Za zaštitu magnetnog polja koriste se dvije metode:

Bypass metoda;

Metoda ekranskog magnetnog polja.

Pogledajmo detaljnije svaku od ovih metoda.

Metoda ranžiranja magnetnog polja sa ekranom.

Metoda ranžiranja magnetnog polja ekranom koristi se za zaštitu od konstantnog i sporo promjenjivog naizmjeničnog magnetnog polja. Ekrani se izrađuju od feromagnetnih materijala sa visokom relativnom magnetnom penetracijom (čelik, permaloj). Ako postoji ekran, linije magnetne indukcije prolaze uglavnom duž njegovih zidova (slika 8.15), koje imaju mali magnetni otpor u poređenju sa vazdušnim prostorom unutar ekrana. Kvaliteta zaštite zavisi od magnetske permeabilnosti štita i otpora magnetnog kola, tj. Što je ekran deblji i što manje šavova i spojeva prolazi u pravcu linija magnetne indukcije, efikasnost zaštite će biti veća.

Metoda pomicanja magnetnog polja ekranom.

Metoda pomicanja magnetnog polja ekranom koristi se za ekranizaciju naizmjeničnih visokofrekventnih magnetnih polja. U ovom slučaju koriste se ekrani od nemagnetnih metala. Zaštita se zasniva na fenomenu indukcije. Ovdje je koristan fenomen indukcije.

Postavimo bakarni cilindar na putanju jednolikog naizmeničnog magnetnog polja (slika 8.16a). U njemu će se pobuđivati ​​promjenjivi ED, koji će zauzvrat stvarati naizmjenične induktivne vrtložne struje (Foucaultove struje). Magnetno polje ovih struja (slika 8.16b) će biti zatvoreno; unutar cilindra će biti usmjeren prema uzbudljivom polju, a izvan njega - u istom smjeru kao i uzbudljivo polje. Rezultirajuće polje (slika 8.16, c) ispada da je oslabljeno u blizini cilindra i ojačano izvan njega, tj. polje se pomera iz prostora koji zauzima cilindar, što je njegov zaštitni efekat, koji će biti efikasniji što je manji električni otpor cilindra, tj. što su vrtložne struje koje teku kroz njega veće.

Zahvaljujući površinskom efektu („efekt kože“), gustina vrtložnih struja i intenzitet naizmjeničnog magnetnog polja opadaju eksponencijalno kako se ulazi dublje u metal

, (8.5)

Gdje (8.6)

– indikator smanjenja polja i struje, koji se zove ekvivalentna dubina prodiranja.

Ovdje je relativna magnetna permeabilnost materijala;

– magnetna permeabilnost vakuuma, jednaka 1,25*10 8 g*cm -1;

– otpornost materijala, Ohm*cm;

- frekvencija Hz.

Vrijednost ekvivalentne dubine penetracije pogodna je za karakterizaciju efekta zaštite vrtložnih struja. Što je manji x0, to je veće magnetsko polje koje stvaraju, koje pomiče vanjsko polje izvora za hvatanje iz prostora koji zauzima ekran.

Za nemagnetni materijal u formuli (8.6) =1, efekt zaštite je određen samo pomoću i . Šta ako je ekran napravljen od feromagnetnog materijala?

Ako su jednaki, efekat će biti bolji, jer će >1 (50..100) i x 0 biti manji.

Dakle, x 0 je kriterijum za efekat zaštite vrtložnih struja. Zanimljivo je procijeniti koliko puta gustoća struje i jačina magnetnog polja postaju niži na dubini x 0 u odnosu na ono što su na površini. Da bismo to učinili, zamjenjujemo x = x 0 u formulu (8.5).

iz čega se vidi da na dubini od x 0 gustoća struje i jačina magnetnog polja padaju e puta, tj. na vrijednost od 1/2,72, što je 0,37 gustine i napetosti na površini. Pošto je polje slabljenje samo 2,72 puta na dubini x 0 nije dovoljno za karakterizaciju zaštitnog materijala, zatim koristite još dvije vrijednosti dubine penetracije x 0,1 i x 0,01, koje karakteriziraju pad gustoće struje i napona polja za 10 i 100 puta od njihovih vrijednosti na površini.

Izrazimo vrijednosti x 0,1 i x 0,01 kroz vrijednost x 0; za to, na osnovu izraza (8.5), kreiramo jednačinu

I ,

nakon što smo odlučili šta ćemo dobiti

x 0,1 =x 0 ln10=2,3x 0 ; (8.7)

x 0,01 = x 0 ln100 = 4,6x 0

Na osnovu formula (8.6) i (8.7) za različite zaštitne materijale, u literaturi su date vrijednosti dubina prodiranja. Radi jasnoće, iste podatke predstavljamo u obliku tabele 8.1.

Tabela pokazuje da je za sve visoke frekvencije, počevši od srednjeg talasnog opsega, veoma efikasan ekran od bilo kog metala debljine 0,5...1,5 mm. Prilikom odabira debljine i materijala ekrana, ne treba polaziti od električnih svojstava materijala, već se voditi razmatranja mehaničke čvrstoće, krutosti, otpornosti na koroziju, lakoće spajanja pojedinačnih delova i stvaranja prelaznih kontakata sa malim otporom između njih, lakoće lemljenja, zavarivanja itd.

