Do ekranowania pola magnetycznego stosuje się dwie metody:

Metoda obejściowa;

Metoda ekranowego pola magnetycznego.

Przyjrzyjmy się bliżej każdej z tych metod.

Metoda bocznikowania pola magnetycznego za pomocą ekranu.

Metoda bocznikowania pola magnetycznego za pomocą ekranu służy do ochrony przed stałym i wolno zmieniającym się zmiennym polem magnetycznym. Sita wykonane są z materiałów ferromagnetycznych o dużej względnej penetracji magnetycznej (stal, permalloj). Jeśli jest ekran, linie indukcji magnetycznej przebiegają głównie wzdłuż jego ścianek (rysunek 8.15), które mają niski opór magnetyczny w porównaniu z przestrzenią powietrzną wewnątrz ekranu. Jakość ekranowania zależy od przenikalności magnetycznej ekranu i rezystancji obwodu magnetycznego, tj. Im grubszy ekran i mniej szwów i połączeń przebiegających w kierunku linii indukcji magnetycznej, tym skuteczność ekranowania będzie wyższa.

Metoda przemieszczania pola magnetycznego przez ekran.

Metoda przemieszczania pola magnetycznego przez ekran służy do ekranowania przemiennych pól magnetycznych o wysokiej częstotliwości. W tym przypadku stosuje się ekrany wykonane z metali niemagnetycznych. Ekranowanie opiera się na zjawisku indukcji. Tutaj przydatne jest zjawisko indukcji.

Umieśćmy miedziany cylinder na drodze jednolitego zmiennego pola magnetycznego (rysunek 8.16a). Wzbudzone zostaną w nim zmienne ED, co z kolei wytworzy zmienne indukcyjne prądy wirowe (prądy Foucaulta). Pole magnetyczne tych prądów (rysunek 8.16b) zostanie zamknięte; wewnątrz cylindra będzie skierowany w stronę pola ekscytującego, a na zewnątrz - w tym samym kierunku co pole ekscytujące. Powstałe pole (rysunek 8.16, c) okazuje się osłabione w pobliżu cylindra i wzmocnione na zewnątrz, tj. pole zostaje odsunięte od przestrzeni zajmowanej przez cylinder, co stanowi jego efekt ekranowania, który będzie tym skuteczniejszy, im niższy będzie opór elektryczny cylindra, tj. tym większe prądy wirowe przez niego przepływają.

Dzięki efektowi powierzchniowemu („efektowi skóry”) gęstość prądów wirowych i intensywność zmiennego pola magnetycznego zmniejszają się wykładniczo w miarę wnikania głębiej w metal

, (8.5)

Gdzie (8.6)

– wskaźnik spadku pola i prądu, tzw równoważna głębokość penetracji.

Oto względna przenikalność magnetyczna materiału;

– przenikalność magnetyczna próżni równa 1,25*10 8 g*cm -1;

– rezystywność materiału, Ohm*cm;

- częstotliwość Hz.

Wartość równoważnej głębokości penetracji jest wygodna do scharakteryzowania efektu ekranowania prądów wirowych. Im mniejsze x0, tym większe wytwarzają pole magnetyczne, które wypiera pole zewnętrzne źródła przetwornika z przestrzeni zajmowanej przez ekran.

Dla materiału niemagnetycznego o wzorze (8.6) =1 efekt ekranowania określa się tylko i . A co jeśli ekran jest wykonany z materiału ferromagnetycznego?

Jeśli będą równe, efekt będzie lepszy, ponieważ >1 (50..100) i x 0 będzie mniejsze.

Zatem x 0 jest kryterium efektu ekranowania prądów wirowych. Interesujące jest oszacowanie, ile razy gęstość prądu i natężenie pola magnetycznego zmniejszają się na głębokości x 0 w porównaniu z wartościami na powierzchni. W tym celu podstawiamy zatem x = x 0 do wzoru (8.5).

z czego wynika, że ​​na głębokości x 0 gęstość prądu i natężenie pola magnetycznego spadają e-krotnie, tj. do wartości 1/2,72, co stanowi 0,37 gęstości i napięcia na powierzchni. Ponieważ osłabienie pola jest tylko 2,72 razy na głębokości x 0 nie wystarcza do scharakteryzowania materiału ekranującego, następnie użyj jeszcze dwóch wartości głębokości penetracji x 0,1 i x 0,01, które charakteryzują spadek gęstości prądu i napięcia pola o 10 i 100 razy w stosunku do ich wartości na powierzchni.

Wyraźmy wartości x 0,1 i x 0,01 przez wartość x 0, w tym celu na podstawie wyrażenia (8.5) tworzymy równanie

I ,

po podjęciu decyzji, co otrzymamy

x 0,1 = x 0 ln10 = 2,3x 0 ; (8,7)

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

Na podstawie wzorów (8.6) i (8.7) dla różnych materiałów osłonowych w literaturze podawane są wartości głębokości wnikania. Dla przejrzystości te same dane prezentujemy w formie tabeli 8.1.

Z tabeli wynika, że ​​dla wszystkich wysokich częstotliwości, począwszy od zakresu fal średnich, bardzo skuteczny jest ekran wykonany z dowolnego metalu o grubości 0,5...1,5 mm. Wybierając grubość i materiał ekranu, nie należy kierować się właściwościami elektrycznymi materiału, ale kierować się względy wytrzymałości mechanicznej, sztywności, odporności na korozję, wygody łączenia poszczególnych części i wykonywania styków przejściowych o niskiej rezystancji pomiędzy nimi, wygody lutowania, spawania itp.

