一种基于极化电流时域谱的绝缘电介质稳态松弛极化率测量原理制造技术

本发明专利技术公开一种基于极化电流时域谱的绝缘电介质稳态松弛极化率的测量原理，属于绝缘电介质的介电参数测量领域，主要解决现有绝缘电介质稳态松弛极化率测量方法效率低、误差大的技术问题。本发明专利技术基本原理：在直流电压作用下测试并记录绝缘电介质的极化电流时域谱，基于普适松弛极化定律(I

【技术实现步骤摘要】
一种基于极化电流时域谱的绝缘电介质稳态松弛极化率测量原理
本专利技术涉及绝缘电介质的介电参数领域，特别是涉及一种基于极化电流时域谱的绝缘电介质稳态松弛极化率测量原理。
技术介绍
绝缘电介质的极化率(χ)是表征绝缘电介质特性的基本参数之一。电介质物理学对于特定的绝缘电介质(满足单一德拜松弛极化机理)建立了给定频率下绝缘电介质极化率(χ)与静态极化率(χs)、无穷高频极化率(χ∞)和频率(f)三者之间函数关系。静态极化率(χs)是直流电场作用下极化充分建立后的外在体现，是瞬时位移极化和所有松弛极化的总和。理论上对于特定的绝缘电介质而言，在已知其无穷高频极化率(χ∞)和静态极化率(χs)条件下就可以计算任意给定频率下的极化率(χ)。稳态松弛极化率(χrs)可定义为静态极化率(χs)与高频极化率(χ∞)之差，在不同应用场合下，对稳态松弛极化率的要求也不同。当电介质用于储能元件如电容器时，要求稳态松弛极化率要大，使得单位体积中储存的能量更多。当电介质用于绝缘体时，要求稳态松弛极化率要小，以减少流过的电容电流。为了检验评定电工设备、元件的性能，选择合适的材料，必须对电介质的稳态松弛极化率进行测量。因此实现稳态松弛极化率(χrs)的测量和推测具有重要的理论意义和工程意义。通常稳态松弛极化率(χrs)可以通过宽带介电谱仪等设备获得。如采用诸如NovocontrolConcept80型宽频介电谱仪测试电介质介电谱可获取频率为10-3Hz-107Hz范围内的极化率，将频率为10-3Hz的极化率与107Hz下的极化率之差作为稳态松弛极化率(χrs)。但是频率为10-3Hz下的极化率与静态极化率(χs)存在一定的偏差，导致获取的稳态松弛极化率不准确。理论上讲，延长测试时间可以获取更低频率下的极化率，得到结果更接近于静态极化率(χs)。但是单纯延长测试时间无法从根本上解决问题，原因在于真正的稳态是永远达不到的。另外单纯延长测试时间会带来效率低的问题。因此急需一种有效的测试方法在较短时间内实现绝缘电介质稳态松弛极化率(χrs)的高精度推测和测量。专利技术专利内容针对现有电介质稳态松弛极化率测量方法的以上缺陷，本专利技术提出一种基于极化电流时域谱的稳态松弛极化率(χrs)的测量原理，不仅能够简单、方便、准确地获得电介质的稳态松弛极化率，解决了绝缘电介质稳态松弛极化率获取效率低的技术问题，且容易实现较高电场下的稳态松弛极化率的测量。上述目的通过以下技术方案实现：一种基于极化电流时域谱的绝缘电介质稳态松弛极化率的测量原理，其特征在于，在时域空间对极化吸收电流Ip(t)进行积分得到有限时间段的松弛极化强度Pr(t)，而后采用三个指数与常数项之和的饱和型函数对松弛极化强度Pr(t)最小二乘拟合，通过拟合理论推测出松弛极化强度稳态值Prmax，从而准确获得稳态松弛极化率χrs。进一步地，采用普适松弛极化定律(Ip(t)＝At-n)和扩展德拜模型分别进行最小二乘拟合，以拟合效果确定松弛极化吸收电流拟合函数形式Ip(t)。本专利技术相对于现有技术具有以下有益效果：本专利技术提供了一种绝缘电介质稳态松弛极化率的测量原理，基于普适松弛极化定律对极化电流时域谱最小二乘拟合得到极化吸收电流，从而获取松弛极化强度。并通过对松弛极化强度的最小二乘拟合来获取松弛极化强度稳态值，利用松弛极化强度稳态值和直流电场结果，实现绝缘电介质在对应激励电场下稳态松弛极化率χrs的测量。本专利技术不仅能够简单、方便、准确地获得电介质的稳态松弛极化率，解决了绝缘电介质稳态松弛极化率获取效率低的技术问题。