Iz podataka tabele proizilazi da za frekvencije veće od 10 MHz, film od bakra, a još više od srebra, debljine manje od 0,1 mm daje značajan efekat zaštite. Stoga je na frekvencijama iznad 10 MHz sasvim prihvatljivo koristiti ekrane od folije getinaxa ili drugog izolacijskog materijala na koje se nanosi bakreni ili srebrni premaz.

Čelik se može koristiti kao ekrani, ali morate imati na umu da zbog visoke otpornosti i fenomena histereze, čelični zaslon može unijeti značajne gubitke u zaštitna kola.

Zaštita magnetnih polja može se izvršiti na dva načina:

Zaštita pomoću feromagnetnih materijala.

Zaštita vrtložnim strujama.

Prva metoda se obično koristi kod zaštite konstantnih MF i niskofrekventnih polja. Drugi metod pruža značajnu efikasnost u zaštiti visokofrekventnih MP. Zbog površinskog efekta, gustina vrtložnih struja i intenzitet naizmjeničnog magnetnog polja opadaju eksponencijalno kako se ulazi dublje u metal:

Mjera smanjenja polja i struje, koja se naziva ekvivalentna dubina penetracije.

Što je dubina prodiranja manja, to je veća struja koja teče u površinskim slojevima ekrana, to je veći inverzni MF koji on stvara, a koji pomiče vanjsko polje izvora smetnji iz prostora koji zauzima ekran. Ako je ekran napravljen od nemagnetnog materijala, tada će efekt zaštite ovisiti samo o provodljivosti materijala i frekvenciji zaštitnog polja. Ako je ekran napravljen od feromagnetnog materijala, tada će, pod jednakim uvjetima, vanjskim poljem u njemu biti indukovano veliko e. d.s. zbog veće koncentracije linija magnetnog polja. Uz istu specifičnu provodljivost materijala, vrtložne struje će se povećati, što će dovesti do manje dubine prodiranja i boljeg efekta zaštite.

Prilikom odabira debljine i materijala sita ne treba polaziti od električnih svojstava materijala, već se voditi računa o mehaničkoj čvrstoći, težini, krutosti, otpornosti na koroziju, lakoći spajanja pojedinih dijelova i uspostavljanju prijelaznih kontakata između njih. sa niskim otporom, lakoćom lemljenja, zavarivanja itd.

Iz podataka u tabeli jasno je da za frekvencije iznad 10 MHz, bakarni i posebno srebrni filmovi debljine oko 0,1 mm daju značajan efekat zaštite. Stoga je na frekvencijama iznad 10 MHz sasvim prihvatljivo koristiti ekrane od folije getinax ili fiberglasa. Na visokim frekvencijama, čelik pruža veći efekat zaštite od nemagnetnih metala. Međutim, vrijedi uzeti u obzir da takvi ekrani mogu unijeti značajne gubitke u zaštićena kola zbog visoke otpornosti i fenomena histereze. Stoga su takvi ekrani primjenjivi samo u slučajevima kada se gubici umetanja mogu zanemariti. Takođe, za veću efikasnost zaštite, ekran mora imati manji magnetni otpor od vazduha, tada linije magnetnog polja teže da prolaze duž zidova ekrana i manje prodiru u prostor izvan ekrana. Takav ekran je podjednako pogodan za zaštitu od uticaja magnetnog polja i za zaštitu spoljašnjeg prostora od uticaja magnetnog polja koje stvara izvor unutar ekrana.

Postoji mnogo vrsta čelika i permaloja s različitim vrijednostima magnetne permeabilnosti, tako da se dubina prodiranja mora izračunati za svaki materijal. Proračun se vrši pomoću približne jednadžbe:

1) Zaštita od vanjskog magnetnog polja

Linije magnetnog polja vanjskog magnetnog polja (indukcijske linije magnetskog polja interferencije) proći će uglavnom kroz debljinu zidova ekrana, koji ima mali magnetni otpor u odnosu na otpor prostora unutar ekrana. Kao rezultat toga, vanjsko magnetsko polje interferencije neće utjecati na način rada električnog kruga.

2) Štiti svoje magnetno polje

Takva zaštita se koristi ako je zadatak zaštititi vanjske električne krugove od djelovanja magnetskog polja koje stvara struja zavojnice. Induktivnost L, odnosno kada je potrebno praktično lokalizirati smetnje koje stvara induktivnost L, tada se ovaj problem rješava pomoću magnetnog ekrana, kao što je shematski prikazano na slici. Ovdje će gotovo sve linije polja induktorske zavojnice biti zatvorene kroz debljinu zidova ekrana, a da se ne prelaze preko njih zbog činjenice da je magnetski otpor ekrana mnogo manji od otpora okolnog prostora.

3) Dvostruki ekran

U dvostrukom magnetnom ekranu može se zamisliti da će dio magnetnih linija sile koje se protežu izvan debljine zidova jednog ekrana biti zatvoren kroz debljinu zidova drugog ekrana. Na isti način, može se zamisliti djelovanje dvostrukog magnetskog ekrana kada se lokaliziraju magnetske smetnje koje stvara element električnog kola smještenog unutar prvog (unutarnjeg) ekrana: najveći dio linija magnetskog polja (linije magnetskog raspršenja) će se zatvoriti. kroz zidove spoljašnjeg ekrana. Naravno, kod dvostrukih paravana potrebno je racionalno odabrati debljinu zidova i razmak između njih.