Z danych tabelarycznych wynika, że dla częstotliwości większych niż 10 MHz warstewka miedzi, a tym bardziej srebra, o grubości mniejszej niż 0,1 mm daje znaczny efekt ekranowania. Dlatego przy częstotliwościach powyżej 10 MHz całkiem dopuszczalne jest stosowanie ekranów wykonanych z folii getinax lub innego materiału izolacyjnego z nałożoną powłoką miedzianą lub srebrną.

Jako ekrany można stosować stal, należy jednak pamiętać, że ze względu na dużą rezystywność i zjawisko histerezy, ekran stalowy może wprowadzać znaczne straty w obwodach ekranujących.

Ekranowanie pól magnetycznych można wykonać dwoma metodami:

Ekranowanie za pomocą materiałów ferromagnetycznych.

Ekranowanie za pomocą prądów wirowych.

Pierwszą metodę stosuje się zwykle przy ekranowaniu stałych MF i pól o niskiej częstotliwości. Druga metoda zapewnia znaczną skuteczność w ekranowaniu MP o wysokiej częstotliwości. Ze względu na efekt powierzchniowy gęstość prądów wirowych i intensywność zmiennego pola magnetycznego zmniejszają się wykładniczo w miarę zagłębiania się w metal:

Miara redukcji pola i prądu, nazywana równoważną głębokością penetracji.

Im mniejsza głębokość wnikania, tym większy prąd płynie w powierzchniowych warstwach ekranu, tym większy jest wytworzony przez niego odwrotny MF, który wypiera pole zewnętrzne źródła zakłóceń z przestrzeni zajmowanej przez ekran. Jeżeli ekran jest wykonany z materiału niemagnetycznego, wówczas efekt ekranowania będzie zależał jedynie od przewodności materiału i częstotliwości pola ekranującego. Jeśli ekran jest wykonany z materiału ferromagnetycznego, to przy założeniu niezmienionych warunków pole zewnętrzne indukuje w nim duże e. ds. ze względu na większą koncentrację linii pola magnetycznego. Przy tej samej przewodności właściwej materiału, prądy wirowe wzrosną, co doprowadzi do mniejszej głębokości penetracji i lepszego efektu ekranowania.

Przy wyborze grubości i materiału ekranu nie należy kierować się właściwościami elektrycznymi materiału, ale kierować się względami wytrzymałości mechanicznej, ciężaru, sztywności, odporności na korozję, łatwości łączenia poszczególnych części i tworzenia styków przejściowych między nimi o niskiej rezystancji, łatwości lutowania, spawania itp.

Z danych zawartych w tabeli jasno wynika, że ​​dla częstotliwości powyżej 10 MHz folie miedziane, a zwłaszcza srebrne o grubości około 0,1 mm zapewniają znaczny efekt ekranowania. Dlatego przy częstotliwościach powyżej 10 MHz całkiem dopuszczalne jest stosowanie ekranów wykonanych z folii getinax lub włókna szklanego. Przy wysokich częstotliwościach stal zapewnia większy efekt ekranowania niż metale niemagnetyczne. Warto jednak wziąć pod uwagę, że takie ekrany mogą wprowadzać znaczne straty w ekranowanych obwodach ze względu na dużą rezystancję i zjawisko histerezy. Dlatego takie ekrany mają zastosowanie tylko w przypadkach, w których można pominąć straty wtrąceniowe. Ponadto, aby uzyskać większą skuteczność ekranowania, ekran musi mieć mniejszy opór magnetyczny niż powietrze, wówczas linie pola magnetycznego mają tendencję do przechodzenia wzdłuż ścianek ekranu i w mniejszym stopniu wnikają w przestrzeń na zewnątrz ekranu. Ekran taki nadaje się zarówno do ochrony przed wpływem pola magnetycznego, jak i do ochrony przestrzeni zewnętrznej przed wpływem pola magnetycznego wytwarzanego przez źródło znajdujące się wewnątrz ekranu.

Istnieje wiele gatunków stali i permalloju o różnych wartościach przenikalności magnetycznej, dlatego głębokość penetracji należy obliczyć dla każdego materiału. Obliczeń dokonuje się za pomocą przybliżonego równania:

1) Ochrona przed zewnętrznym polem magnetycznym

Linie pola magnetycznego zewnętrznego pola magnetycznego (linie indukcji pola magnetycznego zakłóceń) będą przechodzić głównie przez grubość ścianek ekranu, który ma niski opór magnetyczny w porównaniu z oporem przestrzeni wewnątrz ekranu. W rezultacie zewnętrzne pole magnetyczne zakłócające nie będzie miało wpływu na tryb pracy obwodu elektrycznego.

2) Osłanianie własnego pola magnetycznego

Takie ekranowanie stosuje się, jeśli zadaniem jest ochrona zewnętrznych obwodów elektrycznych przed wpływem pola magnetycznego wytwarzanego przez prąd cewki. Indukcyjność L, tj. gdy konieczne jest praktyczne zlokalizowanie zakłóceń wytwarzanych przez indukcyjność L, wówczas problem ten rozwiązuje się za pomocą ekranu magnetycznego, jak pokazano schematycznie na rysunku. Tutaj prawie wszystkie linie pola cewki indukcyjnej zostaną zamknięte przez grubość ścianek ekranu, bez przekraczania ich granic, ze względu na fakt, że opór magnetyczny ekranu jest znacznie mniejszy niż opór otaczającej przestrzeni.

