[科普中國(guó)]-脈沖電流

以周期重復(fù)出現(xiàn)的電流或電壓脈沖稱(chēng)為脈沖電流，它或是以同一方向出現(xiàn)，或是以正、負(fù)交替變換方向出現(xiàn)。通過(guò)整流從交流電中得到的脈沖電流也稱(chēng)為“脈動(dòng)直流電流”以及“脈動(dòng)直流電壓”。1

簡(jiǎn)介脈沖電流也叫脈動(dòng)電流，就是指方向不變而強(qiáng)度不斷變化的電流。嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，直流發(fā)電機(jī)所輸出的電流，就是脈動(dòng)電流。只不過(guò)達(dá)種電流強(qiáng)度變化的程度很小。2

脈沖電流也可以說(shuō)是單向（陰極）電流周期性地被一系列開(kāi)路（無(wú)電流通過(guò)）所中斷的電流。它與換向電流所不同的是不把鍍件作陽(yáng)極，而是間歇地停止供電，由于間歇中斷電流，陰極電位隨時(shí)間周期性地變化。其波形有方波、正弦波、三角波和鋸齒波等。3幾種脈沖電流如下圖所示：

脈沖電流的產(chǎn)生給一套并聯(lián)脈沖電容充電并以相同方式給測(cè)試物體放電（比如分流器或高容量電容熔絲放電），產(chǎn)生的雷電脈沖電流峰值可高達(dá)200000A，波形到達(dá)峰值的時(shí)間為8μs，在波尾到達(dá)50%值的時(shí)間為20μs。下圖表示其實(shí)際連接方式以及電容通過(guò)測(cè)試對(duì)象放電的等效電路。

在一些特殊測(cè)試中，將脈沖電流在波形的合適點(diǎn)處施加到工頻電壓上，電路如下圖所示。觸發(fā)間隙TG安排在50Hz波形的選擇點(diǎn)上進(jìn)行觸發(fā)。利用在合適的無(wú)并聯(lián)電感上的電壓降來(lái)測(cè)量脈沖電流和功率電流。工頻電壓可以通過(guò)電壓互感器（PT）進(jìn)行測(cè)量，而阻性電壓分壓器用在脈沖發(fā)生器側(cè)二極管VD的匕方來(lái)測(cè)量充電電壓。容性分壓器通過(guò)測(cè)試件的連接來(lái)測(cè)量脈沖電壓。電容器充電電壓的范圍在100～200kV。4

脈沖電流的測(cè)量脈沖電源對(duì)驅(qū)動(dòng)線(xiàn)圈放電過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生十幾千安甚至幾十千安的脈沖大電流。常用大電流測(cè)量方法有分流器法、光學(xué)法、霍爾效應(yīng)法及羅氏線(xiàn)圈法等。近年來(lái)，研究人員對(duì)電光法、磁光法等脈沖大電流測(cè)試新技術(shù)進(jìn)行了探索。這些方法在實(shí)際中也得到了一些應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)被測(cè)對(duì)象的介入性較小，但系統(tǒng)的復(fù)雜性大大增加，并且測(cè)試的可靠性取決于光學(xué)、電子學(xué)系統(tǒng)的實(shí)際性能，一般用于比較特殊的條件下，目前仍處在不斷地發(fā)展之中。

分流器法根據(jù)歐姆定律，把一個(gè)已知的純電阻放在被測(cè)電流的放電回路中，只要測(cè)得電阻上的電壓，就可以測(cè)得放電回路中的電流，這就是分流器法的測(cè)量原理。分流器法也叫無(wú)感電阻法，分流器是用于測(cè)量大電流的標(biāo)準(zhǔn)量具、它是一個(gè)低阻值和極低電感值的電阻器。它的阻值一般為0.1～10mΩ，能測(cè)量的電流范圍為幾千安到幾十千安。

光學(xué)法光電系統(tǒng)傳輸信號(hào)可以解決高壓測(cè)試系統(tǒng)絕緣及抗干擾兩大問(wèn)題。這種方法通常是利用磁光效應(yīng)，即法拉第效應(yīng)，偏振光的偏振角在脈沖電流的磁場(chǎng)中發(fā)生旋轉(zhuǎn)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)角推算出回路中的脈沖電流。當(dāng)線(xiàn)偏振光以與磁場(chǎng)平行的方向通過(guò)某些材料時(shí)，由于受磁場(chǎng)作用。偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)，測(cè)出這個(gè)旋轉(zhuǎn)角，即可得出欲測(cè)電流值。5

脈沖電流的應(yīng)用醫(yī)學(xué)方面脈沖電流通過(guò)毫針作用于人體組織，使組織中的離子濃度和分布發(fā)生顯著變化，從而影響了人體組織功能。低頻脈沖電流頻率快的叫密波（高頻），一般為50一100次/秒；頻率慢的叫疏波（低頻），一般為2—5次/秒。波形、頻率不同，治療作用也不同，應(yīng)根據(jù)病情選擇適當(dāng)?shù)牟ㄐ汀?/p>