Ukupni koeficijent zaštite dostiže najveću veličinu u slučajevima kada se debljina zidova i razmak između paravana povećavaju proporcionalno udaljenosti od centra ekrana, a vrijednost zazora je geometrijski prosjek debljina zida. susedne ekrane. U ovom slučaju, koeficijent zaštite je:

L = 20lg (H/Ne)

Proizvodnja duplih sita u skladu sa ovom preporukom je praktično otežana iz tehnoloških razloga. Mnogo je svrsishodnije odabrati udaljenost između školjki uz zračni raspor ekrana koja je veća od debljine prvog zaslona, ​​približno jednaka udaljenosti između hrpe prvog zaslona i ruba zaštićenog kruga element (na primjer, zavojnica induktora). Izbor jedne ili druge debljine zidova magnetnog štita ne može se učiniti nedvosmislenim. Određuje se racionalna debljina zida. materijal ekrana, frekvencija interferencije i specificirani koeficijent zaštite. Korisno je razmotriti sljedeće.

1. Kako se frekvencija interferencije povećava (frekvencija naizmjeničnog magnetskog polja interferencije), magnetska permeabilnost materijala opada i uzrokuje smanjenje zaštitnih svojstava ovih materijala, jer kako magnetska permeabilnost opada, otpornost na magnetni tok koje pruža ekran povećava. Po pravilu, smanjenje magnetske permeabilnosti sa povećanjem frekvencije je najintenzivnije za one magnetne materijale koji imaju najveću početnu magnetnu permeabilnost. Na primjer, električni lim sa niskom početnom magnetskom permeabilnosti malo mijenja vrijednost jx sa povećanjem frekvencije, a permaloj, koji ima velike početne vrijednosti magnetne permeabilnosti, vrlo je osjetljiv na povećanje frekvencije magnetskog polja. ; njegova magnetna permeabilnost naglo opada sa frekvencijom.

2. Kod magnetnih materijala koji su izloženi interferenciji visokofrekventnog magnetnog polja primetno se manifestuje površinski efekat, odnosno pomeranje magnetnog fluksa na površinu zidova ekrana, što dovodi do povećanja magnetnog otpora ekrana. U takvim uslovima izgleda gotovo beskorisno povećavati debljinu zidova ekrana iznad onih koje zauzima magnetni tok na datoj frekvenciji. Ovaj zaključak je netačan, jer povećanje debljine zida dovodi do smanjenja magnetskog otpora ekrana čak i u prisustvu površinskog efekta. U ovom slučaju, istovremeno treba uzeti u obzir promjenu magnetne permeabilnosti. Budući da fenomen površinskog efekta u magnetnim materijalima obično počinje da djeluje uočljivije od smanjenja magnetne permeabilnosti u niskofrekventnom području, utjecaj oba faktora na izbor debljine stijenke zaslona bit će različit u različitim frekvencijskim rasponima od magnetne smetnje. Po pravilu, smanjenje zaštitnih svojstava sa povećanjem frekvencije interferencije je izraženije kod ekrana napravljenih od materijala visoke početne magnetne permeabilnosti. Gore navedene karakteristike magnetnih materijala daju osnovu za preporuke o izboru materijala i debljini stijenke magnetnih ekrana. Ove preporuke se mogu sažeti na sljedeći način:

A) ekrani od običnog električnog (transformatorskog) čelika, koji imaju nisku početnu magnetnu permeabilnost, mogu se po potrebi koristiti za osiguranje niskih koeficijenata zaštite (Ke 10); takvi ekrani pružaju gotovo konstantan koeficijent zaštite u prilično širokom frekventnom opsegu, do nekoliko desetina kiloherca; debljina takvih ekrana zavisi od frekvencije smetnji, a što je niža frekvencija, potrebna je veća debljina ekrana; na primjer, s frekvencijom magnetnog polja interferencije od 50-100 Hz, debljina zidova ekrana trebala bi biti približno 2 mm; ako je potrebno povećanje koeficijenta zaštite ili veća debljina ekrana, preporučljivo je koristiti nekoliko slojeva zaštite (dvostruka ili trostruka sita) manje debljine;

B) Preporučljivo je koristiti ekrane od magnetnih materijala visoke početne permeabilnosti (npr. permaloja) ako je potrebno osigurati veliki koeficijent zaštite (Ke > 10) u relativno uskom frekvencijskom pojasu, a nije preporučljivo birati debljina svake ljuske magnetnog ekrana veća od 0,3-0,4 mm; efekat zaštite takvih ekrana počinje primetno da opada na frekvencijama iznad nekoliko stotina ili hiljada herca, u zavisnosti od početne permeabilnosti ovih materijala.

