Линейный или нелинейный конденсатор с дополнительным допуском, операционными пределами и поведением отказа
Simscape / Электрический / Пассивный
Блок Capacitor позволяет вам образцовые линейные и нелинейные (основанные на таблице) конденсаторы, включая полярные конденсаторы. Опционально, можно также смоделировать следующие эффекты:
Можно включить и выключить эти опции моделирования друг независимо от друга. Когда все дополнительные опции выключены, поведение компонента идентично библиотеке Simscape™ Foundation блок Capacitor.
В его самой простой форме блок Capacitor моделирует линейный конденсатор, описанный со следующим уравнением:
где:
I является током.
C является емкостью.
V является напряжением.
t является временем.
Чтобы смоделировать нелинейный или полярный конденсатор, установите параметр Enable table-based capacitance на Yes - use table-based capacitance и обеспечьте интерполяционную таблицу значений напряжения емкости:
Для полярных конденсаторов, где эта интерполяционная таблица асимметрична относительно приложенного терминального напряжения, устанавливает параметр Symmetric C-V table на No - use C-V data as-is.
Для других типов нелинейного конденсатора обеспечьте симметрию емкости относительно приложенного терминального напряжения путем устанавливания параметра Symmetric C-V table на Yes - use voltage magnitude when computing C.
Можно применить допуски к номинальной стоимости, вы предусматриваете параметр Capacitance. Таблицы данных обычно обеспечивают процент допуска для данного конденсаторного типа. Таблица показывает, как блок применяет допуски и вычисляет емкость на основе выбранной опции Tolerance application.
| Опция | Значение емкости |
|---|---|
| C |
| Равномерное распределение: C· (1 – tol + 2 · tol · Распределение Гаусса: C· (1 + tol · |
| C· (1 + tol) |
| C· (1 – tol) |
В таблице,
C является значением параметров Capacitance, номинальной емкостью.
tol является дробным допуском, Capacitance tolerance (%)/100.
nSigma является значением, вы предусматриваете параметр Number of standard deviations for quoted tolerance.
rand и randn являются стандартными функциями MATLAB® для генерации случайных чисел равномерного и нормального распределения.
Если вы выбираете опцию Random tolerance, и вы находитесь в режиме "Fast Restart", отмечаете, что случайное значение допуска установлено только однажды во время шага инициализации, и это затем фиксируется для всех последующих выполнений. Это значение не изменится, пока вы не остановите режим Fast Restart и скомпилируете модель снова.
Можно задать операционные пределы с точки зрения максимального рабочего напряжения и максимального (мгновенного) рассеивания энергии в серийном сопротивлении и в параллельной проводимости конденсатора.
Для полярных конденсаторов можно задать рабочую область значений напряжения таким способом, которым блок обеспечивает предупреждение или ошибку, если полярность приложенного напряжения становится неправильной.
Когда операционный предел превышен, блок может или сгенерировать предупреждение или остановить симуляцию с ошибкой. Для получения дополнительной информации смотрите Операционные Пределы.
Мгновенные изменения в конденсаторных параметрах являются нефизическими. Поэтому, когда блок Capacitor вводит неработающее состояние, емкость, сопротивление и переход проводимости к их неработающим значениям в течение времени, согласно следующей формуле:
CurrentValue = FaultedValue – (FaultedValue – UnfaultedValue) · sech (∆t / τ)
где:
∆t является временем начиная с начала условия отказа.
τ пользовательская временная константа, сопоставленная с переходом отказа.
Блок может инициировать запуск перехода отказа:
В определенное время
Когда терминальное напряжение вне допустимой области значений напряжения для дольше, чем определенный временной интервал
Можно включить или отключить эти триггерные механизмы отдельно или использовать их вместе, если больше чем один триггерный механизм требуется в симуляции. Когда больше чем один механизм включен, первый механизм, который инициирует переход отказа, более приоритетен. Другими словами, компонент перестал работать не больше, чем однажды на симуляцию.
Можно также выбрать, выпустить ли утверждение, когда отказ происходит, при помощи параметра Reporting when a fault occurs. Утверждение может принять форму предупреждения или ошибки. По умолчанию блок не выпускает утверждение.
Используйте раздел Variables интерфейса блока, чтобы установить приоритет и начальные целевые значения для основных переменных до симуляции. Для получения дополнительной информации смотрите Приоритет Набора и Начальную Цель для Основных переменных (Simscape).
Переменная Capacitor voltage позволяет вам задать высокоприоритетную цель для начального конденсаторного напряжения в начале симуляции.
Положительный электрический порт
Отрицательный электрический порт
Выберите тип конденсатора:
No - use constant capacitance — Смоделируйте линейный конденсатор с номинальной емкостью, заданной значением параметров Capacitance. Это значение по умолчанию.
Yes - use table-based capacitance — Смоделируйте нелинейный конденсатор, где номинальное значение емкости изменяется на основе значения приложенного терминального напряжения.
Номинальное значение емкости для линейного конденсатора. Этот параметр видим, только если вы выбираете No - use constant capacitance для параметра Enable table-based capacitance. Значение емкости должно быть больше, чем нуль. Значением по умолчанию является 1 µF.
Вектор значений емкости, для поиска по таблице на основе соответствующего значения напряжения. Этот параметр видим, только если вы выбираете Yes - use table-based capacitance для параметра Enable table-based capacitance. Значения емкости должны быть больше, чем 0. Длина вектора должна совпасть с длиной вектора напряжения. Значением по умолчанию является [1e-5 1e-6] F.
Входной вектор значений напряжения для основанного на таблице расчета емкости. Этот параметр видим, только если вы выбираете Yes - use table-based capacitance для параметра Enable table-based capacitance. Длина вектора должна быть больше, чем или равной 2, и значения должны быть строго монотонными, или увеличение или уменьшение. Значением по умолчанию является [0 10] V.
