CC BY
108
2013 Электротехника, информационные технологии, системы управления № 8 УДК 621.315
Л.А. Ковригин, Н.А. Ситчихин
Пермский национальный исследовательский политехнический университет,
Пермь, Россия
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКРАНИРУЮЩИХ СВОЙСТВ ПЛЕТЕНОК В ПЕРЕМЕННОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ
Рассмотрены экранирующие свойства плетенок из медной проволоки, покрытой серебром, и облегченных плетенок из мишурных водорастворимых нитей и медной круглой проволоки, покрытой серебром, Смоделировано проникновение переменного электромагнитного поля внутрь плетенки, вычислен коэффициент экранирования. Получена зависимость коэффициента экранирования от плотности плетения в диапазоне частот 10 кГц-1 ГГц. С увеличением плотности плетения и частоты коэффициент экранирования увеличивается, так как начинает действовать скин-эффект. Наилучшими экранирующими свойствами обладает плетенка с посеребренными проволоками.
Ключевые слова: плетенка, коэффициент экранирования, напряженность магнитного поля, мишурные водорастворимые нити, моделирование электромагнитного поля плетенки.
L.A. Kovrigin, N.A. Sitchikhin
Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation
RESEARCH OF BRAID SHIELDING PROPERTIES IN ALTERNATING ELECTRIC FIELD
In aerospace industry there are severe requirements to mass decrease of on-board system elements and devices of moving objects. One of on-board system elements is a braid used as a shield from electromagnetic field effect. In the paper the shielding properties of copper wire braids coated with silver, lightened braids with water solved tinsel threads and a circular copper wire coated with silver have been examined. Moreover, penetration of alternating electromagnetic field into the braid has been simulated and the shielding coefficient has been calculated. Also, shielding coefficient relation to braiding density in the frequency band from 10 KHz to 1 GHz has been obtained. With growing braiding density and frequency the shielding coefficient has been increasing since the skin-effect starts operating. The braid with silvered wires has the best shielding properties.
Keywords: braid shielding coefficient, magnetic field strength, water solved tinsel threads, electromagnetic field simulation of a braid.
В авиационной и космической отрасли предъявляют жесткие требования к снижению массы элементов и устройств бортовых систем подвижных объектов. Одним из элементов бортовых систем является плетенка, служащая экраном от воздействия электромагнитных полей [1-3]. Наиболее часто применяемые плетенки марки ПМЛОС (плетенка из медной проволоки покрытой серебром) сейчас заменяются плетенками ПСКС (плетенка спиральная из мишурных нитей на основе водорастворимых нитей и медной круглой проволоки покрытой серебром), которые имеют меньший вес.
Плетенка марки ПМЛОС имеет следующие характеристики: количество пасм - 24; количество проволок в пасме - 7; диаметр одной проволоки - 0,12 мм. Плетенка марки ПСКС: количество пасм - 22; количество проволок в пасме - 5; диаметр одной проволоки - 0,06 мм.
Моделирование электромагнитного поля, проникающего в проводник, защищенный плетенкой, произведено в многоцелевом конечно-элементном пакете MAXWELL.
Принятые допущения в математической модели:
- в диэлектрике нет объемных зарядов;
- электромагнитное поле рассчитывалось в плоскости, перпендикулярной оси провода;
- диэлектрическая проницаемость среды и изоляции провода постоянная;
- магнитная проницаемость материала оплетки равна 1;
- проводимость материала оплетки не зависит от напряженности электромагнитного поля;
- диаметр влияющего провода равен 1 мм.
Векторный магнитный потенциал A находился из уравнения
1
-V2 A - ушуA = - J,
где ш - циклическая частота, д - магнитная проницаемость, - магнитная постоянная, у - удельная проводимость, J - плотность тока.
Граничные условия:
1) на влияющем проводе устанавливалось значение тока, равное 10 А;
2) вдали от провода векторный магнитный потенциал равен нулю.
На рис. 1 представлено распределение напряженности магнитного поля для плетенки ПМЛОС при частоте 10 кГц.