Sve što je gore rečeno o magnetnim štitovima vrijedi za slaba magnetna polja interferencije. Ako se ekran nalazi u blizini snažnih izvora smetnji i u njemu nastaju magnetni tokovi s visokom magnetskom indukcijom, tada je, kao što je poznato, potrebno uzeti u obzir promjenu magnetske dinamičke permeabilnosti ovisno o indukciji; Takođe je potrebno uzeti u obzir gubitke u debljini ekrana. U praksi se ne susreću tako jaki izvori magnetnih polja smetnji, u kojima bi se moralo uzeti u obzir njihov uticaj na ekrane, izuzev nekih posebnih slučajeva koji ne omogućavaju radioamatersku praksu i normalne uslove rada za široku upotrebu. korišćeni radio uređaji.

Test

1. Kada koristite magnetnu zaštitu, ekran mora:
1) Imaju manji magnetni otpor od zraka
2) imaju magnetni otpor jednak vazduhu
3) imaju veći magnetni otpor od zraka

2. Prilikom zaštite magnetnog polja Uzemljenje štita:
1) Ne utiče na efikasnost zaštite
2) Povećava efikasnost magnetne zaštite
3) Smanjuje efikasnost magnetne zaštite

3. Na niskim frekvencijama (<100кГц) эффективность магнитного экранирования зависит от:
a) Debljina ekrana, b) Magnetna permeabilnost materijala, c) Udaljenost između ekrana i drugih magnetnih kola.
1) Samo a i b su tačni
2) Samo b i c su tačni
3) Samo a i c su tačni
4) Sve opcije su ispravne

4. Magnetna zaštita na niskim frekvencijama koristi:
1) Bakar
2) Aluminijum
3) Permalloy.

5. Magnetna zaštita na visokim frekvencijama koristi:
1) Gvožđe
2) Permalloy
3) Bakar

6. Na visokim frekvencijama (>100 kHz), efikasnost magnetne zaštite ne zavisi od:
1) Debljina ekrana

2) Magnetna permeabilnost materijala
3) Udaljenosti između ekrana i drugih magnetnih kola.

Korištena literatura:

2. Semenenko, V. A. Sigurnost informacija / V. A. Semenenko - Moskva, 2008.

3. Yarochkin, V. I. Sigurnost informacija / V. I. Yarochkin - Moskva, 2000.

4. Demirchan, K. S. Teorijske osnove elektrotehnike, tom III / K. S. Demirchan S.-P, 2003.

Zaštita od magnetnog polja.

Bypass metoda. - Metoda ekranskog magnetnog polja.

Metoda ranžiranja magnetnog polja sa ekranom koristi se za zaštitu od konstantnih i sporo promenljivih naizmeničnih magnetnih polja. Ekrani se izrađuju od feromagnetnih materijala sa visokom relativnom magnetnom penetracijom (čelik, permaloj). Ako postoji ekran, linije magnetne indukcije prolaze uglavnom duž njegovih zidova, koji imaju mali magnetni otpor u odnosu na vazdušni prostor unutar ekrana. Što je ekran deblji i što je manje šavova i spojeva, to je zaštita efikasnija. Metoda pomicanja magnetnog polja ekranom koristi se za zaštitu naizmjeničnih visokofrekventnih magnetnih polja. U ovom slučaju koriste se ekrani od nemagnetnih metala. Zaštita se zasniva na fenomenu indukcije.

Ako postavite bakreni cilindar na putanju jednoliko naizmjeničnog magnetskog mola, u kojem će se pobuđivati ​​naizmjenične vrtložne indukcijske struje (Foucaultove struje). Magnetno polje ovih struja će biti zatvoreno; unutar cilindra će biti usmjeren prema uzbudljivom polju, a izvan njega - u istom smjeru kao i uzbudljivo polje. Rezultirajuće polje ispada da je oslabljeno u blizini cilindra i ojačano izvan njega, tj. polje se pomera iz prostora koji zauzima cilindar, što je njegov zaštitni efekat, koji će biti efikasniji što je manji električni otpor cilindra, tj. što su vrtložne struje koje teku kroz njega veće.

Zahvaljujući površinskom efektu („efekt kože“), gustina vrtložnih struja i intenzitet naizmjeničnog magnetnog polja opadaju eksponencijalno kako se ulazi dublje u metal

Gdje

μ – relativna magnetna permeabilnost materijala; μ˳ – magnetna permeabilnost vakuuma, jednaka 1,25*108 g*cm-1; ρ – otpor materijala, Ohm*cm; ƒ – frekvencija, Hz.

Za nemagnetni materijal, μ = 1. A efekat zaštite je određen samo ƒ i ρ.

Zaštita je aktivna metoda zaštite informacija. Zaštita od magnetnog polja (magnetostatska zaštita) se koristi kada je potrebno suzbiti smetnje na niskim frekvencijama od 0 do 3..10 kHz. Efikasnost magnetostatske zaštite povećava se kada se koriste višeslojni štitovi.

