Kestomagneettimagneettikenttäsuojaus, vaihtuva magneettikenttäsuojaus

Kestomagneetin tai matalataajuisen vaihtomagneettikentän magneettikentän voimakkuuden vähentämiseksi vaihtovirroilla tietyllä avaruuden alueella magneettinen suojaus… Verrattuna sähkökenttään, joka on melko helposti suojattu sovelluksella Faradayn solut, magneettikenttää ei voida täysin suojata, sitä voidaan vain heikentää jossain määrin tietyssä paikassa.

Käytännössä tieteellisen tutkimuksen, lääketieteen, geologian, joillakin avaruuteen ja ydinenergiaan liittyvillä teknisillä aloilla suojataan usein hyvin heikkoja magneettikenttiä, induktio joka harvoin ylittää 1 nT.

Puhumme sekä pysyvistä magneettikentistä että muuttuvista magneettikentistä laajalla taajuusalueella. Esimerkiksi maan magneettikentän induktio ei ylitä keskimäärin 50 μT; tällainen kenttä yhdessä suurtaajuisen kohinan kanssa on helpompi vaimentaa magneettisuojauksella.

Tehoelektroniikan ja sähkötekniikan hajamagneettikenttien (kestomagneetit, muuntajat, suurvirtapiirit) suojauksessa usein riittää yksinkertaisesti lokalisoida merkittävä osa magneettikentästä sen sijaan, että yritetään eliminoida se kokonaan. Ferromagneettinen suoja — pysyvien ja matalataajuisten magneettikenttien suojaamiseen

Ensimmäinen ja helpoin tapa suojata magneettikenttä on ferromagneettisen suojan (rungon) käyttö sylinterin, levyn tai pallon muodossa. Tällaisen kuoren materiaalin on oltava korkea magneettinen permeabiliteetti ja alhainen pakkovoima.

Kun tällainen suoja sijoitetaan ulkoiseen magneettikenttään, magneettinen induktio itse suojan ferromagneetissa osoittautuu voimakkaammaksi kuin suojatun alueen sisällä, jossa induktio on vastaavasti pienempi.

Tarkastellaan esimerkkiä onton sylinterin muodossa olevasta näytöstä.

Kuvasta näkyy, että ferromagneettisen näytön seinämän läpäisevät ulkoisen magneettikentän induktiolinjat ovat paksuuntuneet sen sisällä ja suoraan sylinterin ontelossa, joten induktiolinjat harvenevat. Eli sylinterin sisällä oleva magneettikenttä pysyy minimaalisena. Vaaditun vaikutuksen laadukkaaseen suorittamiseen käytetään ferromagneettisia materiaaleja, joilla on korkea magneettinen läpäisevyys, kuten esim. permaloidi tai mu-metalli.

Muuten, pelkkä näytön seinämän paksuus ei ole paras tapa parantaa sen laatua.Paljon tehokkaampia ovat monikerroksiset ferromagneettiset suojat, joissa on rakoja suojan muodostavien kerrosten välillä, jolloin suojauskerroin on yhtä suuri kuin yksittäisten kerrosten suojauskertoimien tulo - monikerroksisen suojan suojauslaatu on parempi kuin suojauksen vaikutus. jatkuva kerros, jonka paksuus on yhtä suuri kuin ylempien kerrosten summa.

Monikerroksisten ferromagneettisten näyttöjen ansiosta on mahdollista luoda magneettisesti suojattuja huoneita erilaisiin tutkimuksiin. Tällaisten näyttöjen ulkokerrokset on valmistettu tässä tapauksessa ferromagneeteista, jotka kyllästyvät korkeilla induktioarvoilla, kun taas niiden sisäkerrokset ovat metallia, permaloidia, metlassia jne. - ferromagneeteista, jotka kyllästyvät pienemmillä magneettisen induktion arvoilla.

Kuparikilpi – vaihtuvien magneettikenttien suojaamiseen

Jos vaihtuvaa magneettikenttää on tarpeen suojata, käytetään korkean sähkönjohtavuuden omaavia materiaaleja, kuten esim. hunaja.