3) Podwójny ekran

W podwójnym ekranie magnetycznym można sobie wyobrazić, że część linii sił magnetycznych rozciągających się poza grubość ścianek jednego ekranu zostanie zamknięta przez grubość ścianek drugiego ekranu. W ten sam sposób można sobie wyobrazić działanie podwójnego ekranu magnetycznego podczas lokalizacji zakłóceń magnetycznych wytwarzanych przez element obwodu elektrycznego znajdujący się wewnątrz pierwszego (wewnętrznego) ekranu: większość linii pola magnetycznego (linie rozpraszania magnetycznego) zamknie się przez ściany zewnętrznego ekranu. Oczywiście w ekranach podwójnych grubość ścianek i odległość między nimi muszą być dobrane racjonalnie.

Całkowity współczynnik ekranowania osiąga największą wielkość w przypadkach, gdy grubość ścianek i szczeliny między ekranami wzrasta proporcjonalnie do odległości od środka ekranu, a wartość szczeliny jest średnią geometryczną grubości ścianek ekranów. sąsiednich ekranach. W tym przypadku współczynnik ekranowania wynosi:

L = 20lg (H/Ne)

Produkcja podwójnych ekranów zgodnie z tym zaleceniem jest praktycznie trudna ze względów technologicznych. O wiele bardziej celowe jest wybranie odległości pomiędzy powłokami przylegającymi do szczeliny powietrznej ekranów większej niż grubość pierwszego ekranu, w przybliżeniu równej odległości stosu pierwszego ekranu od krawędzi obwodu ekranowanego element (na przykład cewka indukcyjna). Wybór takiej lub innej grubości ścianek osłony magnetycznej nie może być jednoznaczny. Określa się racjonalną grubość ścianki. materiał ekranu, częstotliwość zakłóceń i określony współczynnik ekranowania. Warto rozważyć następujące kwestie.

1. Wraz ze wzrostem częstotliwości zakłóceń (częstotliwości zmiennego pola magnetycznego zakłóceń) przenikalność magnetyczna materiałów maleje i powoduje zmniejszenie właściwości ekranujących tych materiałów, ponieważ wraz ze spadkiem przenikalności magnetycznej odporność na strumień magnetyczny zapewniane przez ekran wzrasta. Z reguły spadek przenikalności magnetycznej wraz ze wzrostem częstotliwości jest najbardziej intensywny w przypadku tych materiałów magnetycznych, które mają największą początkową przenikalność magnetyczną. Na przykład blacha elektrotechniczna o niskiej początkowej przenikalności magnetycznej niewiele zmienia wartość jx wraz ze wzrostem częstotliwości, a permalloj, który ma duże początkowe wartości przenikalności magnetycznej, jest bardzo wrażliwy na wzrost częstotliwości pola magnetycznego ; jego przenikalność magnetyczna gwałtownie spada wraz z częstotliwością.

2. W materiałach magnetycznych narażonych na zakłócenia pola magnetycznego o wysokiej częstotliwości zauważalnie objawia się efekt powierzchniowy, tj. przemieszczenie strumienia magnetycznego do powierzchni ścianek ekranu, powodując wzrost oporu magnetycznego ekranu. W takich warunkach zwiększanie grubości ścianek ekranu powyżej grubości zajmowanej przez strumień magnetyczny o danej częstotliwości wydaje się prawie bezcelowe. Wniosek ten jest błędny, ponieważ wzrost grubości ścianki prowadzi do zmniejszenia oporu magnetycznego ekranu, nawet w obecności efektu powierzchniowego. W takim przypadku należy jednocześnie uwzględnić zmianę przenikalności magnetycznej. Ponieważ zjawisko efektu powierzchniowego w materiałach magnetycznych zwykle zaczyna oddziaływać na siebie bardziej zauważalnie niż spadek przenikalności magnetycznej w obszarze niskich częstotliwości, wpływ obu czynników na dobór grubości ścianki ekranu będzie różny w różnych zakresach częstotliwości zakłócenia magnetyczne. Z reguły spadek właściwości ekranowania wraz ze wzrostem częstotliwości zakłóceń jest bardziej wyraźny w ekranach wykonanych z materiałów o dużej początkowej przenikalności magnetycznej. Powyższe cechy materiałów magnetycznych stanowią podstawę do zaleceń dotyczących doboru materiałów i grubości ścianek ekranów magnetycznych. Zalecenia te można podsumować w następujący sposób:

A) w razie potrzeby można zastosować ekrany ze zwykłej stali elektrotechnicznej (transformatorowej), która ma niską początkową przenikalność magnetyczną, aby zapewnić niskie współczynniki ekranowania (Ke 10); takie ekrany zapewniają prawie stały współczynnik ekranowania w dość szerokim paśmie częstotliwości, do kilkudziesięciu kiloherców; grubość takich ekranów zależy od częstotliwości zakłóceń, przy czym im niższa częstotliwość, tym większa wymagana grubość ekranu; na przykład przy częstotliwości pola zakłóceń magnetycznych wynoszącej 50-100 Hz grubość ścianek ekranu powinna wynosić około 2 mm; jeżeli wymagane jest zwiększenie współczynnika ekranowania lub większa grubość ekranu, wówczas zaleca się zastosowanie kilku warstw ekranujących (podwójnych lub potrójnych) o mniejszej grubości;

B) Wskazane jest stosowanie ekranów wykonanych z materiałów magnetycznych o dużej przenikalności początkowej (np. permalloj), jeżeli konieczne jest zapewnienie dużego współczynnika ekranowania (Ke > 10) w stosunkowo wąskim paśmie częstotliwości, a niewskazane jest wybieranie grubość każdej powłoki ekranu magnetycznego większa niż 0,3-0,4 mm; efekt ekranowania takich ekranów zaczyna zauważalnie spadać przy częstotliwościach powyżej kilkuset lub tysięcy herców, w zależności od początkowej przepuszczalności tych materiałów.

