Afskærmning (elektroteknik)

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning
Afskærmningsplader inde i en mobiltelefon

Afskærmningen af elektrotekniske anordninger, faciliteter og rum bruges til at holde elektriske og / eller magnetiske felter, der forekommer ved højere frekvenser, væk fra dem eller omvendt for at beskytte miljøet mod de felter, der kommer fra anlægget.

Da elektromagnetiske bølger har både en magnetisk og en elektrisk komponent, skal disse for ofte skærmes for at forhindre eller reducere deres stråling eller stråling .

Skærme tjener til at forbedre elektromagnetisk kompatibilitet og også til at sikre interferensfri signalopsamling, transmission og behandling. Især for kabler beskytter skærme også mod uønsket gensidig interferens ( krydstale ) mellem faktisk uafhængige signalkanaler.

Effektiviteten af ​​et skjold kvantificeres ved afskærmningsdæmpningen . I tilfælde af kabelafskærmninger er målingen af ​​afskærmningseffekten overførselsimpedansen .

Beskyttelsesforanstaltninger

Påvirkning af forløbet af de magnetiske fluxdensitetslinjer af ferromagnetisk materiale. Afskærmningen skaber et næsten feltfrit rum inden for ringprofilen.
Magnetisk afskærmning af nettransformatoren fra et røroscilloskop: tre orthogonalt indlejrede pladespoler lavet af mu-metal danner en kasse, der er lukket på alle sider uden luftgab.
Kobberbåndsløjfe rundt om kernen i en transformer i switchet tilstand , som forhindrer de lodrette feltkomponenter i at sprede sig.

Statiske og lavfrekvente elektriske felter

Den elektrostatiske afskærmning fungerer efter princippet om indflydelse (se også Faraday bur ). Afskærmning opnås med elektrisk ledende afskærmningsmaterialer. Metalplader , ledende folier eller lag forbundet med jorden eller referencepotentiale anvendes. Disse omfatter B. også metalliserede plastfolier, aluminiumsfolie-lamineret papir, grafit og ledende laklag . I plasthuse ( ABS ) anvendes autokatalytisk afsatte lag ( kemisk nikkel ) og efterfølgende elektrolytisk forstærket med kobber.

Forbindelsen til referencepotentialet sker ved kontaktfjedre eller fastgørelsesskruer. Elektrisk afskærmning er nødvendig for blandt andet mikrofoner og lydforstærkere , eller når højimpedanssignaler og / eller lave niveauer skal transmitteres eller behandles.

Statiske og lavfrekvente magnetfelter

Bløde magnetiske materialer, dvs. ferromagnetiske materialer med høj permeabilitet og lav remanens , modvirker også passage af magnetfelter med lavfrekvente eller konstante felter. Magnetisk afskærmning har også en elektrisk afskærmningseffekt, hvis den er tilstrækkeligt ledende.

Magnetiske skjolde bruges f.eks. B. bruges i CRT -skærme og oscilloskoper med katodestrålerør , da magnetiske interferenskilder kan forårsage billedforstyrrelser. Permanente magneter til højttalere i fjernsyn med billedrør er ofte magnetisk afskærmet. Yderligere anvendelser er afskærmningen af magt transformere og motorer i båndoptagere og pladespillere med magnetiske scanningssystemer .

Et materiale, der er egnet til dette formål, er det stærkt permeable, såkaldte mu - metal , som imidlertid er følsomt over for deformation og derfor ofte skal glødes under beskyttelsesgas efter behandling. Der er også andre materialer til fleksibel kabelafskærmning, der stort set er ufølsomme over for deformation, og som kan bruges uden varmebehandling af kunden.

Effekten af ​​afskærmningen kan forklares ved refraktion af feltlinjerne, når B-felter kommer ind i stof. I tilfælde af materialer med en permeabilitet af størrelsesordenen 10.000 og derover brydes hver indkommende feltlinie praktisk talt i tangentialretningen og hver falder ud i retningen af ​​vinkelret. Marklinjerne ledes langs afskærmningen og trænger ikke igennem. Som følge heraf skal magnetiske skjolde være selvstændige for at være effektive. I den tilstødende illustration af et transformatorskjold opnås dette ved, at tre pladespoler ligger indad i hinanden på en sådan måde, at viklingsplanerne er vinkelret på hinanden. Så intet magnetfelt, uanset hvor det er rettet, kan trænge udad.

Højfrekvente magnetfelter

Magnetfelter med højere frekvenser kan afskærmes med elektrisk ledende ark, der ikke behøver at være ferromagnetiske. Årsagen er de inducerede hvirvelstrømme, der modvirker det genererende magnetfelt. Pladetykkelsen skal være større end huddybden for at undgå strømme på den afskærmede side.