Efikasnost magnetne zaštite zavisi od frekvencije i električnih svojstava materijala štita. Što je frekvencija niža, ekran je slabiji, potrebno ga je učiniti debljim da bi se postigao isti efekat zaštite. Za visoke frekvencije, počevši od srednjeg opsega talasa, veoma je efikasan ekran napravljen od bilo kog metala debljine 0,5 ... 1,5 mm. Prilikom odabira debljine i materijala sita treba uzeti u obzir mehaničku čvrstoću, krutost, otpornost na koroziju, lakoću spajanja pojedinih dijelova i stvaranje prijelaznih kontakata između njih sa malim otporom, lakoću lemljenja, zavarivanja itd. Za frekvencije iznad 10 MHz, bakar i, još više, debeli srebrni film više od 0,1 mm daje značajan efekat zaštite. Stoga je na frekvencijama iznad 10 MHz sasvim prihvatljivo koristiti ekrane od folije getinaxa ili drugog izolacijskog materijala na koje se nanosi bakreni ili srebrni premaz. Za proizvodnju ekrana koriste se: metalni materijali, dielektrični materijali, staklo sa vodljivim premazom, specijalne metalizirane tkanine, provodljive boje. Metalni materijali (čelik, bakar, aluminijum, cink, mesing) koji se koriste za izolaciju proizvode se u obliku limova, mreže i folije.

Svi ovi materijali zadovoljavaju zahtjeve otpornosti na koroziju kada se koriste sa odgovarajućim zaštitnim premazima. Tehnološki najnapredniji dizajn ekrana izrađen je od čelika, budući da se zavarivanje ili lemljenje mogu naširoko koristiti u njihovoj proizvodnji i ugradnji. Metalni limovi moraju biti međusobno električno povezani duž cijelog perimetra. Električno zavarivanje ili lemljenje mora biti kontinuirano da bi se dobila potpuno zavarena struktura sita. Debljina čelika se bira na osnovu namjene sitaste konstrukcije i uslova njene montaže, kao i mogućnosti osiguranja kontinuiranih zavarenih spojeva u toku proizvodnje. Čelični ekrani obezbeđuju slabljenje elektromagnetnog zračenja za više od 100 dB. Mrežasti ekrani su lakši za proizvodnju, pogodni za montažu i rad. Za zaštitu od korozije poželjno je mrežicu premazati antikorozivnim lakom. Nedostaci mrežastih sita uključuju nisku mehaničku čvrstoću i nižu efikasnost sita u odnosu na ploče. Za mrežaste ekrane prikladan je bilo koji dizajn šavova koji osigurava dobar električni kontakt između susjednih mrežastih panela najmanje svakih 10-15 mm. U tu svrhu može se koristiti lemljenje ili točkasto zavarivanje. Zaslon od kalajisane niskougljične čelične mreže s veličinom oka 2,5-3 mm daje prigušenje od oko 55-60 dB, a od istog dvostrukog (sa razmakom između vanjske i unutrašnje mreže od 100 mm) oko 90 dB. Ekran, napravljen od jedne bakarne mreže sa ćelijom od 2,5 mm, ima slabljenje od oko 65-70 dB

Principi zaštite od magnetnog polja

Za zaštitu magnetnog polja koriste se dvije metode:

Bypass metoda;

Metoda ekranskog magnetnog polja.

Pogledajmo detaljnije svaku od ovih metoda.

Metoda ranžiranja magnetnog polja sa ekranom.

Metoda ranžiranja magnetnog polja ekranom koristi se za zaštitu od konstantnog i sporo promjenjivog naizmjeničnog magnetnog polja. Ekrani se izrađuju od feromagnetnih materijala sa visokom relativnom magnetnom penetracijom (čelik, permaloj). Ako postoji ekran, linije magnetne indukcije prolaze uglavnom duž njegovih zidova (slika 8.15), koje imaju mali magnetni otpor u poređenju sa vazdušnim prostorom unutar ekrana. Kvaliteta zaštite zavisi od magnetske permeabilnosti štita i otpora magnetnog kola, tj. Što je ekran deblji i što manje šavova i spojeva prolazi u pravcu linija magnetne indukcije, efikasnost zaštite će biti veća.

Metoda pomicanja magnetnog polja ekranom.

Metoda pomicanja magnetnog polja ekranom koristi se za ekranizaciju naizmjeničnih visokofrekventnih magnetnih polja. U ovom slučaju koriste se ekrani od nemagnetnih metala. Zaštita se zasniva na fenomenu indukcije. Ovdje je koristan fenomen indukcije.

Postavimo bakarni cilindar na putanju jednolikog naizmeničnog magnetnog polja (slika 8.16a). U njemu će se pobuđivati ​​promjenjivi ED, koji će zauzvrat stvarati naizmjenične induktivne vrtložne struje (Foucaultove struje). Magnetno polje ovih struja (slika 8.16b) će biti zatvoreno; unutar cilindra će biti usmjeren prema uzbudljivom polju, a izvan njega - u istom smjeru kao i uzbudljivo polje. Rezultirajuće polje (slika 8.16, c) ispada da je oslabljeno u blizini cilindra i ojačano izvan njega, tj. polje se pomera iz prostora koji zauzima cilindar, što je njegov zaštitni efekat, koji će biti efikasniji što je manji električni otpor cilindra, tj. što su vrtložne struje koje teku kroz njega veće.

Zahvaljujući površinskom efektu („efekt kože“), gustina vrtložnih struja i intenzitet naizmjeničnog magnetnog polja opadaju eksponencijalno kako se ulazi dublje u metal

, (8.5)

Gdje (8.6)

– indikator smanjenja polja i struje, koji se zove ekvivalentna dubina prodiranja.

