уравнения (2) показывает, что наведенное в рассматриваемой цепи напряжение будет возрастать с ростом магнитной проницаемости ц, длины цепи L, силы тока I и его частоты f и будет уменьшаться при удалении (разнесении) проводов

2, 3 от источника помех.

Опуская промежуточные преобразования и воспользовавшись результатами [4], запишем, что коэффициент связи Ксв. м между источником помех и «рабочими» проводами может быть определен как

Ёna.i = U2U1 = Z22ML/[(Z12 + Z22 + 7®L2) X

x(Zn + Z21 + j®Li)]-1 log[(d + h)d-1], (3)

где U1 — напряжение источника помех линии 1; U2 — напряжение, наводимое в «рабочей» линии 2 из-за магнитной связи; Z11, Z21 -внутреннее сопротивление источника напряжения помех и «рабочей» линии соответственно; Z12, Z22 — полное сопротивление цепи источника помех и «рабочей» линии; L1, L2 — индуктивность цепи источника помех и «рабочей» линии.

На низких и высоких частотах, при определенных допущениях, уравнение (3) может быть представлено в виде

Ё na. i = U2U-1 = 0,25Z -V/)log[(d + h)d-1] при fflLm > 2Z , без учета фазы, (5)

где Lei а = L1 = L2 ; Z * Z1 * Z2 •

Анализируя выражения (2) — (4), можно прийти к выводу, что для уменьшения магнитной связи между «рабочим» проводом и источником помех необходимо: уменьшить напряжение источника помех или ток в цепи 1; уменьшить длину линии L и (или) расстояние между проводами h; максимально разнести цепи 1 и 2 так, чтобы для уравнения (3) выполнялись условия d >> h и

log |^(d + h)d-1J ^ ln1 = 0; максимально понизить

частоту передаваемых сигналов; экранировать «рабочий» провод магнитным экраном с высокой проницаемостью.

Как правило, кабель прокладывается по кратчайшему пути, поэтому длину линии L существенно уменьшить нельзя. Укладка изолированного провода непосредственно на «землю», значительно уменьшит размер h1. Еще больше можно

уменьшить магнитную связь, используя в качестве «земли» отдельный провод, так как в этом случае нет связи из-за общих участков цепей.

Очень хорошим вариантом является скрутка прямого и обратного проводов. В этом случае напряжение, наводимое на соседних участках скрученной линии, примерно одинаково по величине, но противоположно по знаку.

Из-за низкой магнитной проницаемости типовые экраны, используемые для экранирования от электрических полей высокой частоты, не экранируют магнитные поля. Экраны из ферритовых материалов уменьшают магнитное поле, так как обладают низким сопротивлением для магнитного потока.

Для частот ниже 10 кГц степень магнитного экранирования Аэ, дБ, обеспечиваемого цилиндрическим экраном, выполненным из магнитопроницаемого материала и помещенным вокруг одной или нескольких пар проводов, при ЦуН, /2гу >> 1,

где цэ — относительная проницаемость магнитного экрана; гэ — толщина экрана; Иэ — внешний радиус экрана, может быть определена выражением

Л, « 201ов(0,5|угГ1). (6)

Из (6) видно, что эффективность экранирования возрастает с увеличением толщины экрана.

Помехи из-за электрических полей. Для рассмотрения помех, вызванных электрическим полем, воспользуемся рис. 2, иллюстрирующим связь двух проводов, расположенных рядом.

Рис. 2. Геометрическая интерпретация емкостной связи между двумя проводами

Как видно из рисунка, кроме прямой емкостной связи Сс между проводами 1 и 2, существует и косвенная связь через «Землю» (С1 и С2).

Используя методику [4], опуская промежуточные преобразования и эквивалентные схемы образующейся цепи, запишем выражение для переходного затухания между проводами 1 и 2:

Епа.у = ВД_1 = гю(Сс + С2) — ]2]-1. (7)

На низких частотах, где 2ю(Сс + С2) > 2 :

Е па.у = = Са(Са + С 2Г1 . (9)

При й / О >> 1 емкость Сс, пФ/м, между проводами приближенно может быть найдена из выражения

Смотрите так же:  Узо механическое

Йп «лв[1п(2 > 1 не выполняется, то в (10) вместо 1п(2й / О) следует подставить агсЬ(й / О).

Подставив в (9) значения величины С2, получим:

Е па.у = и2^ = 11,62/1 • 10“12[1ов(2аЮ“1)]-1 при 2ю(Сс + С2) > 2 и й/О , Л/О > 2. (12)

Анализ уравнений (7) — (12) показывает: для того чтобы уменьшить влияние электрических помех, необходимо уменьшить напряжение (мощность) источника помех, изолировать цепи 1 и 2 с целью уменьшения емкости Сс и обеспечения соотношения й >> О, уменьшить емкость Сс путем укорачивания длины линии, подверженной воздействиям помех, а также уменьшить емкость Сс при помощи экранирования.