Wszystko, co powiedziano powyżej na temat ekranów magnetycznych, odnosi się do słabych pól zakłóceń magnetycznych. Jeżeli ekran znajduje się w pobliżu silnych źródeł zakłóceń i powstają w nim strumienie magnetyczne o dużej indukcji magnetycznej, wówczas, jak wiadomo, należy wziąć pod uwagę zmianę przenikalności magnetycznej dynamicznej w zależności od indukcji; Należy również wziąć pod uwagę straty w grubości ekranu. W praktyce nie spotyka się tak silnych źródeł pól zakłóceń magnetycznych, przy których trzeba by brać pod uwagę ich wpływ na ekrany, z wyjątkiem kilku szczególnych przypadków, które nie zapewniają amatorskiej praktyki radiowej i normalnych warunków pracy dla szeroko rozpowszechnionych radiotelefonów. używane urządzenia radiowe.

Test

1. W przypadku stosowania ekranowania magnetycznego ekran musi:
1) Mają mniejszy opór magnetyczny niż powietrze
2) mają opór magnetyczny równy powietrzu
3) mają większy opór magnetyczny niż powietrze

2. Podczas ekranowania pola magnetycznego Uziemienie ekranu:
1) Nie wpływa na skuteczność ekranowania
2) Zwiększa skuteczność ekranowania magnetycznego
3) Zmniejsza skuteczność ekranowania magnetycznego

3. Przy niskich częstotliwościach (<100кГц) эффективность магнитного экранирования зависит от:
a) Grubość ekranu, b) Przenikalność magnetyczna materiału, c) Odległość ekranu od innych obwodów magnetycznych.
1) Tylko aib są poprawne
2) Tylko b i c są prawdziwe
3) Tylko a i c są prawdziwe
4) Wszystkie opcje są prawidłowe

4. Ekranowanie magnetyczne przy niskich częstotliwościach wykorzystuje:
1) Miedź
2) Aluminium
3) Permalloj.

5. Ekranowanie magnetyczne przy wysokich częstotliwościach wykorzystuje:
1) Żelazo
2) Permalloj
3) Miedź

6. Przy wysokich częstotliwościach (>100 kHz) skuteczność ekranowania magnetycznego nie zależy od:
1) Grubość ekranu

2) Przepuszczalność magnetyczna materiału
3) Odległości pomiędzy ekranem a innymi obwodami magnetycznymi.

Wykorzystana literatura:

2. Semenenko, V. A. Bezpieczeństwo informacji / V. A. Semenenko - Moskwa, 2008.

3. Yarochkin, V. I. Bezpieczeństwo informacji / V. I. Yarochkin - Moskwa, 2000.

4. Demirchan, K. S. Teoretyczne podstawy elektrotechniki, tom III / K. S. Demirchan S.-P, 2003.

Ekranowanie pola magnetycznego.

Metoda obejścia. - Metoda pola magnetycznego ekranu.

Metoda bocznikowania pola magnetycznego za pomocą ekranu służy do ochrony przed stałymi i wolno zmieniającymi się zmiennymi polami magnetycznymi. Sita wykonane są z materiałów ferromagnetycznych o dużej względnej penetracji magnetycznej (stal, permalloj). Jeśli jest ekran, linie indukcji magnetycznej przebiegają głównie wzdłuż jego ścianek, które mają niski opór magnetyczny w porównaniu z przestrzenią powietrzną wewnątrz ekranu. Im grubszy ekran i mniej szwów i połączeń, tym skuteczniejsze ekranowanie. Metoda przemieszczania pola magnetycznego przez ekran służy do ekranowania zmiennego pola magnetycznego o wysokiej częstotliwości. W tym przypadku stosuje się ekrany wykonane z metali niemagnetycznych. Ekranowanie opiera się na zjawisku indukcji.

Jeśli umieścisz miedziany cylinder na ścieżce równomiernie zmiennego mola magnetycznego, w którym zostaną wzbudzone zmienne wirowe prądy indukcyjne (prądy Foucaulta). Pole magnetyczne tych prądów zostanie zamknięte; wewnątrz cylindra będzie skierowany w stronę pola ekscytującego, a na zewnątrz - w tym samym kierunku co pole ekscytujące. Powstałe pole okazuje się osłabione w pobliżu cylindra i wzmocnione na zewnątrz, tj. pole zostaje odsunięte od przestrzeni zajmowanej przez cylinder, co stanowi jego efekt ekranowania, który będzie tym skuteczniejszy, im niższy będzie opór elektryczny cylindra, tj. tym większe prądy wirowe przez niego przepływają.

Dzięki efektowi powierzchniowemu („efektowi skóry”) gęstość prądów wirowych i intensywność zmiennego pola magnetycznego zmniejszają się wykładniczo w miarę wnikania głębiej w metal

Gdzie

μ – względna przenikalność magnetyczna materiału; μ˳ – przenikalność magnetyczna próżni równa 1,25*108 g*cm-1; ρ – rezystywność materiału, Ohm*cm; ƒ – częstotliwość, Hz.

Dla materiału niemagnetycznego μ = 1. A efekt ekranowania określają tylko ƒ i ρ.

Ekranowanie to aktywna metoda ochrony informacji. Ekranowanie pola magnetycznego (ekranowanie magnetostatyczne) stosuje się, gdy konieczne jest stłumienie zakłóceń w zakresie niskich częstotliwości od 0 do 3..10 kHz. Skuteczność ekranowania magnetostatycznego wzrasta w przypadku stosowania ekranów wielowarstwowych.

