Utječe li orijentacija namotaja žice za grijanje (lijevo-namotavanje desno-) na vibracije izazvane magnetnim poljem-u grijačima na izmjeničnu struju?

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) ili grijači u osjetljivim instrumentima (NMR, MRI) specificiraju dvostruke namotane zavojnice kako bi se smanjile magnetne smetnje i vibracije.

Stvaranje magnetnog polja u zavojnici
Ako struja I prođe kroz zavojnicu žice, zavojnica će proizvesti magnetsko polje B=$mu_0 puta n puta I$ duž ose zavojnice, gdje je n broj zavoja po metru zavojnice. Ako obrnete smjer vijuga (pravilo desno{3}}), onda obrnete smjer B (sjever-jug). Na 60 Hz struja varira sinusno. Tako B varira na 60 Hz. Polje djeluje silom na samu žicu (Lorentzova sila) jer struja u svakom zavoju stupa u interakciju s poljem susjednih zavoja. Gustoća sile je F=J × B gdje je J gustina struje. Ova sila čini da se zavojnica širi i radijalno komprimira na frekvenciji linije 2 (120 Hz). Amplituda vibracija je proporcionalna I2 i obrnuto povezana sa krutošću žice. Jer |B| je ista, veličina je ista za lijevo i desno navijanje.

Ali ako namotate dva paralelna kruga grijanja (dva namotaja na istoj jezgri) u suprotnim smjerovima (jedan lijevo, jedan desno) u grijaču, magnetna polja se poništavaju na daljinu. Neto vanjsko B polje je blizu nule i sile interakcije između zavojnica su smanjene. Zavojnice se međusobno ne privlače/odbijaju, pa je amplituda vibracije znatno smanjena.

Mjerenja vibracija s jednom zavojnicom u odnosu na dvostruku zavojnicu
Tip konfiguracije zavojnice grijača Magnetno polje na 50 mm (µT) Orijentacija namotaja Amplituda vibracije (µm, na 120 Hz) Vibracijski način kvara
Jedan kalem (3 kW) Jedan kalem lijevo-ruka 50-100 2-5 Zanemarljivo
Jedan kalem (3 kW) Jedan zavojnica Lijeva 50–100 2–5 Zanemarljivo
jedan kalem (6kw)1 zavojnica Lijeva ruka 150-250 10-20Abrazija, manja, nakon godina (
Dvostruki namotaj (serija, 6 kW)Dva namotaja u istom smjeru Oba 250-400 25-40 (namotaji privlače) Nagrizanje, trošenje izolacije
Dva namotaja (6 kw, serijski)Dva namotaja, nasuprot lijevo + desno 10-30 (otkazano) 5-10 (bez neto sile) Najmanje
Dvostruki namotaj (6 kW, paralelno) Dva namotaja, suprotstavljeni lijevo + desno 5–15 (blizu nule) 2–5 Odlično, niske vibracije
Jedan kalem (10 kW) Jedan kalem Bilo koji 300-500 30-60 Značajno uznemirenje, rani kvar
Zašto je orijentacija važna, samo za dvostruke zavojnice
Magnetno polje jedne zavojnice je osi simetrično. Žica je pod radijalnim silama pritiska, bez obzira na smisao namotaja.

Zavojnice agresivno privlače jedni druge (suprotne struje? Zapravo ako su spojene u seriju sa strujom koja teče na isti način u oba polja dodaju se i zavojnice se privlače kao solenoidi koji se povlače zajedno). Ova privlačnost proizvodi ogroman mehanički stres u nosačima zavojnice. Amplituda vibracija se smanjuje za 70-90%.

Praktična razmatranja za odabir grijača
Žica je ugrađena u prah MgO koji prigušuje vibracije. Ovaj raspored također smanjuje izračene elektromagnetne smetnje (EMI) od grijača.