Этот параметр видим, только если вы выбираете Yes - use table-based capacitance для параметра Enable table-based capacitance. Задайте, как использовать табличные данные:
Yes - use voltage magnitude when computing C — Используйте эту опцию, чтобы гарантировать симметрию емкости относительно приложенного терминального напряжения. Это значение по умолчанию.
No - use C-V data as-is — Используйте эту опцию, чтобы смоделировать полярные конденсаторы. Например, со значениями параметров по умолчанию для основанной на таблице емкости, приложенное напряжение-10 В произведет номинальную емкость 1e-6 F. Однако, если вы выбираете No - use C-V data as-is для параметра Symmetric C-V table, получившееся значение емкости является 1e-5 F, потому что блок использует самое близкое входное значение для экстраполяции.
Конденсаторный допуск, как задано на таблице данных производителя. Для основанных на таблице конденсаторов этот допуск применяется к целой таблице целиком. Значение по умолчанию является % 5.
Выберите, как применить допуск во время симуляции:
None — use nominal value — Блок не применяет допуск, использует номинальное значение емкости. Это значение по умолчанию.
Random tolerance — Блок применяет случайное смещение к значению емкости в пределе значения допуска. Можно выбрать Uniform или Распределение Гаусса для вычисления случайного числа при помощи параметра Tolerance distribution.
Apply maximum tolerance value — Емкость увеличена заданным процентным значением допуска.
Apply minimum tolerance value — Емкость уменьшена заданным процентным значением допуска.
Этот параметр видим, только если вы выбираете Random tolerance для параметра Tolerance application. Выберите тип распределения:
Uniform — Равномерное распределение. Это значение по умолчанию.
Gaussian — Распределение Гаусса.
Количество стандартных отклонений для вычисления Гауссова случайного числа. Этот параметр видим, только если вы выбираете Gaussian для параметра Tolerance distribution. Значением по умолчанию является 4.
Симуляция некоторых схем может потребовать присутствия маленького серийного сопротивления. Эквивалентное серийное сопротивление (ESR) иногда задается на таблицах данных производителя. В противном случае можно задать это сопротивление через фактор рассеяния (DF), который также показывают на многих таблицах данных. Отношением является DF = 2π\· фК · ESR, где f является частотой сигнала. Значением по умолчанию является 1 µ Ω.
Параллельный путь к утечке сопоставлен с конденсатором. Для конденсаторов, соединенных последовательно, присутствие маленькой параллельной проводимости может помочь со сходимостью. Значением по умолчанию является 0 1/Ом.
Выберите Yes, чтобы позволить сообщить, когда операционные пределы будут превышены. Связанные параметры становятся видимыми на вкладке Operating Limits, чтобы позволить вам выбрать метод создания отчетов и задать операционные пределы с точки зрения степени и рабочего напряжения. Значением по умолчанию является No.
Выберите то, что происходит, когда операционный предел превышен:
Warn — Блок выдает предупреждение. Это значение по умолчанию.
Ошибка Симуляция останавливается с ошибкой.
Область значений значений напряжения допускала нормальную блочную операцию, заданную как вектор размера 2. Значением по умолчанию является [-25 25] V.
Максимальное мгновенное рассеивание энергии в сопротивлении и элементах проводимости сопоставлено с конденсатором. Значением по умолчанию является 1 W.
Выберите Yes, чтобы включить моделирование отказов. Связанные параметры Faults становятся видимыми, чтобы позволить вам выбрать метод создания отчетов и задать триггерный механизм (временный или поведенческий). Можно включить эти триггерные механизмы отдельно или использовать их вместе. Значением по умолчанию является No.
Выберите, выпустить ли утверждение, когда отказ происходит:
'none' Блок не выпускает утверждение. Это значение по умолчанию.
Warn — Блок выдает предупреждение.
Ошибка Симуляция останавливается с ошибкой.
Относительное изменение в емкости, когда блок находится в неработающем состоянии, по сравнению с ненеработающим состоянием. Для основанных на таблице емкостей относительное изменение применяется ко всем элементам вектора. Значением по умолчанию является 100, что означает, что неработающая емкость равна ненеработающей емкости.
Эквивалентное серийное сопротивление конденсатора, когда блок находится в неработающем состоянии. Значением по умолчанию является 1 m Ω.
Параллельная проводимость утечки конденсатора, когда блок находится в неработающем состоянии. Значением по умолчанию является 0 1/Ом.
Временная константа, сопоставленная с переходом к неработающему состоянию, как описано в Отказах. Значение по умолчанию является мс 1.
Выберите Yes, чтобы включить основанное на времени инициирование отказа. Значением по умолчанию является No.
Установите время симуляции, в котором вы хотите, чтобы блок начал вводить состояние отказа. Этот параметр видим, только если параметр Enable temporal fault trigger устанавливается на Yes. Значением по умолчанию является 1 s.
Выберите Yes, чтобы включить поведенческое инициирование отказа. Значением по умолчанию является No.
Задайте минимальное и максимальное допустимое напряжение. Если значение напряжения вне этой области значений для дольше, чем значение параметров Time to fail when exceeding voltage range, то блок начинает вводить состояние отказа. Этот параметр видим, только если параметр Enable behavioral fault trigger устанавливается на Yes. Значением по умолчанию является [-100 100] V.
Установите максимальный отрезок времени, что напряжение может быть вне допустимой области значений напряжения, не инициировав отказ. Этот параметр видим, только если параметр Enable behavioral fault trigger устанавливается на Yes. Значением по умолчанию является 1 s.