Skuteczność ekranowania magnetycznego zależy od częstotliwości i właściwości elektrycznych materiału ekranującego. Im niższa częstotliwość, tym słabszy ekran, tym grubszy musi być, aby uzyskać ten sam efekt ekranowania. W przypadku wysokich częstotliwości, począwszy od zakresu fal średnich, bardzo skuteczny jest ekran wykonany z dowolnego metalu o grubości 0,5…1,5 mm. Przy wyborze grubości i materiału ekranu należy wziąć pod uwagę wytrzymałość mechaniczną, sztywność, odporność na korozję, łatwość łączenia poszczególnych części i tworzenia styków przejściowych między nimi przy małych oporach, łatwość lutowania, spawania itp. Dla częstotliwości powyżej 10 MHz, miedź, a tym bardziej srebrna folia o grubości powyżej 0,1 mm daje znaczny efekt ekranowania. Dlatego przy częstotliwościach powyżej 10 MHz całkiem dopuszczalne jest stosowanie ekranów wykonanych z folii getinax lub innego materiału izolacyjnego z nałożoną powłoką miedzianą lub srebrną. Do produkcji ekranów wykorzystuje się: materiały metalowe, materiały dielektryczne, szkło z powłoką przewodzącą, specjalne tkaniny metalizowane, farby przewodzące. Materiały metalowe (stal, miedź, aluminium, cynk, mosiądz) stosowane na ekrany produkowane są w postaci blach, siatek i folii.

Wszystkie te materiały spełniają wymagania odporności na korozję przy zastosowaniu odpowiednich powłok ochronnych. Najbardziej zaawansowane technologicznie konstrukcje ekranów wykonane są ze stali, ponieważ spawanie lub lutowanie może być szeroko stosowane w ich produkcji i montażu. Blachy muszą być połączone elektrycznie ze sobą na całym obwodzie. Elektryczny szew spawalniczy lub lutowniczy musi być ciągły, aby uzyskać całkowicie spawaną konstrukcję ekranu. Grubość stali dobierana jest w oparciu o przeznaczenie konstrukcji sita i warunki jego montażu, a także możliwość zapewnienia ciągłych spawów podczas produkcji. Ekrany stalowe zapewniają tłumienie promieniowania elektromagnetycznego o ponad 100 dB. Sita siatkowe są łatwiejsze w produkcji, wygodne w montażu i obsłudze. W celu zabezpieczenia przed korozją zaleca się pokrycie siatki lakierem antykorozyjnym. Wadą sit siatkowych jest mała wytrzymałość mechaniczna i mniejsza skuteczność przesiewania w porównaniu do sit arkuszowych. W przypadku ekranów siatkowych odpowiedni jest dowolny wzór szwu, który zapewnia dobry kontakt elektryczny pomiędzy sąsiadującymi panelami siatkowymi co najmniej co 10-15 mm. Można w tym celu zastosować lutowanie lub zgrzewanie punktowe. Ekran wykonany z ocynowanej siatki ze stali niskowęglowej o rozmiarze oczek 2,5-3 mm daje tłumienie około 55-60 dB, a z tego samego podwójnego (przy odległości między siatką zewnętrzną i wewnętrzną 100 mm) około 90 dB. Ekran wykonany z pojedynczej siatki miedzianej z ogniwem 2,5 mm charakteryzuje się tłumieniem około 65-70 dB

Zasady ekranowania pola magnetycznego

Do ekranowania pola magnetycznego stosuje się dwie metody:

Metoda obejściowa;

Metoda ekranowego pola magnetycznego.

Przyjrzyjmy się bliżej każdej z tych metod.

Metoda bocznikowania pola magnetycznego za pomocą ekranu.

Metoda bocznikowania pola magnetycznego za pomocą ekranu służy do ochrony przed stałym i wolno zmieniającym się zmiennym polem magnetycznym. Sita wykonane są z materiałów ferromagnetycznych o dużej względnej penetracji magnetycznej (stal, permalloj). Jeśli jest ekran, linie indukcji magnetycznej przebiegają głównie wzdłuż jego ścianek (rysunek 8.15), które mają niski opór magnetyczny w porównaniu z przestrzenią powietrzną wewnątrz ekranu. Jakość ekranowania zależy od przenikalności magnetycznej ekranu i rezystancji obwodu magnetycznego, tj. Im grubszy ekran i mniej szwów i połączeń przebiegających w kierunku linii indukcji magnetycznej, tym skuteczność ekranowania będzie wyższa.

Metoda przemieszczania pola magnetycznego przez ekran.

Metoda przemieszczania pola magnetycznego przez ekran służy do ekranowania przemiennych pól magnetycznych o wysokiej częstotliwości. W tym przypadku stosuje się ekrany wykonane z metali niemagnetycznych. Ekranowanie opiera się na zjawisku indukcji. Tutaj przydatne jest zjawisko indukcji.

Umieśćmy miedziany cylinder na drodze jednolitego zmiennego pola magnetycznego (rysunek 8.16a). Wzbudzone zostaną w nim zmienne ED, co z kolei wytworzy zmienne indukcyjne prądy wirowe (prądy Foucaulta). Pole magnetyczne tych prądów (rysunek 8.16b) zostanie zamknięte; wewnątrz cylindra będzie skierowany w stronę pola ekscytującego, a na zewnątrz - w tym samym kierunku co pole ekscytujące. Powstałe pole (rysunek 8.16, c) okazuje się osłabione w pobliżu cylindra i wzmocnione na zewnątrz, tj. pole zostaje odsunięte od przestrzeni zajmowanej przez cylinder, co stanowi jego efekt ekranowania, który będzie tym skuteczniejszy, im niższy będzie opór elektryczny cylindra, tj. tym większe prądy wirowe przez niego przepływają.

Dzięki efektowi powierzchniowemu („efektowi skóry”) gęstość prądów wirowych i intensywność zmiennego pola magnetycznego zmniejszają się wykładniczo w miarę wnikania głębiej w metal

, (8.5)

Gdzie (8.6)

– wskaźnik spadku pola i prądu, tzw równoważna głębokość penetracji.