Рассмотрим и проанализируем взаимное влияние сигнальной и мешающей линии на частотах ниже 100 кГц. На этих частотах, в зависимости от геометрии линии и ее сопротивления, сказывается влияние как электрических, так и магнитных полей. Длина линии и частота в равной мере определяют и электрическую, и магнитную связь. Если для обоих видов связи применить низкочастотную аппроксимацию переходного затухания, то при определенных условиях можно записать:

log +h)d 1J log |^2dD 1

Выражение (1) справедливо для dD >> 1. Если это неравенство не выполняется, то в (13) вместо log 2dD- J необходимо подставить

Проанализируем наиболее распространенные на практике случаи: далеко разнесенные пары при d = 10h , (d + h)d -1 = 1,1; близко расположенные пары при d = h , (d + h)d -1 = 2; далеко разнесенные пары при d = 20D, 2d -1 = 40; близко расположенные пары при d = 1,1 D , 2dD -1 = 2,2 ; очень близко расположенные пары при d = 1,01D, 2dD -1 = 2,02.

На основании (13) для случаев

1) dD- = 1,01; 1,1; 2,0; 20 и dh^1 = 0,1;

2) dD-1 = 1,01;1,1; 2,0; 20 и dh^1 = 10 составим матрицу, Ом2:

350 1145 3440 9200 1280

Графики, построенные по данной матрице, представлены на рис. 3.

= 19 • 103 log [(d + h)d_1 ] log[2dD_1], (13)

где Z1, Z2 — полные сопротивления цепи источника помех и сигнальной линии соответственно, Ом;

Рис. 3. Взаимное влияние линий:

1 — ёО1 = 20, ёНЛ = 1,0;

2 — йП1 = 2, йК1 = 1,0;

3 — йО1 = 20, йК1 = 10 или йО1 = 1,1, йК1 = 1,0;

4 — йО1 = 1,01, йНЛ = 1,0

Прямая 1 соответствует наибольшему расстоянию между линиями, прямая 4 — наименьшему. Область, расположенная выше 1, относится к области преобладания электрической связи, область расположенная ниже 4 — к области преобладания магнитной связи. То есть, если произведение 22 > 107 Ом2, то преобладает электрическая связь, если 22

Свидетельство о регистрации СМИ Эл № ФС77-52970

Магнитное поле прямого провода и соленоида. Атомные токи

Можно показать, как пользоваться законом Ампера, определив магнитное поле вблизи провода. Зададим вопрос: чему равно поле вне длинного прямолинейного провода цилиндрического сечения? Мы сделаем одно предположение, может быть, не столь уж очевидное, но тем не менее правильное: линии поля В идут вокруг провода по окружности. Если мы сделаем такое предположение, то закон Ампера [уравнение (13.16)] говорит нам, какова величина поля. В силу симметрии задачи поле В имеет одинаковую величину во всех точках окружности, концентрической с проводом (фиг. 13.7). Тогда можно легко взять линейный интеграл от B·ds. Он равен просто величине В, умноженной на длину окружности. Если радиус окружности равен r, то

Полный ток через петлю есть просто ток / в проводе, поэтому

Напряженность магнитного поля спадает обратно пропорционально r, расстоянию от оси провода. При желании уравнение (13.17) можно записать в векторной форме. Вспоминая, что В направлено перпендикулярно как I, так и r, имеем

Мы выделили множитель 1/4πεс 2 , потому что он часто появляется. Стоит запомнить, что он равен в точности 10 – 7 (в системе единиц СИ), потому что уравнение вида (13.17) используется для определения единицы тока, ампера. На расстоянии 1 м ток в 1 а создает магнитное поле, равное 2·10 – 7 вебер/м 2 .

Раз ток создает магнитное поле, то он будет действовать с некоторой силой на соседний провод, по которому также проходит ток. В гл. 1 мы описывали простой опыт, показывающий силы между двумя проводами, по которым течет ток. Если провода параллельны, то каждый из них перпендикулярен полю В другого провода; тогда провода будут отталкиваться или притягиваться друг к другу. Когда токи текут в одну сторону, провода притягиваются, когда токи противоположно направлены,— они отталкиваются.

Возьмем другой пример, который тоже можно проанализировать с помощью закона Ампера, если еще добавить кое-какие сведения о характере поля. Пусть имеется длинный провод, свернутый в тугую спираль, сечение которой показано на фиг. 13.8. Такая спираль называется соленоидом. На опыте мы наблюдаем, что когда длина соленоида очень велика по сравнению с диаметром, то поле вне его очень мало по сравнению с полем внутри. Используя только этот факт и закон Ампера, можно найти величину поля внутри.

