Studio di fisica applicata dott. Giovanni Gavelli   

Ricerca e sviluppo – Consulenze industriali – Consulenze ambientali - HACCP

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Schermare i campi magnetici a frequenza industriale

(Busetto, Gavelli, Gambalunga)

 

 La nostra filosofia

 

La schermatura dei campi magnetici a frequenza industriale si può ottenere nel 99% dei casi con buoni risultati.  L’unico vero problema può risultare il costo dei materiali e la messa in opera in particolar modo su piani rialzati per ragioni strutturali. I materiali utilizzabili sono essenzialmente materiali ad altissima permeabilità magnetica o buoni conduttori o entrambi. In un contesto di rapporto beneficio/costo anche materiali comuni come il ferro e il rame possono essere utilizzati tranquillamente. Alcuni materiali come per esempio lo Skudoteck ( alta permeabilità magnetica) risultano molto costosi  ma possono essere molto utili in quei casi in cui le dimensioni dello schermo sono limitate ( quadri elettrici, cavi elettrici ). Per situazioni di dimensioni più elevate si utilizzano normalmente lastre di ferro o alluminio o rame anche di spessore dell’ordine dei millimetri. Le nostre prove di laboratorio su acciai speciali non hanno evidenziato vantaggi in relazione al costo rispetto a lastre comuni. Ovviamente per per ottenere una schermatura non è sufficiente posizionare una lastra di ferro o di rame da 5 mm ma occorre tenere presente alcune questioni.

 

·        I buoni conduttori (rame e in minor modo ferro) si comportano bene quando il vettore induzione magnetica è ortogonale allo schermo

·        I materiali ad alta permeabilità magnetica (Ferro e materiali appositamente costruiti) si comportano bene quando il vettore induzione magnetica è parallelo allo schermo.

·        In alcuni casi può essere conveniente alternare i due tipi di materiali

 

E’ necessario quindi in fase di progettazione studiare le componenti del campo per via numerica nelle condizioni volute. La nostra filosofia si basa quindi non tanto sulla caratterizzazione dei materiali ma sull’aspetto geometrico del campo in relazione allo schermo. Per informazioni non esitate a contattarci.

 

Proponiamo alcune verifiche sperimentali effettuate presso il nostro laboratorio

 

Sono state effettuate alcune prove con lastre di ferro di spessore pari a 1 e 1,5 millimetri e di alluminio di spessore 2 mm, per valori superiori i risultati sono certi.  La ricerca ha avuto lo scopo di determinare con una sufficiente precisione il comportamento di schermature  ovvero Eddy current cancellation o Shunt magnetico in funzione delle componenti del campo magnetico incidente. Per semplicità sperimentale si è utilizzata come sorgente un filo rettilineo di diametro 1 mm  percorso da una corrente pari a 0.43 A.  Le componenti sono state determinate tramite la geometria del sistema. Si è stimato un’incertezza pari al 10 % .

 

Apparato sperimentale

 

       

 

 

Valutazione lastra di ferro spessore 1mm

 

In questa serie di misure il sensore è stato posizionato di fronte al filo conduttore. In questa configurazione il vettore induzione magnetica è diretto esclusivamente lungo l’asse Y e quindi l’effetto schermante dovrebbe essere dovuto principalmente al flux shunting.

 

Distanza dal filo in centimetri

Altezza  in cm

Induzione magnetica senza schermo in nano Tesla

Induzione magnetica con schermo in nano Tesla

Attenuazione in decibel

Componente induzione magnetica x incidente sullo schermo (nT)

Componente induzione magnetica y incidente sullo schermo

(nT)

5

20

414

180

7

0

414

10

20

216

92

7

0

216

15

20

114

49

7

0

114

20

20

59

31

6

0

59

25

20

36

23

4

0

36

30

20

26

19

3

0

26

 

 

Lastra di alluminio spessa 2 mm

 

 

In questa serie di misure il sensore è stato posizionato sul piano origine del sistema ovvero a quota nulla. In questa configurazione il vettore induzione magnetica possiede entrambi le componenti e quindi l’effetto schermante dovrebbe dipendere dalle componenti del campo .

 

 

 

Distanza dal filo in centimetri

Altezza  in cm

Induzione magnetica senza schermo in nano Tesla

Induzione magnetica con schermo in nano Tesla

Attenuazione in decibel

Componente induzione magnetica x incidente sullo schermo (nT)

Componente induzione magnetica y incidente sullo schermo

(nT)

5

0

284

90

10

275

68

10

0

175

48

11

155

76

15

0

99

43

7

60

77

20

0

61

26

7

43

43

25

0

41

20

6

32

25

30

0

28

18

3,5

16

13

 

Osservazioni sui risultati sperimentali

 

 

  • Di grande importanza è la geometria della schermatura. Dalle tabelle si ricava che già alla distanza di 20 centimetri l’effetto schermante si riduce a causa delle dimensioni geometriche limitate dello schermo. Per ottenere una buona schermatura è necessario quindi bypassare le linee di isoinduzione con la schermatura completamente.
  • Per componenti del campo ortogonali allo schermo l’effetto eddy current è predominante e l’attenuazione per una lamiera di alluminio spessa 2 mm risulta  10 decibel e diminuisce con l’aumentare della distanza a causa della geometria.
  • Per componenti del campo tangenti allo schermo l’effetto flux shunting risulta predominante e l’attenuazione per una lamiera di ferro spessa 1,5 mm risulta 10 decibel.
  • Non si sono considerate le caratteristiche di permeabilità magnetica assumendo valori standard dei materiali utilizzati nelle prove.

 

Nota

Si declina ogni responsabilità per usi impropri del seguente lavoro.

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