非线性绝缘介质低频介电响应特性测试技术

论文摘要

非线性绝缘介质是指其电导率或（和）相对介电常数随电场变化而变化的绝缘介质。本文以研究非线性绝缘介质低频响应特性为背景,对低频电压激励下非线性绝缘介质测试方法及测试系统设计等问题进行了探讨,并开发了基于虚拟仪器的测试系统。论文首先对具有普遍意义的非线性绝缘电介质在交流电压作用下进行电路建模,推导出由电压控制型非线性电阻和电压控制型非线性电容组成的非线性电路在交流电压激励下的响应电流方程。对于低频下非线性绝缘介质的响应电流测试系统的硬件部分而言,设计了基于可编程任意波形发生器和Trek20/20C的高压线性放大器构成低频激励电压信号源;而后分别以DC-2型电子管和集成运算放大器ZF310K设计微电流放大器,并对两种微电流放大器的性能进行了比较分析。从性能来看,基于ZF310K微电流放大器的性能优于基于DC-2微电流放大器;同时设计了测试回路以及PC+DAQ模式的信号采集系统。软件部分则利用LabVIEW软件平台开发了集信号发生、同步采集、记录、滤波和波形发生等功能于一体的测试系统软件。本文所开发的硬件系统和软件系统组成一套非线性绝缘介质梯形波、三角波和正弦波激励下响应特性测试系统。最后,对整套测试系统进行了验证性实验,实验结果表明,该测试系统能满足非线性绝缘介质在低频电压激励下响应电流特性测试的要求。与此同时完成了对SiC颗粒掺杂的LLDPE片状试样以及电场应力控制片在梯形波激励下的响应电流的测试,并对测试结果进行了初步分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景、目的及意义
• 1.2 非线性电介质测试的国内外研究现状
• 1.2.1 ZnO 陶瓷材料介电特性测试
• 1.2.2 铁电薄膜材料I-V 特性的测量
• 1.2.3 热固性聚合物/无机填料复合材料电性能测试
• 1.2.4 基于电流比较仪的非线性绝缘介质测试系统
• 1.3 课题来源及主要研究内容
• 第2章 非线性介质的表征及测试系统介绍
• 2.1 均匀交变电场下非线性电介质表征
• 2.2 待测量和测试方法的确定
• 2.3 测试系统的整体结构
• 2.3.1 系统硬件的总体结构
• 2.3.2 系统软件的总体结构
• 2.4 本章小结
• 第3章 测试系统的硬件设计
• 3.1 测试主回路与信号采集系统硬件设计
• 3.1.1 测试主回路的设计
• 3.1.2 信号采集硬件部分的设计
• 3.2 测试系统高压电源部分的设计
• 3.2.1 可编程任意信号发生器的设计
• 3.2.2 线性高压放大器
• 3.3 微电流放大器的设计
• 3.3.1 基于静电计管DC-2 微电流放大器的设计
• 3.3.2 基于ZF310K 运算放大器微电流放大器的设计
• 3.3.3 对上述两种微电流放大器方案的比较分析
• 3.4 测试系统的电磁兼容性研究
• 3.5 测试主回路与信号采集系统误差分析
• 3.5.1 数据采集卡误差分析与校正
• 3.5.2 响应电流前向通道误差分析
• 3.5.3 激励电压测试通道误差分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 测试系统的软件设计
• 4.1 基于LabVIEW 平台的测试系统软件开发
• 4.1.1 LabVIEW 简介
• 4.1.2 数据采集软件部分的设计
• 4.1.3 虚拟信号发生器软件部分的设计
• 4.1.4 滤波和求导计算部分设计
• 4.1.5 数据分段处理模块的设计
• 4.2 本章小结
• 第5章 测试系统的验证及响应特性实测
• 5.1 测试系统响应电流测量准确性验证
• 5.2 线性绝缘介质与非线性绝缘介质低频响应特性实测
• 5.2.1 试样与电极系统的制备
• 5.2.2 低频响应特性实测
• 5.3 电场应力控制片在低频响应特性的测试
• 5.4 本章小结
• 结论
• 附录
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 致谢