第35卷第3期高电压技术V01．35NO．32009年3月HighVoltageEngineeringMar．2009·607·基于电声脉冲法的空间电荷测量装置刘君，吴广宁，周凯，周利军，曹开江(西南交通大学电气工程学院，成都610031)摘要：为了从微观角度分析绝缘材料老化和击穿的原因。研制了一套基于电声脉冲法(PEA)直接测量聚合物中空间电荷分布的试验装置。分析了电声脉冲法测量空间电荷的原理；设计了一种基于测试系传递甬数的陡脉冲(幅值600V，脉宽10ns)，以消除由系统硬件引起的过冲；讨论了各种干扰对测量结果的影响，设计了前置宽带高频小信号放大电路(增益34dB。带宽340MHz)和压电传感器。试验表明，该测量装置的分辨率町达到30pm，输出波形能直接反映试样中空间电荷分布，避免了复杂的数学处理，并以此装置实测了变频电机绝缘用聚酰亚胺膜中空间电荷的分布。关键词：电声脉冲法；空间电荷；陷阱；陡脉冲}变频电机；聚酰亚胺中图分类号：TM934．3文献标志码：A文章编号：1003-6520《2009)03-0607—06SpaceChargeMeasurementDeviceBasedonPEAMethodI．IUJan，WUGuang—ning，ZHoUKai，ZHOULi—iun，CA()Kai—jiang(SchoolofElectricalEngineering，SouthwestJiaotongUniversity，Chengdu610031，China)Abstract：Inordertomakethemicro-perspectiveofinsulatingmaterialsvariedwithagingprocesspossible，anappa—ratusthatcandirectlymeasurethespacechargedistributioninthepolymerinsulationmaterialsisdeveloped-whichisrealizedbythepulseelectro-acousticmethodIPEA)．Atfirst-theprincipleofthedirectmeasurementforPEAisanalyzed．Foreliminatingtheovershootpeakcausedbythehardware，anewvoltagewaveform(width。6ns；ampli—tude．600Vldesignedbasedontheimpulseresponseofthemeasurementsystem，isemployed．Theamplifier(gain34dB；bandwidth-340MHz)andthepiezoelectricdevicearedesignedtOmeasurethespacecharge。andsomeinflu·encingfactorisalsoconsidered．Theexperimentationsshowthatthespatialresolutionisabout30gm．Theoutputsignalcanshowthespacechargedistributiondirectly-withouttheneedtOconductdeconvotution．Andthespacechargedistributioninthepolymerinsulationusedininvertermotorsisalsopresentedattheendofthispaper．Keywords：pulseelectro-acousticmethod；spacecharge；trap；steeppulse；invertermotor；polyimide化和击穿机理[2’5]。引言经过20多年发展，电声脉冲法(PEA)已被广泛由于高速铁路带来的巨大经济效益和社会效应用于研究固体绝缘介质中空间电荷分布[6¨]。但益，当今世界各国正大力发展高速机车，尤其是在中是由于测试系统中压电传感器和其他电子设备频率国，高速动车的发展备受关注。高速动车是高速铁响应的局限性，输出的压力波信号存在过冲，为分析路发展的关键之一，而变频电机又是高速动车的动介质中空间电荷实际分布带来了极大影响。为消除力核心，研究变频电机很重要。变频电机绝缘主要过冲，恢复重建空间电荷波形，国内外进行了大量研采用绝缘性能、机械性能和热稳定性良好的聚酰亚究[10。13]。日本的TakashiMaeno等提出通过在放胺“]。在变频电机电源输出的连续高压脉冲作用大器和示波器之间增加相位补偿装置，以延迟信号下，电机绝缘的过早破坏，引起了国内外学者的广泛反射，达到消除过冲的目的，但降低了系统分辨关注[z．s3。研究表明，空间电荷是引起聚合物电老率¨0|。国内屠德民教授等提出通过建立复杂的衰化的～个重要因素，能直观反映聚合物电老化程度、减数学模型，对实测信号进行软件恢复[1引。对于通结构破坏、陷阱密度及其分布[4．5]。因此通过空间过系统传递函数来改进脉冲波形，实现空间电荷直电荷的测量，可以从微观角度来分析绝缘材料的老接测量国内还未见报道。针对以上问题，本文在总结国内外先进经验的基金资助项目：国家自然科学基金(50377035)；霍英东教育基基础上，研制了一套直接测量空间电荷的装置。其金(91060)；博士点基金(20050613008)。中关键技术是基于测试系统传递函数的陡脉冲发生ProjectSupportedbyNat...