Рис. 1. Распределение напряженности магнитного поля для плетенки ПМЛОС при частоте 10 кГц: 1 - влияющий провод; 2 - защищенный провод; 3 - плетенка из медных лужёных оловом проволок
На рис. 2 представлено распределение напряженности магнитного поля для плетенки ПСКС при частоте 10 кГц.
Напряженность магнитного поля на экранированном проводе плетенкой ПСКС составляет 1215 А/м, с плетенкой ПМЛОС - 764, т.е. плетенка ПМЛС в 1,6 раза лучше экранирует, чем ПСКС.
Рис. 2. Распределение напряженности магнитного поля для плетенки ПСКС при частоте 10 кГц
На рис. 3 и 4 представлено распределение напряженности электрического поля для плетенки ПМЛОС и ПСКС при частоте 10 кГц.
Рис. 3. Распределение напряженности электрического поля для плетенки ПМЛОС при частоте 10 кГц
При сравнении рис. 1, 2 с рис. 3, 4 видно, что электрическое поле в отличие от магнитного не проникает через плетенку.
Рис. 4. Распределение напряженности электрического поля для плетенки ПСКС при частоте 10 кГц
Эффективность экранирования характеризуется коэффициентом экранирования, представляющим собой отношение напряженностей электромагнитного поля в какой-либо точке экранированного про-
странства при наличии экрана (Еэ и Нэ) к напряженности поля в этой же точке без экрана (Е и Н):
V ЕЭ V НЭ К „ =- или К „ =-.
Е Е н Н Многочисленные вычисления при различных частотах и плотности плетения позволили построить зависимость, представленную на рис. 5.
Ки
Рис. 5. Зависимость коэффициента экранирования Кн от плотности плетения П (%) при различных частотах
С увеличением плотности плетения и частоты коэффициент экранирования увеличивается.
На рис. 6 представлена зависимость напряженности магнитного поля от расстояния при различных частотах для плетенки ПМЛОС.
Рис. 6. Зависимость напряженности магнитного поля от расстояния при различных частотах для плетенки ПМЛОС
На рис. 6 видно, что с увеличением частоты коэффициент экранирования увеличивается, так как начинает действовать скин-эффект.
Н.
Рис. 7. Зависимость напряженности магнитного поля от расстояния при различных частотах для плетенки из различных материалов
На рис. 7 представлена зависимость напряженности магнитного поля от расстояния при различных частотах для плетенки из различных материалов. На рисунке видно, что наилучшими экранирующими свойствами обладает плетенка с посеребренными проволоками.
Библиографический список
1. Кириллов, В.Ю., Томилин М.М., Гордеев С.В. Исследование эффективности экранирования бортовых кабелей // Вестник Московского авиационного института (Государственный технический университет). - М., 2009. - Т.17. - №1. - С. 42-44.
2. Князев А.Д., Кечиев Л.Н., Петров Б.В. Конструирование радиоэлектронной и электронно-вычислительной аппаратуры с учетом электромагнитной совместимости. - М.: Радио и связь, 1989. - 229 с.
3. Шапиро Д.Н. Электромагнитное экранирование. - Долгопрудный: Изд. дом «Интеллект», 2010. - 120 с.
Сведения об авторах
Ковригин Леонид Александрович - доктор технических наук, профессор кафедры конструирования и технологии в электротехнике Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: kovriginla@mail.ru).
Ситчихин Николай Александрович - магистрант кафедры конструирования и технологии в электротехнике Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: ktei@pstu.ru).
About the authors
Kovrigin Leonid Alexsandrovich - Doctor of technical sciences, professor at the department of design and technologies in electrical engineering of Perm National Research Polytechnic University (614990, Perm, 29, Komsomolsky pr., e-mail: kovriginla@mail.ru).
Sitchikhin Nikolay Alexandrovich - master's degree student at the department of design and technologies in electrical engineering of Perm National Research Polytechnic University (614990, Perm, 29, Komsomolsky pr., e-mail: ktei@pstu.ru).
Получено 06.09.2013