密波：有抑制作用，能降低神經(jīng)應(yīng)激功能，常用于鎮(zhèn)靜止痛、緩解痙攣、針刺麻醉等。

疏波：興奮作用較明顯，能引起肌肉收縮，提高韌帶張力，對(duì)惑覺(jué)神經(jīng)、運(yùn)動(dòng)神經(jīng)的抑制發(fā)生較遲，常用于治療痿證、軟組織損傷等。

疏密波：硫波、密波自動(dòng)交替出現(xiàn)，持續(xù)時(shí)間各1.5秒。興奮效應(yīng)占優(yōu)勢(shì)，有止痛，促進(jìn)血循環(huán)及滲出物吸收等作用，常用于痛證、扭挫傷，關(guān)節(jié)周?chē)?，面癱、肌無(wú)力等。

斷續(xù)波：一種有節(jié)律地時(shí)斷對(duì)續(xù)的密波。能提高肌肉組織的興奮性，常用于治療癱瘓。

鋸齒波：是脈沖波幅按鋸齒形自動(dòng)改變的起伏波，頻率接近人體呼吸頻率，可用于人工電動(dòng)呼吸，并可提高神經(jīng)肌肉的興奮性，改善血液循環(huán)，促進(jìn)滲出物的吸收。6

焊接方面在熔化極氣體保護(hù)焊中，脈沖電弧通過(guò)專(zhuān)門(mén)的脈沖電源裝置向焊接回路提供了一個(gè)間歇的、周期性的、具有高峰值的脈沖電源，從而產(chǎn)生與該脈沖峰值電流的平方成正比的電磁力，同時(shí)也使等離子流力明顯增大。并周期性地把大的電流加在像短路電弧那樣小的維弧電流上去，使之實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制性的射流過(guò)渡。脈沖電流焊接還可以節(jié)約能源，由于脈沖電源獨(dú)特的裝置和基值電流以及峰值電流的應(yīng)用，就能對(duì)一些只能在短路電弧的低電流焊接的材料，實(shí)現(xiàn)射流過(guò)渡電弧狀態(tài)。如用脈沖焊接薄板，不但可以實(shí)現(xiàn)高速焊接，而且可得到質(zhì)量較好的焊縫，可靠件更高的焊接結(jié)構(gòu)。7

脈沖電流電解加工脈沖電流電解加工，按其加工電流的特征可以分為正弦波或矩形波、低頻(數(shù)十Hz)或高頻(kHz~數(shù)十kHz)、寬脈沖(ms~數(shù)十ins)、窄脈沖(數(shù)十斗s～數(shù)百斗s)及超短脈沖(BS級(jí))等類(lèi)型。按其進(jìn)給及供電的配合方式又可分為連續(xù)供給脈沖電流、連續(xù)進(jìn)給；周期供給脈沖電流、周期進(jìn)給；連續(xù)供給脈沖電流與脈沖同步振動(dòng)進(jìn)給三類(lèi)。

早期的脈沖電流電解加工以低頻、寬脈沖、周期供給脈沖電流，周期進(jìn)給或帶同步振動(dòng)進(jìn)給的模式為主。這種模式的加工工藝水平較傳統(tǒng)的直流電解加工有明顯的提高，得到了局部應(yīng)用。20世紀(jì)90年代又發(fā)展了連續(xù)供給高頻、窄脈沖電流，連續(xù)進(jìn)給的模式，在型面、型腔加工技術(shù)上有進(jìn)一步的突破，經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)研究及初步試生產(chǎn)應(yīng)用已顯示出了明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果及重要應(yīng)用前景。近年來(lái)又開(kāi)展了納秒級(jí)超短脈沖電解刻蝕加工技術(shù)研究，開(kāi)拓了新的微細(xì)電解加工研究方向。8

脈沖電流燒結(jié)脈沖電流燒結(jié)有時(shí)稱(chēng)之為“電火花燒結(jié)”或者“等離子活化燒結(jié)”，這是一種使電流速過(guò)試樣制備金屬、陶瓷和有機(jī)物的新方法。通過(guò)控制壓力、溫度和直流電脈沖能夠制備出多孔材料。脈沖電流燒結(jié)的燒結(jié)時(shí)間短、升溫快是制備多孔材料的兩大優(yōu)點(diǎn)。另外它還可以制備含有加熱易分解的介穩(wěn)材料和化合物等新型多孔材料。脈沖電流燒結(jié)的燒結(jié)機(jī)制目前還不太清楚，用該法制備的多孔材料的性能也沒(méi)有得到廣泛研究。9

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李雪梅 - 副教授 - 西南大學(xué)