实验名称：方波脉冲电场下聚酰亚胺空间电荷的直接检测技术研究

　　研究方向：聚酰亚胺薄膜因其优异的电气性能，在变频调速电机绝缘系统中得到广泛应用。然而，方波电场极性反转的快速过程（ns-μs级）给直接检测介质内部空间电荷带来挑战。本文采用电声脉冲法，通过优化系统参数，实现了方波电场下空间电荷的直接动态检测，相位分辨率达1.79°，并降低了电压波形失真。研究发现，未热处理的聚酰亚胺在直流电场下存在双载流子注入和深陷阱注入，导致空间电荷长时间积聚。而在方波电场下，空间电荷主要来自下电极铝板注入的同极性电荷，电压极性反转时可快速抽出，无明显积累。热处理可能破坏聚酰亚胺分子链，影响表面形貌并增大高频段介电常数，但对耐击穿性能影响不明显。热处理减弱了直流电场下的正极性电荷注入，加速了空间电荷耗散，但对方波电场下的空间电荷分布影响有限。此外，上升沿时间在100μs-1000μs范围内对空间电荷积累量和位置分布基本无影响。

　　实验目的：方波脉冲电场下聚酰亚胺空间电荷的直接检测

　　测试设备：函数发生器，高压放大器，高压高频脉冲源，分压器，数字示波器，计算机

　　实验过程：输出信号设置为方波波形时，频率范围为1μHz至50MHz，方波上升沿下降沿时间不超过5ns。双通道函数发生器一路输出频率和幅值均可调的任意周期电压信号，经高压放大器后施加到待测试样上。高压放大器最高输出电压为20kV,函数发生器另一路输出周期性的TTL时间信号，同时控制高压高频脉冲源产生脉冲激励和触发数字示波器采集。高频高压脉冲源也为实验室自主研发装置，设置为在TTL上升沿时触发，每次触发输出一个脉宽可调（5ns-20ns）的高频脉冲激励，脉冲幅值最大可达2.5kV，重复频率最高为3kHz。高压脉冲经保护电容耦合到被测试样上，?；さ缛莸淖钪饕饔檬欠乐垢哐狗糯笃魇涑龃莸铰龀逶床庠斐缮璞杆鸹怠Ｊ静ㄆ鞑捎镁弑复笫萘勘４婀δ艿氖质静ㄆ?，也采用TTL上升沿触发，这样就可保证每次脉冲激励产生的空间电荷信号都能被保存下来。PEA电极系统是由实验室自主研发搭建的系统，其中上电极材料为半导电，下电极采用铝电极。PVDF压电传感器将电荷受激振动产生的声信号转变为电信号，通过放大器传送到示波器进行读取和保存，示波器同时记录该时刻施加到试样上的电压以便后期数据处理。

图1-1：实验流程框图

　　实验结果：本文中方波电场频率fa=50Hz，根据AEPS原理的特征方程，将脉冲激励的频率设置为fp=2010Hz，则出现检测相位重复的最少方波周期数Na为5，该时间段内出现的脉冲数Np为201，根据相位分辨率公式(2-4)可知相位分辨率Δ'约为1.79°。通过图可以更好的说明AEPS的测量原理。方波频率为50Hz，脉冲激励频率为2010Hz，则在一个方波周期里有2010/50=40.2个脉冲激励，一个方波周期里包含有40个不重复的脉冲激励。假设第一个方波周期开始时脉冲在0°相位位置，那么第41个脉冲信号对应的方波相位为41/2010*50*360=367.16°，也即7.16°。从41至80这四十个脉冲信号都对应在第二个方波周期里，且与第一个周期里的脉冲对应的相位都不重复。类似的第81个脉冲信号对应的相位为5.37°，第121个脉冲信号对应的相位为3.58°，第161个脉冲信号对应1相位。

图1-2：方波电场下AEPS采集示意图

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图：ATA-7100高压放大器指标参数

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