非线性绝缘电介质暂态介电特性响应的研究

摘要

非线性绝缘电介质是指其电导率和（或）介电常数等介电性能参数随外施电场和温度变化而变化的电介质。本文以非线性绝缘电介质在暂态激励下的介电特性的表征与测试为研究方向，对非线性绝缘电介质在暂态下的等效电路、不同控制类型的等效电路的仿真、等效电路中非线性元件表征参数的获取以及对典型非线性绝缘电介质试样的测量进行了探索性的研究。
　　首先，对非线性电介质在暂态激励下的等效电路模型进行了探索，明确了包含高频分量支路、直流稳态支路以及松弛极化支路的等效电路模型，确定了其中直流稳态分量支路和高频分量支路的非线性元器件采用常数项和电压的平方项的数学多项式的形式进行描述，松弛极化支路分量的非线性元器件采用常数项和电压的平方项以及电压对时间导数的平方项的数学多项式的形式进行描述。
　　其次，对于非线性电介质暂态激励下等效电路中松弛极化支路的非线性元件的控制类型进行探索，分别对激励电压控制型、松弛支路电流控制型和总电流控制型的等效电路在暂态阶跃电压激励下进行了仿真，得到了三种控制类型下的响应电流波形，结果表明三种控制类型下的响应电流波形相近，对于松弛支路的控制类型还需进一步的深入探索。
　　再次，对于电压控制型非线性绝缘电介质暂态等效电路模型在暂态阶跃激励电压下各个支路中非线性元件等效参数的获取方法进行了探索，确定了对于高频分量支路与直流稳态支路根据其响应电流数学表达式通过最小二乘拟合的方法来获取非线性元件等效参数，对于松弛极化支路根据最小二乘及指数拟合的方法获取松弛支路非线性元件的等效参数。并且对于相对较难的松弛支路等效参数获取的方法进行了仿真验证，结果表明该方法具有较高的精度，本文所采用的参数获取方法对于非线性绝缘电介质在暂态激励下各支路参数的获取提供了一种有效手段。
　　最后，对典型的非线性电介质试样进行了实际测量，运用物理解耦分段测试的思想采用两套测试系统进行测试，得到了不同幅值暂态阶跃激励电压下各个支路的响应电流波形，通过本文的参数获取方法得到了各个支路中非线性元件的等效参数。然后通过拟合得到的参数在不同幅值、不同频率三角波与梯形波激励下响应电流的理论计算波形与实际测试电流波形测试结果进行比较，计算结果与实测结果存在着较大的差异，否定了等效电路中松弛极化支路非线性元件的控制类型为电压控制型，但对于后续非线性电介质在暂态下等效电路的表征与参数的获取提供了思路与依据。

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第1章 绪 论

1.1课题研究背景、目的及意义

1.2交流稳态下非线性绝缘电介质的表征

1.3非线性绝缘电介质测试技术的国内外研究现状

1.4课题来源及主要研究内容

第2章 非线性绝缘电介质暂态等效电路的探索与仿真分析

2.1非线性绝缘电介质暂态等效电路的探索

2.2非线性绝缘电介质暂态等效电路的仿真与分析

2.3本章小结

第3章 暂态阶跃电压激励下等效电路的参数求解方法

3.1高频支路非线性元件参数的求解方法

3.2直流稳态支路非线性元件参数的求解方法

3.3松弛支路非线性元件参数的求解方法

3.4本章小结

第4章 验证性实验与结果分析

4.1测试系统的介绍

4.2实测结果与分析

4.3测试结果的验证性试验

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