Oto względna przenikalność magnetyczna materiału;

– przenikalność magnetyczna próżni równa 1,25*10 8 g*cm -1;

– rezystywność materiału, Ohm*cm;

- częstotliwość Hz.

Wartość równoważnej głębokości penetracji jest wygodna do scharakteryzowania efektu ekranowania prądów wirowych. Im mniejsze x0, tym większe wytwarzają pole magnetyczne, które wypiera pole zewnętrzne źródła przetwornika z przestrzeni zajmowanej przez ekran.

Dla materiału niemagnetycznego o wzorze (8.6) =1 efekt ekranowania określa się tylko i . A co jeśli ekran jest wykonany z materiału ferromagnetycznego?

Jeśli będą równe, efekt będzie lepszy, ponieważ >1 (50..100) i x 0 będzie mniejsze.

Zatem x 0 jest kryterium efektu ekranowania prądów wirowych. Interesujące jest oszacowanie, ile razy gęstość prądu i natężenie pola magnetycznego zmniejszają się na głębokości x 0 w porównaniu z wartościami na powierzchni. W tym celu podstawiamy zatem x = x 0 do wzoru (8.5).

z czego wynika, że ​​na głębokości x 0 gęstość prądu i natężenie pola magnetycznego spadają e-krotnie, tj. do wartości 1/2,72, co stanowi 0,37 gęstości i napięcia na powierzchni. Ponieważ osłabienie pola jest tylko 2,72 razy na głębokości x 0 nie wystarcza do scharakteryzowania materiału ekranującego, następnie użyj jeszcze dwóch wartości głębokości penetracji x 0,1 i x 0,01, które charakteryzują spadek gęstości prądu i napięcia pola o 10 i 100 razy w stosunku do ich wartości na powierzchni.

Wyraźmy wartości x 0,1 i x 0,01 przez wartość x 0, w tym celu na podstawie wyrażenia (8.5) tworzymy równanie

I ,

po podjęciu decyzji, co otrzymamy

x 0,1 = x 0 ln10 = 2,3x 0 ; (8,7)

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

Na podstawie wzorów (8.6) i (8.7) dla różnych materiałów osłonowych w literaturze podawane są wartości głębokości wnikania. Dla przejrzystości te same dane prezentujemy w formie tabeli 8.1.

Z tabeli wynika, że ​​dla wszystkich wysokich częstotliwości, począwszy od zakresu fal średnich, bardzo skuteczny jest ekran wykonany z dowolnego metalu o grubości 0,5...1,5 mm. Wybierając grubość i materiał ekranu, nie należy kierować się właściwościami elektrycznymi materiału, ale kierować się względy wytrzymałości mechanicznej, sztywności, odporności na korozję, wygody łączenia poszczególnych części i wykonywania styków przejściowych o niskiej rezystancji pomiędzy nimi, wygody lutowania, spawania itp.

Z danych tabelarycznych wynika, że dla częstotliwości większych niż 10 MHz warstewka miedzi, a tym bardziej srebra, o grubości mniejszej niż 0,1 mm daje znaczny efekt ekranowania. Dlatego przy częstotliwościach powyżej 10 MHz całkiem dopuszczalne jest stosowanie ekranów wykonanych z folii getinax lub innego materiału izolacyjnego z nałożoną powłoką miedzianą lub srebrną.

Jako ekrany można stosować stal, należy jednak pamiętać, że ze względu na dużą rezystywność i zjawisko histerezy, ekran stalowy może wprowadzać znaczne straty w obwodach ekranujących.

Filtrowanie

Filtracja jest głównym sposobem ograniczenia zakłóceń konstrukcyjnych powstających w obwodach zasilających i przełączających ES prądu stałego i przemiennego. Zaprojektowane do tego celu filtry przeciwzakłóceniowe pozwalają na redukcję szumów przewodzonych pochodzących zarówno ze źródeł zewnętrznych, jak i wewnętrznych. Skuteczność filtracji zależy od tłumienia wprowadzonego przez filtr:

dB,

Na filtr nakładane są następujące podstawowe wymagania:

Zapewnienie określonej sprawności S w wymaganym zakresie częstotliwości (z uwzględnieniem rezystancji wewnętrznej i obciążenia obwodu elektrycznego);

Ograniczenie dopuszczalnego spadku napięcia stałego lub przemiennego na filtrze przy maksymalnym prądzie obciążenia;

Zapewnienie dopuszczalnych odkształceń nieliniowych napięcia zasilania, które określają wymagania dotyczące liniowości filtra;

Wymagania projektowe - skuteczność ekranowania, minimalne wymiary gabarytowe i waga, zapewnienie normalnych warunków termicznych, odporność na wpływy mechaniczne i klimatyczne, wykonalność projektu itp.;

Elementy filtrujące należy dobierać z uwzględnieniem prądów znamionowych i napięć obwodu elektrycznego, a także powstających w nich skoków napięcia i prądu, spowodowanych niestabilnością reżimu elektrycznego i procesami przejściowymi.

Kondensatory. Stosowane są jako niezależne elementy tłumiące hałas oraz jako równoległe jednostki filtrujące. Strukturalnie kondensatory tłumiące hałas dzielą się na:

Typ dwubiegunowy K50-6, K52-1B, ETO, K53-1A;

Typ wspornika KO, KO-E, KDO;

Przepust niekoncentryczny typu K73-21;

Przepust koncentryczny typu KTP-44, K10-44, K73-18, K53-17;

Jednostki kondensatorowe;

Główną cechą kondensatora tłumiącego szumy jest zależność jego impedancji od częstotliwości. Aby ograniczyć zakłócenia w zakresie częstotliwości do około 10 MHz, można zastosować kondensatory dwubiegunowe, biorąc pod uwagę krótką długość ich przewodów. Referencyjne kondensatory tłumiące szumy są stosowane do częstotliwości 30-50 MHz. Kondensatory symetryczne są stosowane w obwodzie dwuprzewodowym do częstotliwości rzędu 100 MHz. Kondensatory przepustowe działają w szerokim zakresie częstotliwości do około 1000 MHz.