Ovdje je relativna magnetna permeabilnost materijala;

– magnetna permeabilnost vakuuma, jednaka 1,25*10 8 g*cm -1;

– otpornost materijala, Ohm*cm;

- frekvencija Hz.

Vrijednost ekvivalentne dubine penetracije pogodna je za karakterizaciju efekta zaštite vrtložnih struja. Što je manji x0, to je veće magnetsko polje koje stvaraju, koje pomiče vanjsko polje izvora za hvatanje iz prostora koji zauzima ekran.

Za nemagnetni materijal u formuli (8.6) =1, efekt zaštite je određen samo pomoću i . Šta ako je ekran napravljen od feromagnetnog materijala?

Ako su jednaki, efekat će biti bolji, jer će >1 (50..100) i x 0 biti manji.

Dakle, x 0 je kriterijum za efekat zaštite vrtložnih struja. Zanimljivo je procijeniti koliko puta gustoća struje i jačina magnetnog polja postaju niži na dubini x 0 u odnosu na ono što su na površini. Da bismo to učinili, zamjenjujemo x = x 0 u formulu (8.5).

iz čega se vidi da na dubini od x 0 gustoća struje i jačina magnetnog polja padaju e puta, tj. na vrijednost od 1/2,72, što je 0,37 gustine i napetosti na površini. Pošto je polje slabljenje samo 2,72 puta na dubini x 0 nije dovoljno za karakterizaciju zaštitnog materijala, zatim koristite još dvije vrijednosti dubine penetracije x 0,1 i x 0,01, koje karakteriziraju pad gustoće struje i napona polja za 10 i 100 puta od njihovih vrijednosti na površini.

Izrazimo vrijednosti x 0,1 i x 0,01 kroz vrijednost x 0; za to, na osnovu izraza (8.5), kreiramo jednačinu

I ,

nakon što smo odlučili šta ćemo dobiti

x 0,1 =x 0 ln10=2,3x 0 ; (8.7)

x 0,01 = x 0 ln100 = 4,6x 0

Na osnovu formula (8.6) i (8.7) za različite zaštitne materijale, u literaturi su date vrijednosti dubina prodiranja. Radi jasnoće, iste podatke predstavljamo u obliku tabele 8.1.

Tabela pokazuje da je za sve visoke frekvencije, počevši od srednjeg talasnog opsega, veoma efikasan ekran od bilo kog metala debljine 0,5...1,5 mm. Prilikom odabira debljine i materijala ekrana, ne treba polaziti od električnih svojstava materijala, već se voditi razmatranja mehaničke čvrstoće, krutosti, otpornosti na koroziju, lakoće spajanja pojedinačnih delova i stvaranja prelaznih kontakata sa malim otporom između njih, lakoće lemljenja, zavarivanja itd.

Iz podataka tabele proizilazi da za frekvencije veće od 10 MHz, film od bakra, a još više od srebra, debljine manje od 0,1 mm daje značajan efekat zaštite. Stoga je na frekvencijama iznad 10 MHz sasvim prihvatljivo koristiti ekrane od folije getinaxa ili drugog izolacijskog materijala na koje se nanosi bakreni ili srebrni premaz.

Čelik se može koristiti kao ekrani, ali morate imati na umu da zbog visoke otpornosti i fenomena histereze, čelični zaslon može unijeti značajne gubitke u zaštitna kola.

Filtracija

Filtracija je glavno sredstvo za smanjenje konstruktivnih smetnji koje nastaju u strujnim i sklopnim krugovima jednosmjerne i naizmjenične struje ES. Filteri za suzbijanje buke dizajnirani za ovu svrhu omogućavaju smanjenje konduktivne buke iz vanjskih i unutrašnjih izvora. Efikasnost filtracije određena je slabljenjem koje unosi filter:

dB,

Za filter se postavljaju sljedeći osnovni zahtjevi:

Osiguravanje navedene efikasnosti S u potrebnom frekvencijskom opsegu (uzimajući u obzir unutrašnji otpor i opterećenje električnog kola);

Ograničenje dozvoljenog pada istosmjernog ili naizmjeničnog napona na filteru pri maksimalnoj struji opterećenja;

Osiguravanje prihvatljivih nelinearnih izobličenja napona napajanja, koji određuju zahtjeve za linearnost filtera;

Projektni zahtjevi - efikasnost izolacije, minimalne ukupne dimenzije i težina, osiguranje normalnih termičkih uslova, otpornost na mehaničke i klimatske utjecaje, produktivnost konstrukcije itd.;

Filterski elementi moraju biti odabrani uzimajući u obzir nazivne struje i napone električnog kola, kao i naponske i strujne udare uzrokovane u njima, uzrokovane nestabilnošću električnog režima i prijelaznim procesima.

