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电阻点焊设备在电磁环境下的兼容性
作者：bearingpower 发表时间：2010-12-12
电阻点焊设备在电磁环境下的兼容性关键字：点焊设备 磁场的测量是由一台电容放电脉冲焊机和一台整流焊机来测试的。其磁通密度范围从20uT到最大700mT。而在日常生活中要面对这样数量级的情况非常少。根据推荐的电流，测量值是否超出界限取决于距离。因此，有必要研究电阻电焊设备在工作环境下对人体任何不利的影响。进一步，我们的目标是在进行电阻焊时将目前的方法转化成具体的信号形式。 简介 电阻焊需要超过300千安的的大电流，而操作人员将会暴露在这些焊机产生的低频磁场中。以前的研究仅仅涉及到电焊和气体保护弧焊设备产生的磁场。另一方面，在电阻焊领域，研究只针对了室内特定情况下的磁通密度，而没有提到诸如到焊点的距离、设备种类或者电流波形等具体界限条件。对磁场空间分布的研究还没有达到系统化和足够的程度。 由于整流器被作为电阻焊的电源匹配装置，其电流不是正弦波，设备开关的时候场梯度非常大。所以要根据计算低频磁场的一般方法来评估是很困难的。这是因为这些方法是被设计来只计算正弦信号的。 因此，就有了对电阻点焊机的磁场空间和与时间分布的数字式模拟方式。这样就有可能计算焊机磁场分布了。这个模型不仅仅要考虑次级电流的几何图形，还有电流种类，电流大小也需被考虑在内。这个模型可以被用来轻容易快速的评估安装好的焊机。 基本物理原理 一个电磁场包括两部分：由两个的不同放电体的势能差产生的电场，以及由电荷电载体以电流的形式运动产生的磁场。磁场大小与产生磁场的电流成比例，与电压大小无关。然而，以往的研究只是针对最后产生的磁场。由于电阻焊电压相对电感较低，由电子产生的电磁感应可以忽略。 磁场可以通过磁通密度（特斯拉，磁通单位T），或者通过磁场强度来描述（A/m）。两者都和电流幅度成比例。他们之间唯一的不同是常量u。 材料的导磁率： 磁场随时间变化会导致扭曲电场和涡流电（在导体中），例如，人体组织中。交互的电场产生涡流电，而涡流电以类似的形式跟随电场的轨迹。感应的电场与磁通密度一级时间求导数成比。以下是公式。这是与变位置相关的第二麦斯维尔等式，t代表时间，nA代表A区域的标准矢量。因此，以下的等式可以应用于简单的例子，比如，圆形半径为r和区域面积为A，那么通过的磁通密度就为B。因而电场和导体线圈中电流与时间相关的变化成比例。 人体的涡流密度是由电场和人体组织导电率决定的。涡流电流密度从身体中为零的中心点开始的增加，与到中心的距离成正比。图1展示的就是人体内的感应电场。如果电场沿身体轴线垂直地穿过（图1A），其穿过面积大概比电场平行穿过身体轴线的情况下大两倍（图1A）。感应的涡流电流密度也因此比上个情况下高两倍。而其他现实中的情况，诸如人体内电子传导率的不均匀性在图1的简化展示中并没有被考虑到。诸如神经、血液和其他体液等良导体的电流密度要比身体其他部位（皮肤、脂肪、或者骨骼）要大得多。（表1）人体组织内传导率不同，其带有各向异性，所以感应电场和涡流电流也被扭曲变形了。不仅因为这个原因，还因为人体的复杂几何形态，要以解析的方式计算人体的磁场分布几乎是不可能的。被证实的低频磁场的短期影响 光幻觉光幻觉造成对当时可再生最低感知临界值的影响。磁式光幻觉是光学亮度感知，不是由入射的光线造成的，而是由外部有效磁场造成的。光幻觉产生在从5到100赫兹的频率范围。最小的模拟阈值大约在20赫兹，并且磁通密度高于几千分之一特斯拉。 对外部神经和肌肉的影响低频电磁场会刺激诸如神经和肌肉细胞的人体组织。例如，兴奋的神经和肌肉细胞隔膜的离子传导性，取决于隔膜电势。隔膜电势的增加（外部刺激），由于钠离子，首先导致细胞隔膜导电率升高。离子游离在细胞内部，进一步增加了隔膜电势。如果超过了一定临界值（电势临界值），就会产生反应电势。在神经系统中，电激发是双向的。在肌肉这一环，先是提升，延迟过后收缩。如果没超过临界值，对其的刺激就不会传递。（所谓的要么全有要么全无原则）http://pagead2.googlesyndication.com/pagead/imgad?id=CLvZibCMoYiyEBDQAhiNAjIIuS03mOnFzlo刺激神经的决定性变量是细胞周围纤维空间（细胞外空间）的电压梯度变化，这可能由于以下的原因：神经电场空间变化，导致纤维弯曲，运动神经或者传感神经末梢死亡；要刺激一个直径为20um的髓鞘质细胞（例如部分的被绝缘层包裹），需要的感应电场最小临界值是6.2V/M。如果导电率为0.2S/m,相应的感应涡流密度就为1.24A/m2. 磁场的数字计算 由于磁通测量设备很大程度上取决于制造商和客户要求，所以磁通密度的度量学计算很困难，所以，出现了一种数学方法，来计算电阻点焊设备的磁场分布。 程序 使用CAD程序，我们把电流载荷的次级回路的几何图形以实体的形式表现出来了。在有限元算法（FEM）的帮助下，次级回路的麦斯维尔方程被解决了，焊机运行中产生的磁场也被建立了。 由于目前能解决麦斯维尔方程的程序只能单独处理低频的范围，因此只可能模拟正弦波磁场，焊机产生的信号必须按光谱比例分解。因为在启动焊机时释放的能量最大，正弦电流周期长度加上4倍焊接电流的上升时间被用来模拟。因此模拟信号的首个1/4波也符合启动时的上升电流。在这个计划的下一步，仍需评估出其他范围的频率，并将其整合到模拟中。上一篇：消失模铸件的缺陷与防治-变形
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