信息摘要：
聚四氟乙烯薄膜由于具有優(yōu)良的介電、機(jī)械和熱等性能，在絕緣領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，其在直接、工頻交流 和雷電沖擊脈沖等常規(guī)條件下的擊穿特性已經(jīng)得到深入研究。隨著脈沖功率技術(shù)的發(fā)展，納秒脈沖下的擊穿特性研究受到了國內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。近年來單次高壓納秒脈沖及低重復(fù)頻率的脈沖電源較常見，因此目前納秒脈沖下聚四氟乙烯薄膜擊穿特性的研究主要幾種在單詞納秒脈沖。重復(fù)頻率條件下氣體間隙的擊穿與單詞脈沖下的不同，擊穿不發(fā)生在施加第一個(gè)脈沖時(shí)，而是經(jīng)過幾個(gè)、幾十個(gè)或更多 的脈沖后才發(fā)生，擊穿需要承受一定的重復(fù)頻率耐受時(shí)間，目前對(duì)重復(fù)頻率快脈沖作用下聚四氟乙烯薄膜絕緣特性的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較少。隨著開關(guān)器件的革新，kHz量級(jí)的重復(fù)頻率納秒脈沖電源也逐漸出現(xiàn)，為探索高重復(fù)頻率納秒脈沖聚四氟乙烯薄膜的擊穿特性提供了可能。
聚四氟乙烯薄膜由于具有優(yōu)良的介電、機(jī)械和熱等性能，在絕緣領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，其在直接、工頻交流 和雷電沖擊脈沖等常規(guī)條件下的擊穿特性已經(jīng)得到深入研究。隨著脈沖功率技術(shù)的發(fā)展，納秒脈沖下的擊穿特性研究受到了國內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。近年來單次高壓納秒脈沖及低重復(fù)頻率的脈沖電源較常見，因此目前納秒脈沖下聚四氟乙烯薄膜擊穿特性的研究主要幾種在單詞納秒脈沖。重復(fù)頻率條件下氣體間隙的擊穿與單詞脈沖下的不同，擊穿不發(fā)生在施加第一個(gè)脈沖時(shí)，而是經(jīng)過幾個(gè)、幾十個(gè)或更多 的脈沖后才發(fā)生，擊穿需要承受一定的重復(fù)頻率耐受時(shí)間，目前對(duì)重復(fù)頻率快脈沖作用下聚四氟乙烯薄膜絕緣特性的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較少。隨著開關(guān)器件的革新，kHz量級(jí)的重復(fù)頻率納秒脈沖電源也逐漸出現(xiàn)，為探索高重復(fù)頻率納秒脈沖聚四氟乙烯薄膜的擊穿特性提供了可能。
實(shí)驗(yàn)裝置電氣電源采用輸出電壓范圍為0~300kV的重復(fù)頻率納秒脈沖電源SPG2000N，脈沖上升時(shí)間約 15ns，脈寬30~40ns，重復(fù)頻率1~1000Hz，輸出平均功率13kW，其開啟、關(guān)停及重復(fù)頻率的調(diào)節(jié)均通過觸 發(fā)脈沖控制器控制。實(shí)驗(yàn)中聚四氟乙烯薄膜試品擊穿后，通過關(guān)斷保護(hù)電路以輸出給觸發(fā)脈沖控制器關(guān) 斷信號(hào)來實(shí)現(xiàn)SPG2000N的關(guān)停。WR204Xi數(shù)字存儲(chǔ)示波器（帶寬2GHz，采樣率10GS/s）用來記錄擊穿電壓 和電流波形。TDS220示波器（帶寬100MHz，采樣率1GS/s）用來測(cè)量重復(fù)頻率耐受時(shí)間。兩根10cm長的雙 層同軸電纜連接示波器和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)用的計(jì)算機(jī)。實(shí)驗(yàn)時(shí)觸發(fā)脈沖控制器、示波器、關(guān)斷保護(hù)電路和計(jì)算 機(jī)均放置在屏蔽室內(nèi)。實(shí)驗(yàn)中采用半球（R10）-板電極系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，聚四氟乙烯薄膜浸泡在變壓器油 中。
實(shí)驗(yàn)時(shí)擊穿電壓通過附著在SPG2000N輸出處的耦合式電容分壓器測(cè)量，分壓比約為10000.擊穿電流通 過自積分羅氏線圈測(cè)量，其變比約為35mV/A。除了擊穿后自動(dòng)關(guān)停電源設(shè)備，關(guān)斷保護(hù)電路還將用來測(cè) 量聚四氟乙烯PTFE的重復(fù)頻率耐受時(shí)間。測(cè)量原理如下：當(dāng)觸發(fā)脈沖控制器輸出脈沖啟動(dòng)SPG2000N時(shí)， TDS220示波器的通道1開始同時(shí)記錄輸出的脈沖。當(dāng)一系列脈沖施加到聚四氟乙烯PTFE導(dǎo)致?lián)舸┖螅瑩舸?電壓和電流信號(hào)觸發(fā)WR204Xi示波器，產(chǎn)生一個(gè)脈寬20ms觸發(fā)反饋信號(hào)，由TDS220世博的通道2記錄，此 時(shí)TDS220示波器兩個(gè)通道信號(hào)的時(shí)間差即為實(shí)測(cè)的重復(fù)頻率耐受時(shí)間，測(cè)量系統(tǒng)從發(fā)出導(dǎo)致?lián)舸┑拿}沖 控制信號(hào)到示波器產(chǎn)生反饋信號(hào)需22μs。
通過對(duì)重復(fù)頻率納秒脈沖下聚四氟乙烯PTFE薄膜的擊穿特性的實(shí)驗(yàn)研究，測(cè)量并計(jì)算了電壓電流及重 復(fù)頻率耐受時(shí)間等參數(shù)，結(jié)果表明重復(fù)頻率納秒脈沖下聚四氟乙烯薄膜的擊穿場(chǎng)強(qiáng)為MV/cm量級(jí)。重復(fù)頻 率耐受時(shí)間在ms量級(jí)，表明了除了本征和電子崩擊穿模式以外，重復(fù)頻率納秒脈沖下熱積累效應(yīng)也是一 種重要的擊穿模式，同樣材料本身結(jié)構(gòu)的缺陷也會(huì)促進(jìn)聚四氟乙烯薄膜擊穿過程。研究了重復(fù)頻率和施 加場(chǎng)強(qiáng)對(duì)重復(fù)頻率耐受時(shí)間和施加脈沖個(gè)數(shù)的影響，結(jié)果表明重復(fù)頻率耐受時(shí)間隨施加場(chǎng)強(qiáng)和重復(fù)頻率 的增加而非線性減小，而施加脈沖個(gè)數(shù)隨施加場(chǎng)強(qiáng)的增加而非線性減少，但隨重復(fù)頻率的增加先增加后 趨于飽和或減少。此外，聚四氟乙烯薄膜本身性質(zhì)及油浸時(shí)間使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有分散性。
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