Линейный или нелинейный конденсатор с дополнительным допуском, эксплуатационными пределами и поведением при отказе
Simscape/Электрическая/Пассивная
Блок конденсаторов позволяет моделировать линейные, нелинейные (на основе таблиц) и частотно-зависимые конденсаторы, включая полярные конденсаторы. При необходимости можно также моделировать следующие эффекты.
Эти опции моделирования можно включать и выключать независимо друг от друга. Когда все дополнительные опции выключены, поведение компонента идентично поведению блока конденсатора библиотеки Simscape™ Foundation.
В простейшей форме блок Конденсатора моделирует линейный конденсатор, описанный следующим уравнением:
CdVdt
где:
Я - ток.
C - емкость.
V - напряжение.
t - время.
Для моделирования нелинейного или полярного конденсатора задайте для параметра Емкостная модель значение Lookup table и предоставить таблицу поиска значений емкости-напряжения:
Для полярных конденсаторов, где эта таблица поиска асимметрична по отношению к приложенному напряжению на клемме, задайте для параметра Симметричная таблица C-V значение No - use C-V data as-is.
Для других типов нелинейных конденсаторов обеспечьте симметрию емкости по отношению к приложенному напряжению на клемме, установив для параметра симметричной таблицы C-V значение Yes - use voltage magnitude when computing C.
Для моделирования частотно-зависимого конденсатора с резистивными и диэлектрическими потерями задайте для параметра Емкостная модель значение Dielectric relaxation (Debye). Модель релаксации Дебая рассматривает совокупность неинтерактивных диполей в частотной области. В результате получается сложная диэлектрическая проницаемость. Вещественная (′) и мнимая (′ ′) части комплексной диэлектрической проницаемости задаются уравнениями:
где - радиальная частота, ∞ - реальная диэлектрическая проницаемость при очень высокой частоте, - реальная диэлектрическая проницаемость при низкой частоте и - постоянная времени релаксации.
Во временной области характеристическим уравнением для конденсатора в модели Дебая является
ατν˙+ν),
где - низкочастотная емкость, = ∞/, - заряд, - ток и - напряжение на конденсаторе.
Большинство таблиц данных не содержат явных значений комплексной диэлектрической проницаемости или времени релаксации; однако часто коэффициент рассеяния обеспечивается на двух частотах. Параметры и могут быть получены из этих значений, как описано уравнениями:
(DF2ω2−DF1ω1)
),
где 1 и 2 - две различные частоты, а DF1 и DF2 - коэффициенты рассеяния, вычисленные на этих частотах соответственно.
Аргумент квадратного корня должен быть положительным для допустимой параметризации в модели Дебая.
Можно применить допуски к номинальному значению параметра Емкость (Capacitance). В листах данных обычно указывается процент допуска для данного типа конденсатора. В таблице показано, как блок применяет допуски и вычисляет емкость на основе выбранной опции приложения Допуск (Tolerance).
| Выбор | Значение емкости |
|---|---|
| C |
| Равномерное распределение: C· (1 - tol + 2· tol· Гауссово распределение: C· (1 + tol· |
| C· (1 + tol) |
| C· (1 - tol) |
В таблице,
C - значение параметра емкости, номинальная емкость.
tol - дробный допуск, допуск емкости (% )/100.
nSigma - это значение, указанное для параметра Количество стандартных отклонений для приведенного допуска.
rand и randn являются стандартными функциями MATLAB ® для генерации равномерных и нормальных случайных чисел распределения.
Примечание
При выборе Random tolerance и вы находитесь в режиме «Быстрый перезапуск», случайное значение допуска обновляется при каждом моделировании, если хотя бы одно из значений между дробным допуском, tol или числом стандартных отклонений для приведенного допуска, nSigma, имеет значение Run-time и определяется переменной (даже если эта переменная не изменяется).
Можно задать рабочие пределы в терминах максимального рабочего напряжения и максимального (мгновенного) рассеяния мощности в последовательном сопротивлении и в параллельной проводимости конденсатора.
Для полярных конденсаторов можно определить рабочий диапазон напряжения таким образом, чтобы блок выдавал предупреждение или ошибку, если полярность приложенного напряжения становится неправильной.
При превышении рабочего предела блок может либо выдать предупреждение, либо остановить моделирование с ошибкой. Дополнительные сведения см. в разделе Операционные ограничения.
Мгновенные изменения параметров конденсатора нефизичны. Следовательно, когда конденсаторный блок входит в неисправное состояние, емкость, сопротивление и проводимость переходят к своим неисправным значениям в течение периода времени согласно следующей формуле:
CurrentValue = FaultedValue – ( FaultedValue – UnfaultedValue ) · sech (∆t/start) | (1) |
где:
∆t - это время с момента возникновения состояния неисправности.
start- определяемая пользователем постоянная времени, связанная с переходом на отказ.
Блок может инициировать начало перехода отказа:
В определенное время
Если напряжение на клеммах выходит за пределы допустимого диапазона напряжения более чем на определенный интервал времени
Эти триггерные механизмы можно включать или отключать отдельно или использовать вместе, если при моделировании требуется несколько триггерных механизмов. Если активизировано несколько механизмов, приоритет имеет первый механизм, инициирующий переход к отказу. Другими словами, компонент выходит из строя не более одного раза при моделировании.
Можно также выбрать, выдавать ли утверждение при возникновении сбоя, используя параметр Reporting when a fault. Утверждение может иметь форму предупреждения или ошибки. По умолчанию блок не выдает утверждение.
Раздел «Переменные» интерфейса блока используется для установки приоритетов и начальных целевых значений для переменных блока перед моделированием. Дополнительные сведения см. в разделе Установка приоритета и начальной цели для переменных блока.
Переменная напряжения конденсатора позволяет задать высокоприоритетную цель для начального напряжения конденсатора в начале моделирования.