Kondenzatori. Koriste se kao nezavisni elementi za suzbijanje buke i kao paralelne filterske jedinice. Strukturno, kondenzatori za suzbijanje buke se dijele na:

Dvopolni tip K50-6, K52-1B, ETO, K53-1A;

Tip nosača KO, KO-E, KDO;

Prolazni nekoaksijalni tip K73-21;

Provodni koaksijalni tip KTP-44, K10-44, K73-18, K53-17;

Kondenzatorske jedinice;

Glavna karakteristika kondenzatora za suzbijanje šuma je ovisnost njegove impedanse o frekvenciji. Da bi se smanjile smetnje u frekvencijskom opsegu do približno 10 MHz, mogu se koristiti dvopolni kondenzatori, uzimajući u obzir kratku dužinu njihovih vodova. Referentni kondenzatori za suzbijanje šuma koriste se do frekvencija od 30-50 MHz. Simetrični prolazni kondenzatori se koriste u dvožičnom kolu do frekvencija reda veličine 100 MHz. Prolazni kondenzatori rade u širokom frekventnom opsegu do približno 1000 MHz.

Induktivni elementi. Koriste se kao nezavisni elementi za suzbijanje buke i kao sekvencijalne veze filtera za suzbijanje buke. Strukturno, najčešće vrste prigušnica su:

Uključivanje feromagnetnog jezgra;

Bez skretanja.

Glavna karakteristika prigušivača buke je ovisnost njegove impedanse o frekvenciji. Na niskim frekvencijama preporuča se korištenje magnetodielektričnih jezgara marki PP90 i PP250, izrađene na bazi m-permalloja. Za suzbijanje smetnji u krugovima opreme sa strujama do 3A, preporučuje se korištenje VF prigušnica tipa DM, a za veće nazivne struje - prigušnice serije D200.

Filteri. Keramički prolazni filteri tipa B7, B14, B23 dizajnirani su za suzbijanje smetnji u krugovima jednosmerne, pulsirajuće i naizmjenične struje u frekvencijskom opsegu od 10 MHz do 10 GHz. Dizajn takvih filtera prikazan je na slici 8.17

Prigušenje koje unose filteri B7, B14, B23 u frekvencijskom opsegu 10..100 MHz povećava se sa približno 20..30 na 50..60 dB, au frekvencijskom opsegu iznad 100 MHz prelazi 50 dB.

Keramički prolazni filteri tipa B23B izgrađeni su na bazi keramičkih disk kondenzatora i feromagnetnih prigušnica bez okretanja (slika 8.18).

Prigušnice bez okretanja su cevasto feromagnetno jezgro napravljeno od ferita VCh-2 klase 50, montirano na prolazni terminal. Induktivnost induktora je 0,08…0,13 μH. Kućište filtera je izrađeno od UV-61 keramičkog materijala, koji ima visoku mehaničku čvrstoću. Kućište je metalizirano slojem srebra kako bi se osigurao mali otpor kontakta između vanjske obloge kondenzatora i navojne čahure za uzemljenje, koja se koristi za osiguranje filtera. Kondenzator je zalemljen duž vanjskog perimetra na kućište filtera, a duž unutrašnjeg perimetra na prolazni terminal. Zaptivanje filtera osigurava se punjenjem krajeva kućišta smjesom.

Za B23B filtere:

nominalni kapaciteti filtera - od 0,01 do 6,8 µF,

nazivni napon 50 i 250V,

nazivna struja do 20A,

Ukupne dimenzije filtera:

L=25mm, D= 12mm

Prigušenje koje unose B23B filteri u frekvencijskom opsegu od 10 kHz do 10 MHz povećava se sa približno 30..50 na 60..70 dB, au frekvencijskom opsegu iznad 10 MHz prelazi 70 dB.

Za ES na brodu obećava upotreba posebnih žica za prigušivanje buke sa ferofilerima koji imaju visoku magnetnu permeabilnost i visoke specifične gubitke. Dakle, za žice marke LZO, slabljenje umetanja u opsegu frekvencija 1...1000 MHz povećava se sa 6 na 128 dB/m.

Poznat je dizajn višepinskih konektora, u kojima je na svaki kontakt ugrađen po jedan filter za suzbijanje buke u obliku slova U.

Ukupne dimenzije ugrađenog filtera:

dužina 9,5 mm,

prečnik 3,2 mm.

Prigušenje koje unosi filter u kolu od 50 oma je 20 dB na frekvenciji od 10 MHz i do 80 dB na frekvenciji od 100 MHz.

Filtriranje strujnih kola digitalnih elektronskih uređaja.

Pulsni šum u energetskim magistralama koji nastaje prilikom komutacije digitalnih integriranih kola (DIC), kao i prodor izvana, može dovesti do kvarova u radu uređaja za digitalnu obradu informacija.

Da bi se smanjio nivo buke u energetskim sabirnicama, koriste se metode projektovanja kola:

Smanjenje induktivnosti sabirnica "snage", uzimajući u obzir međusobnu magnetnu spregu prednjih i reverznih vodiča;

Smanjenje dužine sekcija “power” sabirnica koje su uobičajene za struje za različite digitalne informacione sisteme;

Usporavanje rubova impulsnih struja u sabirnicama "napajanja" pomoću kondenzatora za suzbijanje buke;

Racionalna topologija energetskih kola na štampanoj ploči.

Povećanje dimenzija poprečnog presjeka vodiča dovodi do smanjenja intrinzične induktivnosti sabirnica, a također smanjuje njihov aktivni otpor. Ovo posljednje je posebno važno u slučaju sabirnice za uzemljenje, koja je povratni provodnik za signalna kola. Stoga je u višeslojnim štampanim pločama poželjno napraviti sabirnice „napajanja“ u obliku provodnih ravni koje se nalaze u susjednim slojevima (slika 8.19).

