實驗名稱：方波脈沖電場下聚酰亞胺空間電荷的直接檢測技術(shù)研究

　　研究方向：聚酰亞胺薄膜因其優(yōu)異的電氣性能，在變頻調(diào)速電機絕緣系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。然而，方波電場極性反轉(zhuǎn)的快速過程（ns-μs級）給直接檢測介質(zhì)內(nèi)部空間電荷帶來挑戰(zhàn)。本文采用電聲脈沖法，通過優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)，實現(xiàn)了方波電場下空間電荷的直接動態(tài)檢測，相位分辨率達1.79°，并降低了電壓波形失真。研究發(fā)現(xiàn)，未熱處理的聚酰亞胺在直流電場下存在雙載流子注入和深陷阱注入，導(dǎo)致空間電荷長時間積聚。而在方波電場下，空間電荷主要來自下電極鋁板注入的同極性電荷，電壓極性反轉(zhuǎn)時可快速抽出，無明顯積累。熱處理可能破壞聚酰亞胺分子鏈，影響表面形貌并增大高頻段介電常數(shù)，但對耐擊穿性能影響不明顯。熱處理減弱了直流電場下的正極性電荷注入，加速了空間電荷耗散，但對方波電場下的空間電荷分布影響有限。此外，上升沿時間在100μs-1000μs范圍內(nèi)對空間電荷積累量和位置分布基本無影響。

　　實驗?zāi)康模?/strong>方波脈沖電場下聚酰亞胺空間電荷的直接檢測

　　測試設(shè)備：函數(shù)發(fā)生器，高壓放大器，高壓高頻脈沖源，分壓器，數(shù)字示波器，計算機

　　實驗過程：輸出信號設(shè)置為方波波形時，頻率范圍為1μHz至50MHz，方波上升沿下降沿時間不超過5ns。雙通道函數(shù)發(fā)生器一路輸出頻率和幅值均可調(diào)的任意周期電壓信號，經(jīng)高壓放大器后施加到待測試樣上。高壓放大器最高輸出電壓為20kV,函數(shù)發(fā)生器另一路輸出周期性的TTL時間信號，同時控制高壓高頻脈沖源產(chǎn)生脈沖激勵和觸發(fā)數(shù)字示波器采集。高頻高壓脈沖源也為實驗室自主研發(fā)裝置，設(shè)置為在TTL上升沿時觸發(fā)，每次觸發(fā)輸出一個脈寬可調(diào)（5ns-20ns）的高頻脈沖激勵，脈沖幅值最大可達2.5kV，重復(fù)頻率最高為3kHz。高壓脈沖經(jīng)保護電容耦合到被測試樣上，保護電容的最主要作用是防止高壓放大器輸出傳遞到脈沖源測造成設(shè)備損壞。示波器采用具備大數(shù)據(jù)量保存功能的數(shù)字示波器，也采用TTL上升沿觸發(fā)，這樣就可保證每次脈沖激勵產(chǎn)生的空間電荷信號都能被保存下來。PEA電極系統(tǒng)是由實驗室自主研發(fā)搭建的系統(tǒng)，其中上電極材料為半導(dǎo)電，下電極采用鋁電極。PVDF壓電傳感器將電荷受激振動產(chǎn)生的聲信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺ㄟ^放大器傳送到示波器進行讀取和保存，示波器同時記錄該時刻施加到試樣上的電壓以便后期數(shù)據(jù)處理。

圖1-1：實驗流程框圖

　　實驗結(jié)果：本文中方波電場頻率fa=50Hz，根據(jù)AEPS原理的特征方程，將脈沖激勵的頻率設(shè)置為fp=2010Hz，則出現(xiàn)檢測相位重復(fù)的最少方波周期數(shù)Na為5，該時間段內(nèi)出現(xiàn)的脈沖數(shù)Np為201，根據(jù)相位分辨率公式(2-4)可知相位分辨率Δ'約為1.79°。通過圖可以更好的說明AEPS的測量原理。方波頻率為50Hz，脈沖激勵頻率為2010Hz，則在一個方波周期里有2010/50=40.2個脈沖激勵，一個方波周期里包含有40個不重復(fù)的脈沖激勵。假設(shè)第一個方波周期開始時脈沖在0°相位位置，那么第41個脈沖信號對應(yīng)的方波相位為41/2010*50*360=367.16°，也即7.16°。從41至80這四十個脈沖信號都對應(yīng)在第二個方波周期里，且與第一個周期里的脈沖對應(yīng)的相位都不重復(fù)。類似的第81個脈沖信號對應(yīng)的相位為5.37°，第121個脈沖信號對應(yīng)的相位為3.58°，第161個脈沖信號對應(yīng)1相位。

圖1-2：方波電場下AEPS采集示意圖

　　產(chǎn)品推薦：ATA-7100高壓放大器

圖：ATA-7100高壓放大器指標參數(shù)

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