Ali usmerjenost tuljave grelne žice (levo-vs. desno-ročno navijanje) vpliva na-vibracije, ki jih povzroči magnetno polje v AC grelnikih?

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) ali grelniki v občutljivih instrumentih (NMR, MRI) določajo nasprotno navite dvojne tuljave za zmanjšanje magnetnih motenj in vibracij.

Ustvarjanje magnetnega polja v tuljavi
Če skozi žično tuljavo teče tok I, bo tuljava ustvarila magnetno polje B=$mu_0 krat n krat I$ vzdolž osi tuljave, kjer je n število ovojev na meter tuljave. Če obrnete smer vijuganja (pravilo desne-roke), potem obrnete smer B (sever-jug). Pri 60 Hz se tok spreminja sinusno. Tako se B spreminja pri 60 Hz. Polje deluje s silo na samo žico (Lorentzova sila), ker tok v vsakem zavoju deluje s poljem sosednjih zavojev. Gostota sile je F=J × B, kjer je J gostota toka. Zaradi te sile se tuljava radialno razširi in stisne pri 2 linijski frekvenci (120 Hz). Amplituda vibracij je sorazmerna z I2 in obratno sorazmerna s togostjo žice. Ker |B| enaka, je velikost enaka za levo in desno navijanje.

Toda če navijete dva vzporedna ogrevalna kroga (dve tuljavi na istem jedru) v nasprotnih smereh (eno levo, eno desno) v grelniku, se magnetna polja na daljavo izničijo. Neto zunanje polje B je blizu ničle in interakcijske sile med tuljavami so nižje. Tuljave se ne privlačijo/odbijajo, zato je amplituda vibracij precej zmanjšana.

Meritve vibracij z enojno tuljavo v primerjavi z dvojno tuljavo
Tip grelne tuljave Konfiguracija Magnetno polje pri 50 mm (µT) Usmerjenost navitja Amplituda tresljajev (µm, pri 120 Hz) Vibracija Način okvare
Enojna tuljava (3 kW) Ena tuljava levo-na strani 50-100 2-5 Zanemarljivo
Enojna tuljava (3 kW) Ena tuljava Leva stran 50–100 2–5 Zanemarljivo
ena tuljava (6kw)1 tuljava Leva stran 150-250 10-20Abrazija, manjša, po letih (
Dvojna tuljava (serija, 6 kW) Dve tuljavi v isti smeri Obe 250-400 25-40 (tuljavi se privlačita) Fretting, obraba izolacije
Dve tuljavi (6 kw, serijski) Dve tuljavi, nasproti levo + desno 10-30 (preklicano) 5-10 (brez neto sile) Najmanj
Dvojna tuljava (6 kW, vzporedno) Dve tuljavi, nasproti levo + desno 5–15 (skoraj nič) 2–5 Odlično, nizke vibracije
Enojna tuljava (10 kW) Ena tuljava Poljubno 300-500 30-60 Znatno draženje, zgodnja okvara
Zakaj je orientacija pomembna, samo za dvojne tuljave
Magnetno polje posamezne tuljave je osno simetrično. Žica je pod radialnimi tlačnimi silami, ne glede na smer navitja.

Tuljavi se medsebojno agresivno privlačita (nasprotni tokovi? Pravzaprav, če so povezani zaporedno s tokom, ki teče na enak način v obeh poljih, dodate in tuljavi se privlačita kot solenoidi, ki se vlečejo skupaj). Ta privlačnost povzroči ogromno mehansko obremenitev v nosilcih tuljav. Amplituda vibracij se zmanjša za 70-90%.

Praktični premisleki pri izbiri grelnika
Žica je vdelana v prah MgO, ki duši vibracije. Ta ureditev tudi zmanjša sevane elektromagnetne motnje (EMI) iz grelnika.