聚酰亚胺薄膜具有优良的电气性能,在变频调速电机的绝缘系统中得到了广泛应用。空间电荷是导致绝缘介质老化的重要因素,然而方波电场极性反转过程时间在ns-μs级,这给直接检测方波电场下介质内部的空间电荷带来了困难。为实现方波电场下的空间电荷直接检测,本文分析了电声脉冲法检测系统中核心设备性能参数对方波电场下空间电荷检测的影响,并采用自动均分移相原理实现了方波电场下空间电荷的直接动态检测。通过对系统的参数优化,得到了上升沿时间在100μs-1000μs内可调节的方波电压。在此基础上测试了经250℃热处理后的试样在直流电场和不同上升沿时间的方波电场作用下的空间电荷分布,同时通过扫描电镜、宽频介电谱测试和击穿试验,分析比较了不同热处理的聚酰亚胺的电气性能参数,对聚酰亚胺内部的空间电荷形成机理做出了初步解释。利用自动均分移相原理可以实现方波电场下空间电荷检测的高分辨率要求,相位分辨率达1.79°。实际测试时通过减小保护电阻和耦合电容值的方法可以有效降低试样下承受电压波形的失真问题。未热处理的聚酰亚胺试样在直流电场下存在着双载流子注入的现象,且高场下存在深陷阱注入,短路过程中空间电荷消散很慢,存在长时间积聚的双极性空间电荷。场强10kV/mm的方波电场作用下聚酰亚胺的空间电荷主要来自于下电极铝板注入的同极性电荷,在电压极性反转的过程中可快速抽出,试样内部没有形成明显的空间电荷积累现象。扫描电镜和介电谱实验结果显示,热处理可能造成了聚酰亚胺分子链的断裂,影响了试样的表面形貌,并导致高频段介电常数的增大。击穿试验表明热处理没有显著的破坏聚酰亚胺的耐击穿性能,250℃的热应力影响不明显。热处理导致直流电场下来自上电极的正极性电荷注入减弱,短路过程中的空间电荷耗散速度随热处理时间加快。热处理对方波电场下的空间电荷分布影响不明显,试样内部的空间电荷分布特性基本与未处理的试样一致。上升沿时间在100μs-1000μs范围时,上升沿时间的长短基本不影响空间电荷的积累量和位置分布,在电压极性变换过程中空间电荷的极性基本随着下电极电压极性的变化而同时变化。