4.2.3 Электрическое экранирование
Электрическое экранирование требует выбора материала с возможно большей проводимостью (алюминий, серебряная медь) и тщательной конструктивной проработки соединении экран - корпус. Эффективность экранирования определяется формулой
где Zэ - комплексное сопротивление экрана {модуль); ω - угловая частота помехи; СэА, СэВ, Сав - частичные емкости экран-наводящего помеху тела А; экран-защищаемого объекта В и между телами А и В.
В формуле за сопротивление экрана следует принять переходное сопротивление экран-корпус (rэ). Это сопротивление следует тщательно конструктивно проработать. Его величину в случае высококачественного исполнения следует принять в пределах 0,04 - 0,06 Ом, в прочих случаях 0,1 -0,2 Ом. Допустимость того или иного решения проверяется заданной эффективностью экранирования и требуемыми условиями эксплуатации.
В этом случае экранирование происходит, благодаря отражению электромагнитной волны от металлической поверхности экрана и затуханию преломленной волны в теле экрана. Кроме прямого прохождения падающей волны в тело экрана и далее в экранируемое пространство, теоретически имеются многократные переотражения энергии от границ металл-воздух как со стороны падающей волны, так и в теле экрана. Однако практически с ошибкой не более 2 % переотражениями можно пренебречь. Тогда расчетные формулы для проектирования экрана имеют следующий вид:
где Zвозд
- характеристическое сопротивление
воздуха (вакуум), оно принимается равным
Zвозд= 377
Ом; Zмет - модуль
характеристического сопротивления
металла
ω - угловая частота помехи; σ - удельная
проводимость металла, Ом·см3; μ
= μ0μr –
магнитная проницаемость материала
экрана. Толщина экрана практической
роли не играет.
4.3 Рекомендации к выполнению экранов
4.3.1 Для случая магнитного экранирования
1. В расчет следует вводить не максимальное и не среднее значения магнитной проницаемости материала экрана, а начальную величину, так как индукция поля помехи, как правило, мала. Начальная магнитная проницаемость при этом должна быть возможно более высокой, за исключением интенсивных полей. Наиболее подходящим материалом здесь будет пермаллой.
2. Увеличение толщины экрана почти пропорционально увеличивает эффект экранирования.
3. Зазор между экраном и объектом экранирования при малых габаритах 3-5 мм, при больших 7-10 мм.
4 Недопустимо крепление трансформатора или иного объекта с магнитопроводом внутри экрана стальными деталями. Непосредственный контакт магнитопровода с экраном следует исключить.
5. При креплении на стальную панель следует исключить непосредственный контакт между экраном и панелью. Необходимо применять магнитные прокладки.
6. В конструкции экрана следует исключать на пути магнитных силовых линий стыки, швы и щели. Крышки применять с хорошо прилегающей отбортовкой. В отдельных случаях щели допустимы только вдоль направления силовой линии.
7. Менее подвержены помехам трансформаторы на тороидальных или стержневых сердечниках с равномерным распределением обмоток по сердечнику (стержням).
8. При проектировании конструкции экрана учитывать механические и технологические свойства материала (пригодность для глубокой вытяжки, гибки и пр.).
9. На повышенных (выше 10 кГц) и высоких частотах, где экранирующий эффект создается преимущественно противодействующим полем вихревых токов, для изготовления экрана с успехом применяются немагнитные материалы. От конструктора при этом требуется:
- обеспечить неравенство δэ > δ;
- обеспечить хорошую проводимость материала экрана на пути вихревых токов: предпочтительны медь, алюминий, латунь; на СВЧ рекомендуется в качестве покрытия серебро;
- на пути вихревых токов должно отсутствовать все, что увеличивает им сопротивление (швы, стыки, щели, зазоры, перпендикулярные к направлению токов широкие отверстия).
10. В пограничной частотной области (1-50 кГц) надо проверить как эффект от шунтирования, так и эффект от вихревых токов. Сравнить их. Сделать вывод о преобладании одного из них.