Поскольку поле остается внутри (и имеет нулевую дивергенцию), его линии должны идти параллельно оси, как показано на фиг. 13.8. Если это так, то мы можем использовать закон Ампера для прямоугольной «кривой» Г на рисунке. Эта кривая проходит расстояние L внутри соленоида, где поле, скажем, равно Во, затем идет под прямым углом к полю и возвращается назад по внешней области, где полем можно пренебречь. Линейный интеграл от В вдоль этой кривой равен в точности ВL, и это должно равняться 1/εс 2 , умноженному на полный ток внутри Г, т. е. на NI (где N — число витков соленоида на длине L). Мы имеем

Или же, вводя n — число витков на единицу длины соленоида (так что n=N/L), мы получаем

Что происходит с линиями В, когда они доходят до конца соленоида? По-видимому, они как-то расходятся и возвращаются в соленоид с другого конца (фиг. 13.9). В точности такое же поле наблюдается вне магнитной палочки. Ну а что же такое магнит? Наши уравнения говорят, что поле В возникает от присутствия токов. А мы знаем, что обычные железные бруски (не батареи и не генераторы) тоже создают магнитные поля. Вы могли бы ожидать, что в правой части (13.12) или (16.13) должны были бы быть другие члены, представляющие «плотность намагниченного железа» или какую-нибудь подобную величину. Но такого члена нет. Наша теория говорит, что магнитные эффекты железа возникают от каких-то внутренних токов уже учтенных членом j.

Вещество устроено очень сложно, если рассматривать его с глубокой точки зрения; в этом мы уже убедились когда пытались понять диэлектрики. Чтобы не прерывать нашего изложения, отложим подробное обсуждение внутреннего механизма магнитных материалов типа железа. Пока придется принять, что любой магнетизм возникает за счет токов и что в постоянном магните имеются постоянные внутренние токи. В случае железа эти токи создаются электронами, вращающимися вокруг собственных осей. Каждый электрон имеет такой спин, который соответствует крошечному циркулирующему току. Один электрон, конечно, не дает большого магнитного поля, но в обычном куске вещества содержатся миллиарды и миллиарды электронов. Обычно они вращаются любым образом, так что суммарный эффект исчезает. Удивительно то, что в немногих веществах, подобных железу, большая часть электронов крутится вокруг осей, направленных в одну сторону,— у железа два электрона из каждого атома принимают участие в этом совместном движении. В магните имеется большое число электронов, вращающихся в одном направлении, и, как мы увидим, их суммарный эффект эквивалентен току, циркулирующему по поверхности магнита. (Это очень похоже на то, что мы нашли в диэлектриках,— однородно поляризованный диэлектрик эквивалентен распределению зарядов на его поверхности.) Поэтому не случайно, что магнитная палочка эквивалентна соленоиду.

Похожие статьи:

  • Схема электронного строения олова 1.Химический элемент олово(Sn). 1.1. Электронная формула данного химического элемента: 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 3D 10 4S 2 4P 6 4D 10 4F 0 5S 2 5P 2 Сокращенная электронная формула:4D 10 5S 2 5P 2 В 5-м периоде электроны заполняют сначала […]
  • Заземление в щитке частного дома Заземление в щитке частного дома Назначение защитного заземления При пробое изоляции питающего провода на металлическом корпусе незаземлённого прибора появляется потенциал. Если дотронуться к такому устройству, то можно получить удар […]
  • Выключатель abb с узо FH202 AC-63/0,3 ABB Название: FH202AC УЗО 2P 63A 300mA (AC). Производитель: ABB . Внутренний код (артикул): 2CSF202004R1630 Описание: FH 200 типа AС. Назначение: защита от переменного синусоидального тока утечки на землю, защита при […]
  • Вес провода 25 мм Провод А 25 Применение провода А 25 Предложения со складов по А 25 Конструкция провода А 25 Провода состоят из алюминиевых проволок, скрученных правильной скруткой, с направлением скрутки соседних повивов в противоположные стороны, […]
  • Провода для minecraft Провода. IC 2 В предыдущей части мы говорили об энергии и энергоносителях. Сейчас расскажем о том, как проводить энергию к энергохранителям, и от них к механизмам, а также как сделать провода в Майнкрафт и пользоваться ими. […]
  • Как подключить вд1-63 узо Подключение УЗО выключатель дифференциального тока ВД1-63 Схема подключения выключателя дифференциального тока (УЗО - устройства защитного отключения) Схема подключения УЗО (выключателя дифференциального тока) ВД1-63 наклеена на правом […]