Tässä tapauksessa muuttuva ulkoinen magneettikenttä indusoi johtavassa näytössä induktiovirtoja, jotka peittävät suojatun tilavuuden tilan, ja näiden induktiovirtojen magneettikenttien suunta näytössä on vastakkainen ulkoisen magneettikentän kanssa. , jolta suojaus on näin järjestetty. Siksi ulkoinen magneettikenttä kompensoituu osittain.

Lisäksi mitä korkeampi virtojen taajuus, sitä suurempi on suojauskerroin. Näin ollen ferromagneettiset näytöt ovat sopivimpia alemmille taajuuksille ja vielä enemmän jatkuville magneettikentille.

Vaihtelevan magneettikentän f taajuudesta, ruudun L koosta, seulamateriaalin johtavuudesta ja sen paksuudesta d riippuen seulontakerroin K saadaan likimäärin kaavalla:

Suprajohtavien näyttöjen käyttö

Kuten tiedät, suprajohde pystyy siirtämään magneettikentän kokonaan pois itsestään. Tämä ilmiö tunnetaan nimellä Meissner-efekti… Mukaan Lenzin sääntö, mikä tahansa muutos magneettikentässä suprajohteessa generoi induktiovirtoja, jotka magneettikenttillään kompensoivat suprajohteen magneettikentän muutosta.

Jos vertaamme sitä tavalliseen johtimeen, niin suprajohteessa induktiovirrat eivät heikkene ja pystyvät siksi kohdistamaan kompensoivan magneettisen vaikutuksen äärettömän (teoreettisesti) pitkän ajan.

Menetelmän haittoina voidaan pitää sen korkeaa hintaa, jäännösmagneettikentän läsnäoloa näytön sisällä, joka oli siellä ennen materiaalin siirtymistä suprajohtavaan tilaan, sekä suprajohteen herkkyyttä lämpötilalle. Tässä tapauksessa suprajohteiden kriittinen magneettinen induktio voi olla kymmeniä teslaa.

Suojausmenetelmä aktiivisella kompensaatiolla

Ulkoisen magneettikentän pienentämiseksi voidaan erityisesti luoda lisämagneettikenttä, joka on suuruudeltaan samansuuruinen, mutta vastakkainen ulkoiseen magneettikenttään, jolta tietty alue on suojattava.

Tämä saavutetaan toteuttamalla erityiset kompensointikelat (Helmholtz-kelat) — pari identtistä koaksiaalisesti järjestettyä virtaa kuljettavaa käämiä, jotka on erotettu toisistaan ​​kelan säteen etäisyyden päässä. Tällaisten kelojen väliin saadaan melko tasainen magneettikenttä.

Tietyn alueen koko tilavuuden kompensoimiseksi tarvitset vähintään kuusi tällaista kelaa (kolme paria), jotka sijoitetaan tietyn tehtävän mukaisesti.

Tyypillisiä sovelluksia tällaiselle kompensointijärjestelmälle ovat suojaus sähköverkkojen (50 Hz) synnyttämiltä matalataajuisilta häiriöiltä sekä maan magneettikentän suojaus.

Tyypillisesti tämän tyyppiset järjestelmät toimivat yhdessä magneettikenttäantureiden kanssa. Toisin kuin magneettisuojat, jotka vähentävät magneettikenttää yhdessä kohinan kanssa koko suojan rajoittamassa tilavuudessa, aktiivinen suojaus kompensointikäämeillä mahdollistaa magneettisten häiriöiden poistamisen vain sillä paikallisella alueella, johon se on viritetty.

Riippumatta antimagneettisen häiriöjärjestelmän suunnittelusta, jokainen niistä tarvitsee tärinänestosuojauksen, koska näytön ja anturin värähtelyt myötävaikuttavat ylimääräisten magneettisten häiriöiden syntymiseen itse tärisevästä näytöstä.