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随着脉冲功率技术在各个应用领域的不断深入和发展,窄脉冲下绝缘材料的可靠性问题日益凸显,聚合物电老化特性的研究逐渐得到人们的关注。目前,这方面的工作尚处于初步阶段。
课题搭建了新的纳秒脉冲电源平台,获得了良好的波形输出特性和频率范围可调节性。对窄脉冲下聚合物电树枝老化试验平台和实验方案进行合理的设计,确定了以步进法、多针电极系统为基础的电树枝引发试验方法,在保证可靠性与有效性的基础之上,提升了实验效率。
实验研究了纳秒脉冲下聚苯乙烯的电树枝老化特性。在负极性脉冲作用下,当脉冲频率在500Hz以下时,随着频率的增加,引发电压单调降低;500Hz至800Hz范围内,引发电压随频率的增加反而升高;800Hz至1200Hz范围内,引发电压再次呈现随频率增加而降低的趋势;频率超过1200Hz时,引发电压维持在稳定的范围内,不再随频率的变化而变化。在正极性脉冲下,电树枝引发电压随频率重复频率的增加而不断降低,在实验频率范围内,没有出现“转折”点。文章结合空间电荷理论、陷阱能级理论对实验现象进行了讨论和分析。通过电树枝生长试验发现,脉冲电压等级对电树枝生长速度有着较大的影响,等级越高,电树枝发展越迅速。脉冲频率则对树枝的形态变化有着一定的作用,低频率下的电树枝主要以枝状、松枝状的形式,沿着电场方向生长;高频率下,树枝容易发展为分裂状形态,向各个方向蔓延。
论文也介绍了不同样本老化前后的残余电荷测试实验,发现材料的空间电荷容纳能力在发生电树枝老化后产生变化,残余电荷量会随着去极化电压的升高而逐渐增大,这一数据的变化反映了材料的劣化过程。