Hvis du kender felternes retning, kan du muligvis reducere afskærmningen til en slags kortslutning. Dette bruges f.eks. Til at afskærme transformatorerne til strømforsyninger i switch-mode , der er indpakket med et kobberbånd til dette formål, som er loddet til en ring. Sådanne ringe skal omslutte de marklinjer, der skal screenes.

elektromagnetiske felter

Højfrekvente elektromagnetiske felter ( elektromagnetiske bølger ) kan kun fuldstændigt afskærmes med elektrisk ledende dæksler, der er lukket på alle sider: På grund af hudeffekten falder et vekslende magnetfelt i elektrisk ledende materiale eksponentielt. Op til huddybden falder magnetfeltet til 1 / e-th-delen (≈ 37%) af værdien i yderkanten. Hudeffekten letter afskærmning af elektromagnetiske felter ved høje frekvenser, da selv meget tyndt plade er effektivt.

Mellemrum eller åbninger reducerer afskærmningsdæmpningen eller ødelægger den endda, hvis åbningernes eller hullernes største dimension når eller overstiger størrelsesordenen for den halve bølgelængde, der skal afskærmes. Som tommelfingerregel reducerer åbninger allerede afskærmningen betydeligt, når de er omkring en tiendedel af bølgelængden. Forringelsen sker, fordi den strøm, der genereres af feltet, der skal screenes på skærmoverfladen, flyder rundt om åbningerne (åbninger) og fungerer som en transmitterende antenne. Disse overfladestrømme får feltet til at trænge ind gennem afskærmningen og frembringe et felt, der svarer til det for en elektromagnetisk dipol eller multipol ved åbningens punkt. Hvis komponenter eller kabler stikker ind i dette felt, kan en aksel løsne sig.

Af denne grund er døre og husdele i et skjold, et omskabskab eller et hus forseglet med ledende lameller eller metalfletninger, hvilket resulterer i en elektrisk kontakt, der er så kontinuerligt lukket som muligt.

Metallhusets afskærmningseffekt kan blive væsentligt forringet af kabler og ledninger, der trænger ind i husets væg. Sådanne kabelindgange , stik og terminalpunkter kræver derfor omhyggelig mekanisk design for at afskærme højfrekvente interferenssignaler:

  • Kabelskærme påføres (tilsluttes) på begge sider for at afskærme mod magnetiske komponenter i elektromagnetiske felter, så der kan strømme en kompenserende strøm, der modvirker det indfaldende felt.
  • Kabelafskærmninger bør ikke trænge ind i afskærmningshuset på en isoleret måde, men skal tilsluttes husets væg direkte ved indgangspunktet over hele deres omkreds.
  • Uafskærmede kabler skal have filtre ( gennemføringskondensatorer , ledningsfilter ).

Spredning af interferens på kabelafskærmningen

Standarderne VDE 0113-1 og DIN EN 60204-1 foreskriver potentialudligning for elektrisk udstyr i en maskine. Dette kan kun delvist forhindre uønskede konsekvenser af elektrostatisk , elektromagnetisk og netrelateret interferens. Tværtimod skaber beskyttende jordforbindelse ofte jordsløjfer , da kabelskærmene skaber yderligere forbindelser. I modsætning hertil hjælper en neutral jordforbindelse af signalet med en afbalanceret signaloverførsel , en jordafbryder eller elektrisk isolation .

Jordforbindelser skal være så korte, store og tykke som muligt for at reducere induktansen og den effektive modstand og dermed holde de potentielle forskelle mellem jordforbindelserne i forskellige dele af systemet lave.

For effektivt at fjerne potentielle forstyrrelser på kabelafskærmningen er det nødvendigt at kontakte kabelafskærmningen så ofte og over et stort område som muligt.

Værdierne for overførselsimpedansen for det afskærmede kabel skal være så lave som muligt. Især i tilfælde af højfrekvent linjeforstyrrelse sikrer en lille overførselsimpedans, at interferensspændinger forårsaget af kappestrømmen indeholdes lave.

Beskyttende dæmpning

Afskærmningseffekten måles sædvanligvis ved hjælp af størrelsen af afskærmningsdæmpningen på dimensionsnummeret. For magnetfeltkomponenten er afskærmningsdæmpningen forholdet mellem det ikke -dæmpede ydre felt H a på et givet sted til det resterende restfelt H i på det samme sted, efter at der er blevet indsat et skjold. Afskærmningen af ​​koaksiale linjer kvantificerer overførselsimpedansen ; I daglig tale kaldes overførselsimpedansen også koblingsmodstand.

litteratur

  • H. Kaden: Eddy -strømme og afskærmning inden for kommunikationsteknik . 2., fuldstændig revideret udgave. Springer Verlag, 2006, ISBN 3-540-32569-7 (første udgave: 1959).
  • H. Wolfsperger: Elektromagnetisk afskærmning - teori og praktiske eksempler . Springer Verlag, 2008, ISBN 978-3-540-76912-5 .

Weblinks