[科普中国]-脉冲电流

以周期重复出现的电流或电压脉冲称为脉冲电流，它或是以同一方向出现，或是以正、负交替变换方向出现。通过整流从交流电中得到的脉冲电流也称为“脉动直流电流”以及“脉动直流电压”。1

简介脉冲电流也叫脉动电流，就是指方向不变而强度不断变化的电流。严格说来，直流发电机所输出的电流，就是脉动电流。只不过达种电流强度变化的程度很小。2

脉冲电流也可以说是单向（阴极）电流周期性地被一系列开路（无电流通过）所中断的电流。它与换向电流所不同的是不把镀件作阳极，而是间歇地停止供电，由于间歇中断电流，阴极电位随时间周期性地变化。其波形有方波、正弦波、三角波和锯齿波等。3几种脉冲电流如下图所示：

脉冲电流的产生给一套并联脉冲电容充电并以相同方式给测试物体放电（比如分流器或高容量电容熔丝放电），产生的雷电脉冲电流峰值可高达200000A，波形到达峰值的时间为8μs，在波尾到达50%值的时间为20μs。下图表示其实际连接方式以及电容通过测试对象放电的等效电路。

在一些特殊测试中，将脉冲电流在波形的合适点处施加到工频电压上，电路如下图所示。触发间隙TG安排在50Hz波形的选择点上进行触发。利用在合适的无并联电感上的电压降来测量脉冲电流和功率电流。工频电压可以通过电压互感器（PT）进行测量，而阻性电压分压器用在脉冲发生器侧二极管VD的匕方来测量充电电压。容性分压器通过测试件的连接来测量脉冲电压。电容器充电电压的范围在100～200kV。4

脉冲电流的测量脉冲电源对驱动线圈放电过程中，会产生十几千安甚至几十千安的脉冲大电流。常用大电流测量方法有分流器法、光学法、霍尔效应法及罗氏线圈法等。近年来，研究人员对电光法、磁光法等脉冲大电流测试新技术进行了探索。这些方法在实际中也得到了一些应用，其优点是对被测对象的介入性较小，但系统的复杂性大大增加，并且测试的可靠性取决于光学、电子学系统的实际性能，一般用于比较特殊的条件下，目前仍处在不断地发展之中。

分流器法根据欧姆定律，把一个已知的纯电阻放在被测电流的放电回路中，只要测得电阻上的电压，就可以测得放电回路中的电流，这就是分流器法的测量原理。分流器法也叫无感电阻法，分流器是用于测量大电流的标准量具、它是一个低阻值和极低电感值的电阻器。它的阻值一般为0.1～10mΩ，能测量的电流范围为几千安到几十千安。

光学法光电系统传输信号可以解决高压测试系统绝缘及抗干扰两大问题。这种方法通常是利用磁光效应，即法拉第效应，偏振光的偏振角在脉冲电流的磁场中发生旋转，通过旋转角推算出回路中的脉冲电流。当线偏振光以与磁场平行的方向通过某些材料时，由于受磁场作用。偏振面发生旋转，测出这个旋转角，即可得出欲测电流值。5

脉冲电流的应用医学方面脉冲电流通过毫针作用于人体组织，使组织中的离子浓度和分布发生显著变化，从而影响了人体组织功能。低频脉冲电流频率快的叫密波（高频），一般为50一100次/秒；频率慢的叫疏波（低频），一般为2—5次/秒。波形、频率不同，治疗作用也不同，应根据病情选择适当的波型。

密波：有抑制作用，能降低神经应激功能，常用于镇静止痛、缓解痉挛、针刺麻醉等。

疏波：兴奋作用较明显，能引起肌肉收缩，提高韧带张力，对惑觉神经、运动神经的抑制发生较迟，常用于治疗痿证、软组织损伤等。

疏密波：硫波、密波自动交替出现，持续时间各1.5秒。兴奋效应占优势，有止痛，促进血循环及渗出物吸收等作用，常用于痛证、扭挫伤，关节周围炎，面瘫、肌无力等。

断续波：一种有节律地时断对续的密波。能提高肌肉组织的兴奋性，常用于治疗瘫痪。

锯齿波：是脉冲波幅按锯齿形自动改变的起伏波，频率接近人体呼吸频率，可用于人工电动呼吸，并可提高神经肌肉的兴奋性，改善血液循环，促进渗出物的吸收。6

焊接方面在熔化极气体保护焊中，脉冲电弧通过专门的脉冲电源装置向焊接回路提供了一个间歇的、周期性的、具有高峰值的脉冲电源，从而产生与该脉冲峰值电流的平方成正比的电磁力，同时也使等离子流力明显增大。并周期性地把大的电流加在像短路电弧那样小的维弧电流上去，使之实现强制性的射流过渡。脉冲电流焊接还可以节约能源，由于脉冲电源独特的装置和基值电流以及峰值电流的应用，就能对一些只能在短路电弧的低电流焊接的材料，实现射流过渡电弧状态。如用脉冲焊接薄板，不但可以实现高速焊接，而且可得到质量较好的焊缝，可靠件更高的焊接结构。7

脉冲电流电解加工脉冲电流电解加工，按其加工电流的特征可以分为正弦波或矩形波、低频(数十Hz)或高频(kHz~数十kHz)、宽脉冲(ms~数十ins)、窄脉冲(数十斗s～数百斗s)及超短脉冲(BS级)等类型。按其进给及供电的配合方式又可分为连续供给脉冲电流、连续进给；周期供给脉冲电流、周期进给；连续供给脉冲电流与脉冲同步振动进给三类。

早期的脉冲电流电解加工以低频、宽脉冲、周期供给脉冲电流，周期进给或带同步振动进给的模式为主。这种模式的加工工艺水平较传统的直流电解加工有明显的提高，得到了局部应用。20世纪90年代又发展了连续供给高频、窄脉冲电流，连续进给的模式，在型面、型腔加工技术上有进一步的突破，经过大量试验研究及初步试生产应用已显示出了明显的技术经济效果及重要应用前景。近年来又开展了纳秒级超短脉冲电解刻蚀加工技术研究，开拓了新的微细电解加工研究方向。8

脉冲电流烧结脉冲电流烧结有时称之为“电火花烧结”或者“等离子活化烧结”，这是一种使电流速过试样制备金属、陶瓷和有机物的新方法。通过控制压力、温度和直流电脉冲能够制备出多孔材料。脉冲电流烧结的烧结时间短、升温快是制备多孔材料的两大优点。另外它还可以制备含有加热易分解的介稳材料和化合物等新型多孔材料。脉冲电流烧结的烧结机制目前还不太清楚，用该法制备的多孔材料的性能也没有得到广泛研究。9

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学