Nadzemne sabirnice koje se koriste u sklopovima štampanih kola na digitalnim IC-ima imaju veće poprečne dimenzije u poređenju sa sabirnicama napravljenim u obliku štampanih provodnika, pa stoga imaju nižu induktivnost i otpor. Dodatne prednosti montiranih električnih autobusa su:

Pojednostavljeno usmjeravanje signalnih kola;

Povećanje krutosti PP stvaranjem dodatnih rebara koji djeluju kao limiteri koji štite IC sa montiranim ERE od mehaničkih oštećenja tokom instalacije i konfiguracije proizvoda (slika 8.20).

Visoko produktivne su “power” šipke, proizvedene štampanjem i montirane okomito na PCB (slika 6.12c).

Poznate su izvedbe montiranih sabirnica postavljenih ispod kućišta IC-a, koje se nalaze na ploči u redovima (slika 8.22).

Razmatrani dizajn sabirnica "napajanja" također osigurava veliki linearni kapacitet, što dovodi do smanjenja valne impedanse "napojne" linije i, posljedično, smanjenja razine impulsnog šuma.

Distribucija snage IC-a na PCB ne bi trebalo da se vrši serijski (slika 8.23a), već paralelno (slika 8.23b)

Potrebno je koristiti distribuciju energije u obliku zatvorenih kola (slika 8.23c). Ovaj dizajn je po svojim električnim parametrima blizak avionima čvrste snage. Za zaštitu od utjecaja vanjskog magnetnog polja koje nosi smetnje, duž perimetra PP-a treba osigurati vanjsku zatvorenu petlju.

Uzemljenje

Sistem uzemljenja je električni krug koji ima svojstvo održavanja minimalnog potencijala, što je referentni nivo u određenom proizvodu. Sistem uzemljenja u izvoru napajanja mora osigurati signalne i povratne krugove, zaštititi ljude i opremu od kvarova u strujnim krugovima i ukloniti statička naelektrisanja.

Sljedeći osnovni zahtjevi se odnose na sisteme uzemljenja:

1) minimiziranje ukupne impedanse sabirnice za uzemljenje;

2) odsustvo zatvorenih petlji za uzemljenje osjetljive na magnetna polja.

ES zahtijeva najmanje tri odvojena kruga za uzemljenje:

Za signalne krugove sa niskim strujama i naponima;

Za strujna kola sa velikom potrošnjom energije (napajanja, ES izlazni stupnjevi, itd.)

Za kola karoserije (šasije, paneli, ekrani i metalizacija).

Električni krugovi u ES-u su uzemljeni na sljedeće načine: u jednoj tački iu nekoliko tačaka najbližih referentnoj tački uzemljenja (slika 8.24)

Sukladno tome, sistemi uzemljenja se mogu nazvati jednostrukim i višestrukim.

Najveći nivo smetnji javlja se u sistemu uzemljenja sa jednom tačkom sa zajedničkom serijski povezanom sabirnicom za uzemljenje (slika 8.24 a).

Što je udaljenija tačka uzemljenja, veći je njen potencijal. Ne bi se trebao koristiti za strujne krugove s velikim rasponom potrošnje energije, budući da FU velike snage stvaraju velike povratne struje uzemljenja koje mogu utjecati na FU sa malim signalom. Ako je potrebno, najkritičniji FU bi trebao biti povezan što je bliže moguće referentnoj tački uzemljenja.

Sistem uzemljenja sa više tačaka (Slika 8.24 c) treba koristiti za visokofrekventna kola (f≥10 MHz), povezujući RES FU na tačkama najbližim referentnoj tački uzemljenja.

Za osjetljiva kola koristi se plivajući krug uzemljenja (slika 8.25). Ovaj sistem uzemljenja zahteva potpunu izolaciju kola od šasije (visok otpor i nizak kapacitet), inače je neefikasan. Krugovi se mogu napajati solarnim ćelijama ili baterijama, a signali moraju ulaziti i izlaziti iz kola preko transformatora ili optospojnika.

Na slici 8.26 prikazan je primjer implementacije razmatranih principa uzemljenja za devetotračni digitalni pogon trake.

Postoje sledeće sabirnice: tri signalne, jedna strujna i jedna karoserija. Analogni FU koji su najosjetljiviji na smetnje (devet senzorskih pojačala) su uzemljeni pomoću dvije odvojene sabirnice za uzemljenje. Devet pojačivača za pisanje, koji rade na višim nivoima signala od pojačala za čitanje, kao i upravljački sklopovi i kola interfejsa sa produktima podataka povezani su na treću signalnu magistralu, masu. Tri DC motora i njihovi upravljački krugovi, releji i solenoidi povezani su na masu sabirnice napajanja. Najosjetljiviji upravljački krug motora pogonskog vratila povezan je najbliže referentnoj točki uzemljenja. Sabirnica za uzemljenje šasije se koristi za povezivanje šasije i kućišta. Sabirnice za signal, napajanje i uzemljenje šasije su povezane zajedno u jednoj tački u sekundarnom izvoru napajanja. Treba napomenuti da je preporučljivo izraditi strukturne dijagrame ožičenja prilikom projektovanja OIE.