更新时间：2022-08-25 15:54
大小和方向都做周期性迅速变化的电流，叫做振荡电流。是一种频率很高的交变电流，在振荡电路中产生。
振荡电流是一种交变电流，是一种频率很高的交变电流，它无法用线圈在磁场中转动产生，只能是由振荡电路产生。能产生振荡电流的电路叫振荡电路。其中最简单的振荡电路叫LC回路。
气体开关是脉冲功率系统的关键部件，广泛应用于Z箍缩、闪光照相和粒子束等领域。气体开关的火花通道电阻会消耗能量，影响开关能量传输效率和负载电压的上升时间。在直线变压器驱动源（LTD） 中，开关火花电阻会直接影响大型LTD加速器模块的性能。同时，火花通道电阻导致的能量沉积会造成严重电极烧蚀， 影响脉冲功率的稳定性和可靠性。因此，气体开关火花电阻的研究具有重要意义。
H.Akiyama研究了火花通道的电压－电流时变特性并通过求解回路方程的办法获得了μs级欠阻尼电流脉冲下的通道时变电阻。M.J.Kushner研究了不同气体和过电压倍数下激光触发间隙的通道电阻。T.P.Sorensen研究了负载电压上升时间随开关火花电阻的变化规律。但研究主要针对单极性脉冲，而脉冲功率系统中，为了获得较高的能量传输速度，开关常工作于欠阻尼或匹配状态，电流脉冲为衰减振荡波，此种情况下通道电阻的研究还存在不足。一般，通过火花通道电压和电流波形测量，利用通道电压阻性分量除以电流即可得到火花电阻，但衰减振荡电流作用下，火花电阻的测量面临新的问题，电流周期性的过零，导致电流过零点附件出现除零错误，测量得到的通道电压波形不可避免包含了电极上的压降，在ns级快脉冲放电中，引起的误差更为显著。因此，衰减振荡电流下的火花电阻特性的测量仍有待进一步探索。
放电通道等离子体中，电子具有最大的荷质比，最容易在电场中被加速而获得能量，因此通道导电性主要取决于电子温度和密度。普遍认为，火花放电通道满足局部热平衡（LTE） 条件，此时，电子温度和电子密度可根据通道发射光谱信息计算得到。
电学计算结果在电流过零前后产生明显畸变，不符合物理规律，而在电流峰值前后的电学计算结果较准确，通道电阻基本维持不变。光谱分析结果在整个电流周期中离散地从微观角度得到火花通道电阻，两种方法得到的火花电阻时变趋势基本一致。随着放电发展，火花通道电阻从绝缘状态迅速跌落至低阻状态，随后逐渐降低，在200～300ns后达到稳定值，随后基本保持不变。当气压为10kPa，间隙距离5mm，电流幅值7kA时，电阻稳定值为0.1Ω。3～100kPa范围内，随着气压增大，通道半径减小，通道电阻增大。
利用光谱诊断的方法对衰减振荡电流下火花电阻进行研究，结果表明：氮气间隙中，火花放电通道电子温度起始约5eV，随后逐渐降低并稳定在2～3eV，电子密度和通道电导率均先增大后减小，电导率维持在104S量级；在衰减振荡电流作用下，随着放电发展，火花通道电阻从绝缘状态迅速跌落至低阻状态，随后逐渐降低，在200～300ns后达到稳定值，通道电阻随时间的变化规律与电学计算结果相吻合。在3～100kPa范围内，随着气压增大，通道半径减小，通道电阻增大。
随着电流脉冲（ECP）技术以及材料处理工艺的不断发展，ECP作为一种新的材料处理工艺，能够改变材料的微观结构，改善材料的力学性能，在材料加工领域得到了广泛应用，例如用电流脉冲辅助金属工件切割、拉丝、滚轧、调控残余应力等。此外，在电流脉冲技术中，要设计合理的导体工件，用来接通电流脉冲发生装置和所要施加的设备。为了确定这些工件的导电效率和安全系数，需要研究ECP在导体内的分布情况。
研究ECP提高材料性能的工艺以及设计传导电流脉冲的工件，都需要研究ECP通过时的电流、电场、磁场等物理量的分布情况。在材料处理中，通常采用电容放电的方法产生高能振荡电流脉冲，改变材料性能或微观结构。电容产生的振荡衰减电流脉冲通过材料时发生趋肤效应，Troitskii等在研究圆形截面金属导体的“电致塑性”现象中发现趋肤效应的存在，Molotskii等研究了圆形截面电流分布的趋肤效应。在许多情况下，工件的横截面是矩形的，例如，宋辉研 究ECP对钛合金板材组织和性能的影响，Cai等研究电流脉冲对残余应力影响时采用的板状试样。接通电流脉冲的导体工件通常采用矩形截面，便于接通紧固。对于矩形截面工件，求解较复杂，研究文献较少，本文分析矩形横截面导体内衰减振荡电流脉冲通过时电流、电场、磁场、能量以及Maxwell应力张量的分布情况。
电容放电回路分析
ECP通常利用电容放电产生。根据ECP的基本回路，分析ECP的振荡衰减变化情况，并根据测量的通过金属工件的电流，拟合出ECP变化的表达式。根据Maxwell方程组以及本构关系，求解出电流脉冲密度、电场强度、磁感应强度、能量和Maxwell应力张量在工件横截面的分布函数。
采用高压电容器进行储能放电产生ECP。将电容放电回路等效成图1（a）所示的电路。图中，K为开关，C为电容，U0为电容器充电电压，R为放电回路的总电阻，L为放电回路的总电感，i为回路电流。如图1（a）所示为RLC二阶串联电路。
实验验证
为了验证电流脉冲趋肤效应的存在， 对上述45碳钢试样淬火后，采用图1（b）所示的电流脉冲，每4s对试样施加一次，处理时间为40min。对45碳钢试样淬火处理的目的是使碳原子以过饱和状态均匀地溶于铁素体内。淬火工艺如下：850℃下保温3min，完全奥氏体化，室温下水淬。采用JEOL-JSM6700扫描显微镜附带的电子探针能谱仪（EDS）分析横截面碳原子分布情况。在电流脉冲处理前、后，横截面沿OA线段不同深度a、b（z=0.05、0.45mm）两处碳原子相对含量分布如图2所示。
由图2看出，刚淬火后的碳钢试样，碳原子在横截面均匀分布；在电流脉冲处理后，表面区（z=0.05mm）碳原子发生了较严重的偏聚现象，内部没有发生明显的偏聚现象。电流能够促进间隙碳原子的扩散，产生偏聚现象。实验结果表明，电流脉冲对试样表面处碳原子偏聚现象的作用明显大于心部，因此表面处的电流密度大于心部，表明趋肤效应的存在。
研究结论
（1）给出振荡衰减电流脉冲通过矩形截面工件时，电场强度、电流密度、磁感应强度、电磁能密度和Maxwell应力张量随时间和空间变化的解析解。
（2）电场强度、电流密度、电磁能密度和 Maxwell应力张量主要分布在距离表面深度不大于趋肤深度d的表层区域，并且表面处数值远远大于心部；矩形截面工件的磁感应强度By主要分布在试样的上下表面，Bz集中分布于试样的棱边区域，物理量的分布存在明显的趋肤效应。
（3）电流脉冲对淬火碳钢试样矩形横截面的碳原子的偏聚作用不同，对表面处碳原子偏聚的影响远大于心部，证实了振荡衰减电流脉冲趋肤效应的存在。