Elementy indukcyjne. Stosowane są jako niezależne elementy tłumiące hałas oraz jako sekwencyjne ogniwa filtrów przeciwzakłóceniowych. Strukturalnie najczęstszymi rodzajami dławików są:

Włączanie rdzenia ferromagnetycznego;

Bez skręcania.

Główną cechą dławika tłumiącego hałas jest zależność jego impedancji od częstotliwości. Przy niskich częstotliwościach zaleca się stosowanie rdzeni magnetodielektrycznych marek PP90 i PP250, wykonanych na bazie m-permalloyu. Do tłumienia zakłóceń w obwodach urządzeń o prądach do 3A zaleca się stosowanie dławików HF typu DM, a dla większych prądów znamionowych – dławików serii D200.

Filtry. Ceramiczne filtry przelotowe typu B7, B14, B23 przeznaczone są do tłumienia zakłóceń w obwodach prądu stałego, pulsującego i przemiennego w zakresie częstotliwości od 10 MHz do 10 GHz. Konstrukcje takich filtrów pokazano na rysunku 8.17

Tłumienie wprowadzane przez filtry B7, B14, B23 w zakresie częstotliwości 10..100 MHz wzrasta od około 20..30 do 50..60 dB, a w zakresie częstotliwości powyżej 100 MHz przekracza 50 dB.

Ceramiczne filtry przelotowe typu B23B zbudowane są w oparciu o ceramiczne kondensatory dyskowe i bezzwojowe dławiki ferromagnetyczne (rysunek 8.18).

Dławiki bezobrotowe to rurowy rdzeń ferromagnetyczny wykonany z ferrytu VCh-2 klasy 50, zamontowany na końcówce przelotowej. Indukcyjność cewki indukcyjnej wynosi 0,08…0,13 μH. Obudowa filtra wykonana jest z materiału ceramicznego UV-61, który charakteryzuje się dużą wytrzymałością mechaniczną. Obudowa jest metalizowana warstwą srebra, co zapewnia niską rezystancję styku pomiędzy zewnętrzną okładziną kondensatora a gwintowaną tuleją uziemiającą, która służy do mocowania filtra. Kondensator jest przylutowany po obwodzie zewnętrznym do obudowy filtra, a po obwodzie wewnętrznym do końcówki przelotowej. Uszczelnienie filtra zapewnia wypełnienie końcówek obudowy masą.

Dla filtrów B23B:

nominalne pojemności filtrów – od 0,01 do 6,8 µF,

napięcie znamionowe 50 i 250V,

prąd znamionowy do 20A,

Wymiary gabarytowe filtra:

L=25mm, D= 12mm

Tłumienie wprowadzane przez filtry B23B w zakresie częstotliwości od 10 kHz do 10 MHz wzrasta od około 30..50 do 60..70 dB, a w zakresie częstotliwości powyżej 10 MHz przekracza 70 dB.

W przypadku pokładowych ES obiecujące jest zastosowanie specjalnych drutów tłumiących hałas z ferronapełniaczami o wysokiej przenikalności magnetycznej i wysokich stratach właściwych. Zatem dla przewodów marki PPE tłumienie wtrąceniowe w zakresie częstotliwości 1...1000 MHz wzrasta z 6 do 128 dB/m.

Znana jest konstrukcja złączy wielopinowych, w których na każdym styku zamontowany jest jeden filtr przeciwzakłóceniowy w kształcie litery U.

Wymiary gabarytowe wbudowanego filtra:

długość 9,5 mm,

średnica 3,2 mm.

Tłumienie wprowadzone przez filtr w obwodzie 50-omowym wynosi 20 dB przy częstotliwości 10 MHz i do 80 dB przy częstotliwości 100 MHz.

Filtrowanie obwodów zasilających cyfrowe urządzenia elektroniczne.

Szum impulsowy w szynach zasilających powstający podczas przełączania cyfrowych układów scalonych (DIC), a także przenikający z zewnątrz, może prowadzić do nieprawidłowego działania urządzeń do cyfrowego przetwarzania informacji.

Aby zmniejszyć poziom hałasu w szynach zasilających, stosuje się metody projektowania obwodów:

Zmniejszenie indukcyjności szyn „zasilających”, biorąc pod uwagę wzajemne sprzężenie magnetyczne przewodów do przodu i do tyłu;

Zmniejszenie długości odcinków szyn „zasilających”, wspólnych dla prądów dla różnych cyfrowych systemów informatycznych;

Spowalnianie zboczy prądów impulsowych w szynach „zasilających” za pomocą kondensatorów tłumiących zakłócenia;

Racjonalna topologia obwodów mocy na płytce drukowanej.

Zwiększanie wymiarów przekroju poprzecznego przewodów prowadzi do zmniejszenia indukcyjności wewnętrznej szyn, a także zmniejsza ich rezystancję czynną. To ostatnie jest szczególnie istotne w przypadku szyny uziemiającej, która jest przewodem powrotnym dla obwodów sygnałowych. Dlatego w wielowarstwowych płytkach drukowanych pożądane jest wykonanie szyn „zasilających” w postaci płaszczyzn przewodzących znajdujących się w sąsiednich warstwach (rysunek 8.19).

