Vaikuttaako lämmityslangan käämin suunta (vasen-käsi vs. oikea-käsikäämitys) magneettikenttään-AC-lämmittimien aiheuttamaan tärinään?

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, >480 VAC) tai herkkien instrumenttien lämmittimet (NMR, MRI) määrittävät vastakääritut kaksoiskelat magneettisten häiriöiden ja tärinän minimoimiseksi.

Magneettikentän luominen kelaan
Jos virta I johdetaan lankakelan läpi, kela tuottaa magneettikentän B=$mu_0 kertaa n kertaa I$ kelan akselia pitkin, missä n on kierrosten lukumäärä kelan metriä kohti. Jos vaihdat käämityssuunnan (oikea-käden sääntö), käännät B:n suunnan (pohjoinen-etelä). 60 Hz:llä virta vaihtelee sinimuotoisesti. Siten B vaihtelee 60 Hz:ssä. Kenttä kohdistaa voiman itse lankaan (Lorentz-voima), koska kunkin kierroksen virta on vuorovaikutuksessa sen viereisten kierrosten kentän kanssa. Voiman tiheys on F=J × B, missä J on virrantiheys. Tämä voima saa kelan laajenemaan ja puristumaan radiaalisesti linjataajuudella (120 Hz). Värähtelyamplitudi on verrannollinen I2:een ja kääntäen verrannollinen langan jäykkyyteen. Koska |B| on sama, suuruus on sama vasemmalla ja oikealla kädellä.

Mutta jos kelaat kaksi rinnakkaista lämmityspiiriä (kaksi kierukkaa samassa ytimessä) vastakkaisiin suuntiin (yksi vasemmalle, toinen oikealle) lämmittimessä, magneettikentät häviävät etäisyyden päästä. Nettoulkoinen B-kenttä on lähellä nollaa ja kelojen väliset vuorovaikutusvoimat pienenevät. Kelat eivät houkuttele/hylkää toisiaan, joten värähtelyamplitudi on paljon pienempi.

Yhden kelan vs. kahden kelan tärinämittaukset
Lämmittimen käämin tyyppi Magneettikenttä 50 mm:ssä (µT) Käämityksen suunta Värähtelyn amplitudi (µm, 120 Hz) Tärinän vikatila
Yksi käämi (3 kW) Yksi käämi vasen-käden 50-100 2-5 merkityksetön
Yksi käämi (3 kW) Yksi käämi Vasen 50–100 2–5 Merkittävä
yksikela (6kw)1 käämi Vasen käsi 150-250 10-20Harmaa, vähäinen, vuosien jälkeen (
Kaksoiskela (sarja, 6 kW)Kaksi käämiä samaan suuntaan Molemmat 250-400 25-40 (kelat vetävät puoleensa) Närästystä, eristeen kulumista
Kaksi käämiä (6 kw, sarja)Kaksi käämiä vastakkain Vasen + Oikea 10-30 (perutettu) 5-10 (ei nettovoimaa) Vähintään
Kaksoiskela (6 kW, rinnakkais) Kaksi käämiä, vastakkain Vasen + Oikea 5–15 (lähes nolla) 2–5 Erinomainen, alhainen tärinä
Yksi käämi (10 kW) Yksi käämi Mikä tahansa 300-500 30-60 Merkittävä häiriö, varhainen vika
Miksi suunta on tärkeä, vain kaksoiskelalle
Yhden kelan magneettikenttä on akselisymmetrinen. Lanka on säteittäisten puristusvoimien alainen käämitystavasta riippumatta.

Kelat vetävät aggressiivisesti toisiaan puoleensa (vastakkaiset virrat? Oikeastaan, jos ne on kytketty sarjaan ja virta kulkee samalla tavalla molemmissa kentissä, lisää ja kelat vetävät puoleensa kuin solenoidit vetäytyen yhteen). Tämä vetovoima aiheuttaa valtavan mekaanisen rasituksen kelan kannattimiin. Värähtelyn amplitudi pienenee 70-90 %.

Käytännön huomioita lämmittimen valinnassa
Lanka on upotettu MgO-jauheeseen, joka vaimentaa tärinää. Tämä järjestely vähentää myös lämmittimen säteilevää sähkömagneettista häiriötä (EMI).