가열 와이어 코일의 방향(왼쪽-손으로 감는 것과 오른쪽으로 감는 것-손으로 감는 것)이 AC 히터의 자기장-유발 진동에 영향을 줍니까?

In PFA heaters that are driven by AC electricity (50–60 Hz), the alternating current in the coiled heating wire creates a fluctuating magnetic field. This field interacts with any surrounding ferromagnetic material or with the field from adjacent coils and generates Lorentz forces that cause the wire to vibrate. The metal core can rub due to the vibration, leading to early failure. The winding of the coil (left or right hand) does not affect the amount of the vibration and both will produce the same frequency and amplitude. But in a dual-wire heater, two coils of opposite handedness (one left, one right) can cancel magnetic fields and reduce vibration by 50-80%. For single coil heaters winding orientation has no detectable effect. For high power AC heaters (>5 kW, >480VAC) 또는 민감한 기기(NMR, MRI)의 히터는 자기 간섭과 진동을 최소화하기 위해 역권 이중 코일을 지정합니다.

코일에 자기장 생성
전류 I가 와이어 코일을 통과하면 코일은 코일 축을 따라 자기장 B=$mu_0 곱하기 n 곱하기 I$를 생성합니다. 여기서 n은 코일의 미터당 회전 수입니다. 구불구불한 방향을 바꾸면(오른손 법칙) B의 방향(북{4}}남)이 반대가 됩니다. 60Hz에서 전류는 정현파로 변합니다. 따라서 B는 60Hz에서 변합니다. 각 회전의 전류가 인접한 회전의 자기장과 상호 작용하기 때문에 자기장은 와이어 자체에 힘(로렌츠 힘)을 가합니다. 힘 밀도는 F=J × B입니다. 여기서 J는 전류 밀도입니다. 이 힘으로 인해 코일은 라인 주파수(120Hz)의 2에서 반경 방향으로 팽창 및 압축됩니다. 진동 진폭은 I2에 비례하고 와이어 강성과 반비례합니다. 왜냐면 |B| 동일하며, 왼손 및 오른손 와인딩의 크기는 동일합니다.

그러나 두 개의 병렬 가열 회로(동일한 코어에 있는 두 개의 코일)를 히터에서 반대 방향(왼쪽 하나, 오른쪽 하나)으로 감으면 자기장이 멀리서 상쇄됩니다. 순 외부 B 필드는 0에 가깝고 코일 간의 상호 작용력은 낮아집니다. 코일은 서로 끌어당기거나 밀어내지 않으므로 진동 진폭이 훨씬 줄어듭니다.

단일 코일과 이중 코일 진동 측정
히터 코일 구성 유형 50mm에서의 자기장(μT) 권선 방향 진동 진폭(μm, 120Hz에서)진동 고장 모드
단일 코일(3kW) 왼쪽 코일 1개-손 50-100 2-5 무시할 수 있음
단일 코일(3kW) 코일 1개 왼손 50–100 2–5 무시할 수 있음
단일 코일 (6kw)1 코일 왼손 150-250 10-20마모, 사소한, 수년 후 (
이중 코일(직렬, 6kW)같은 방향의 두 코일모두 250-400 25-40(코일 끌어당김) 프레팅, 절연 마모
코일 2개(6kw, 직렬) 코일 2개, 반대편 왼쪽 + 오른쪽 10-30(취소됨) 5-10(순 힘 없음)최소
듀얼 코일(6kW, 병렬) 코일 2개, 반대 왼쪽 + 오른쪽 5–15(0에 가깝습니다) 2–5 우수, 저진동
단일 코일(10kW) 코일 1개 모두 300-500 30-60 심각한 초조함, 조기 고장
방향이 중요한 이유(듀얼 코일에만 해당)
단일 코일의 자기장은 축 대칭입니다. 권선 감각에 관계없이 와이어는 방사상 압축력을 받습니다.

코일은 적극적으로 서로를 끌어당깁니다(반대 전류? 실제로 두 필드에서 동일한 방식으로 흐르는 전류와 직렬로 연결하면 코일이 서로 당기는 솔레노이드처럼 끌어당깁니다). 이 인력은 코일 지지대에 엄청난 기계적 응력을 발생시킵니다. 진동 진폭은 70-90% 감소합니다.

히터 선택에 대한 실제 고려 사항
와이어는 진동을 감쇠시키는 MgO 분말에 내장되어 있습니다. 이러한 배열은 또한 히터에서 방출되는 전자기 간섭(EMI)을 감소시킵니다.