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研究

　　研究方向：聚酰亞胺薄膜因其優異的電氣性能，在變頻調速電機絕緣系統中得到廣泛應用。然而，方波電場極性反轉的快速過程（ns-μs級）給直接檢測介質內部空間電荷帶來挑戰。本文采用電聲脈沖法，通過優化系統參數，實現了方波電場下空間電荷的直接動態檢測，相位分辨率達1.79°，並降低了電壓波形失真。研究發現，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，影響表面形貌並增大高頻段介電常數，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範圍內對空間電荷積累量和位置分布基本無影響。

　　實驗目的：方波脈沖電場下聚酰亞胺空間電荷的直接檢測

　　測試設備：函數發生器，高壓放大器，高壓高頻脈沖源，分壓器，數字示波器，計算機

　　實驗過程：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，经高壓放大器后施加到待测试样上。高壓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，同时控制高壓高频脉冲源产生脉冲激励和触发数字示波器采集。高频高壓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。高壓脉冲经保护电容耦合到被测试样上，保护电容的最主要作用是防止高壓放大器输出传递到脉冲源测造成设备损坏。示波器采用具备大数据量保存功能的数字示波器，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。

　　圖1-1：實驗流程框圖

　　實驗結果：本文中方波電場頻率fa=50Hz，根據AEPS原理的特征方程，將脈沖激勵的頻率設置爲fp=2010Hz，則出現檢測相位重複的最少方波周期數Na爲5，該時間段內出現的脈沖數Np爲201，根據相位分辨率公式(2-4)可知相位分辨率Δ'約爲1.79°。通過圖可以更好的說明AEPS的測量原理。方波頻率爲50Hz，脈沖激勵頻率爲2010Hz，則在一個方波周期裏有2010/50=40.2個脈沖激勵，一個方波周期裏包含有40個不重複的脈沖激勵。假設第一個方波周期開始時脈沖在0°相位位置，那麽第41個脈沖信號對應的方波相位爲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在第二個方波周期裏，且與第一個周期裏的脈沖對應的相位都不重複。類似的第81個脈沖信號對應的相位爲5.37°，第121個脈沖信號對應的相位爲3.58°，第161個脈沖信號對應1相位

　　圖1-2：方波電場下AEPS采集示意圖

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　　圖：ATA-7100高壓放大器指標參數

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