附图说明图1是线性绝缘电介质极化电流测试系统示意图；图2是实例中线性绝缘电介质的响应电流密度实测和普适松弛极化模型拟合结果；图3是实例中线性绝缘电介质的响应电流密度实测和扩展德拜模型拟合结果；图4是实例中线性绝缘电介质的松弛极化强度的实测和拟合结果；附图标记：1-直流高压电源；2-开关；3-高压电极；4-被测绝缘电介质；5-测量电极；6-保护电极；7-静电计；8-计算机通讯线。具体实施方式下面结合实施方式和实施例对本专利技术做详细说明。应该强调的是，所述内容是对本专利技术的解释而不是限定。具体实施方式一一种基于极化电流时域谱的绝缘电介质稳态松弛极化率的测量原理，具体地，在时域空间对极化吸收电流Ip(t)进行积分得到有限时间段的松弛极化强度Pr(t)，而后采用三个指数与常数项之和的饱和型函数对松弛极化强度Pr(t)最小二乘拟合，通过拟合理论推测出松弛极化强度稳态值Prmax，从而准确获得稳态松弛极化率χrs。具体实施方式二在具体实施方式一的基础上，具体地，采用普适松弛极化模型(Ip(t)＝At-n)和扩展德拜模型分别进行最小二乘拟合，以拟合效果确定松弛极化吸收电流拟合函数形式Ip(t)。具体实施方式三在具体实施方式一的基础上，具体地，所述松弛极化强度Pr(t)的计算公式为具体地，所述Pr(t)的计算公式中t1为极化电流测试时间，S为电极面积，Prd0为初始松弛极化强度。具体实施方式四在具体实施方式二的基础上，具体地，所述电流拟合公式分别为I(t)＝At-n+Idc具体地，所述电流拟合公式包括松弛极化分量Ip(t)和直流分量Idc，普适松弛极化模型中的松弛极化分量Ip(t)与常数A、n和时间t密切相关，扩展德拜模型与系数Ai和松弛时间常数τi密切相关，直流分量Idc与时间t无关。具体实施方式五在具体实施方式二和具体实施方式四的基础上，具体地，为获取松弛极化强度稳态值Prmax，选取的拟合函数为Pr(t)＝Prmax-Prmax1exp(-t/τ1)-Prmax2exp(-t/τ2)-Prmax3exp(-t/τ3)所述拟合公式中参数Prmax、Prmax1、Prmax2和Prmax3分别为常数，参数τ1、τ2和τ3分别为松弛时间常数。由公式可知，Prmax＝Prmax1+Prmax2+Prmax3，当t＝0时，松弛极化强度Pr(0)＝0；当t→∞时，松弛极化强度Pr(∞)＝Prmax。具体实施方式六在具体实施方式一和具体实施方式五的基础上，具体地，所述计算绝缘电介质稳态松弛极化率χrs的计算公式为实施例本实施例的绝缘电介质为10wt％碳化硅/聚乙烯复合绝缘介质，电极面积S＝2122.64mm2，厚度d＝0.2mm，采用图1所示测试系统对被测绝缘电介质施加1kV的直流高压，静电计型号为吉时利6517B，测试时间t为0～7200s，测试电流I(t)随时间t的变化曲线如图2所示。采用普适松弛极化模型对响应电流拟合获得的拟合电流结果如图2所示，本实施例得到的拟合参数分别为A＝1001.53pA，n＝-0.99，相关系数R-square为0.35966；采用扩展德拜模型对电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于极化电流时域谱的绝缘电介质稳态松弛极化率的测量原理，其特征在于，在时域空间对极化吸收电流I

【技术特征摘要】
1.一种基于极化电流时域谱的绝缘电介质稳态松弛极化率的测量原理，其特征在于，在时域空间对极化吸收电流Ip(t)进行积分得到有限时间段的松弛极化强度Pr(t)，而后采用三个指数与常数项之和的饱和型函数对松弛极化强度Pr(t)最小二乘...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭文敏，索长友，李忠华，陈宇，郑欢，韩永森，孙云龙，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23