Napowietrzne szyny zasilające stosowane w zespołach obwodów drukowanych w cyfrowych układach scalonych mają większe wymiary poprzeczne w porównaniu do szyn zbiorczych wykonanych w postaci drukowanych przewodników, a zatem mają niższą indukcyjność i rezystancję. Dodatkowymi zaletami montowanych szyn zasilających są:

Uproszczone prowadzenie obwodów sygnałowych;

Zwiększenie sztywności PP poprzez utworzenie dodatkowych żeber pełniących rolę ograniczników chroniących układ scalony z zamontowanym ERE przed uszkodzeniami mechanicznymi podczas instalacji i konfiguracji produktu (rysunek 8.20).

Wysoce podatne na produkcję są listwy „zasilające”, produkowane metodą drukowania i montowane pionowo na płytce drukowanej (rysunek 6.12c).

Znane są konstrukcje szyn zbiorczych montowanych pod korpusem układu scalonego, które są ułożone na płytce w rzędach (rysunek 8.22).

Rozważane konstrukcje szyn „zasilających” zapewniają także dużą pojemność liniową, co prowadzi do zmniejszenia impedancji falowej linii „zasilającej”, a w konsekwencji do zmniejszenia poziomu szumu impulsowego.

Rozdział mocy układu scalonego na płytkę drukowaną nie powinien odbywać się szeregowo (rysunek 8.23a), ale równolegle (rysunek 8.23b)

Konieczne jest zastosowanie rozdziału mocy w postaci obwodów zamkniętych (ryc. 8.23c). Konstrukcja ta swoimi parametrami elektrycznymi jest bliska solidnym samolotom energetycznym. Aby zabezpieczyć się przed wpływem zewnętrznego pola magnetycznego przenoszącego zakłócenia, na obwodzie PP należy przewidzieć zewnętrzną pętlę zamkniętą.

Grunt

System uziemiający to obwód elektryczny, który ma właściwość utrzymywania minimalnego potencjału, który jest poziomem odniesienia dla danego produktu. System uziemiający w zasilaczu musi zapewniać obwody sygnałowe i powrotne mocy, chronić ludzi i sprzęt przed awariami w obwodach źródła zasilania oraz usuwać ładunki statyczne.

Następujące podstawowe wymagania mają zastosowanie do systemów uziemiających:

1) minimalizacja całkowitej impedancji szyny uziemiającej;

2) brak zamkniętych pętli uziemiających wrażliwych na pola magnetyczne.

ES wymaga co najmniej trzech oddzielnych obwodów uziemiających:

Do obwodów sygnałowych o małych prądach i napięciach;

Do obwodów mocy o dużym poborze mocy (zasilacze, stopnie wyjściowe ES itp.)

Do obwodów nadwozia (podwozie, panele, ekrany i metalizacja).

Obwody elektryczne w ES są uziemiane w następujący sposób: w jednym punkcie i w kilku punktach najbliżej punktu odniesienia uziemienia (rysunek 8.24)

W związku z tym systemy uziemiające można nazwać jednopunktowym i wielopunktowym.

Najwyższy poziom zakłóceń występuje w jednopunktowym układzie uziemiającym ze wspólną szyną uziemiającą połączoną szeregowo (rysunek 8.24 a).

Im dalej znajduje się punkt uziemienia, tym wyższy jest jego potencjał. Nie należy go stosować w obwodach o dużym rozproszeniu poboru mocy, ponieważ FU dużej mocy wytwarzają duże prądy doziemne powrotne, które mogą mieć wpływ na FU małosygnałowe. Jeśli to konieczne, najbardziej krytyczny FU powinien być podłączony jak najbliżej punktu uziemienia odniesienia.

W przypadku obwodów wysokiej częstotliwości (f≥10 MHz) należy zastosować wielopunktowy system uziemienia (rysunek 8.24 c), łącząc RES FU w punktach położonych najbliżej punktu uziemienia odniesienia.

W przypadku obwodów wrażliwych stosuje się obwód uziemienia bezpotencjałowego (rysunek 8.25). Ten system uziemienia wymaga całkowitego odizolowania obwodu od obudowy (wysoka rezystancja i mała pojemność), w przeciwnym razie jest nieskuteczny. Obwody mogą być zasilane przez ogniwa słoneczne lub baterie, a sygnały muszą wchodzić i wychodzić z obwodu przez transformatory lub transoptory.

Przykład realizacji rozważanych zasad uziemienia dziewięciościeżkowego cyfrowego napędu taśmowego pokazano na rysunku 8.26.

Istnieją następujące szyny uziemiające: trzy sygnałowe, jedna zasilająca i jedna korpusowa. Analogowe FU najbardziej podatne na zakłócenia (dziewięć wzmacniaczy zmysłowych) są uziemione za pomocą dwóch oddzielnych szyn uziemiających. Dziewięć wzmacniaczy zapisu, które działają na wyższych poziomach sygnału niż wzmacniacze odczytu, a także układy scalone sterujące i obwody interfejsu z produktami danych są podłączone do trzeciej szyny sygnałowej, czyli masy. Trzy silniki prądu stałego oraz ich obwody sterujące, przekaźniki i cewki są podłączone do masy szyny zasilającej. Najbardziej czuły obwód sterujący silnika wału napędowego jest podłączony najbliżej punktu odniesienia masy. Szyna uziemiająca podwozie służy do łączenia podwozia i obudowy. Szyny sygnałowe, zasilające i uziemiające obudowę są połączone razem w jednym punkcie dodatkowego źródła zasilania. Należy zaznaczyć, że przy projektowaniu OZE wskazane jest sporządzenie schematów połączeń strukturalnych.