Capacitor

Линейный или нелинейный конденсатор с опциональным допуском, рабочими пределами и поведением при отказе

  • Библиотека:
  • Simscape/Электрический/Пассивный

  • Capacitor block

Описание

Блок Capacitor позволяет моделировать линейные, нелинейные (на основе таблицы) и частотно-зависимые конденсаторы, включая полярные конденсаторы. Опционально можно также смоделировать следующие эффекты:

Можно включать и отключать эти опции моделирования независимо друг от друга. Когда все дополнительные опции отключены, поведение компонента идентично работе блока Simscape™ library Capacitor.

В самой простой форме Capacitor блок моделирует линейный конденсатор, описанный следующим уравнением:

I=CdVdt

где:

  • I - ток.

  • C - емкость.

  • V - это напряжение.

  • t время.

Чтобы смоделировать нелинейный или полярный конденсатор, установите параметр Capacitance model равным Lookup table и представьте интерполяционную таблицу значений емкостного напряжения:

  • Для полярных конденсаторов, где эта интерполяционная таблица асимметрична относительно приложенного терминального напряжения, установите параметр Symmetric C-V table равным No - use C-V data as-is.

  • Для других типов нелинейного конденсатора убедитесь в симметрии емкости относительно приложенного напряжения вывода, установив параметр Symmetric C-V table на Yes - use voltage magnitude when computing C.

Чтобы смоделировать частотно-зависимый конденсатор с учетом сопротивления и диэлектрических потерь, установите параметр Capacitance model равным Dielectric relaxation (Debye). Модель релаксации Дебая рассматривает набор неинтерактных диполей в частотный диапазон. Результатом является комплексная диэлектрическая проницаемость. Действительная (′) и мнимая (′ ′) части проницаемости комплекса заданы уравнениями:

ε'=ε+εsε1+ω2τ2

ε''=(εsε)ωτ1+ω2τ2,

где - радиальная частота, ∞ - действительная диэлектрическая проницаемость на очень высокой частоте, действительная диэлектрическая проницаемость на низкой частоте и время релаксации константа.

Во временной области характеристическое уравнение для конденсатора в модели Дебая является

τi=q+Cs(ατν˙+ν),

где - низкочастотная емкость, = ∞/, - заряд, - ток и - напряжение на конденсаторе.

Большинство таблиц данных не обеспечивают явных значений для комплексной диэлектрической проницаемости или времени релаксации; однако часто коэффициент рассеяния обеспечивается на двух частотах. Параметры и могут быть выведены из этих значений, как описано уравнениями:

τ=DF1DF2(ω22ω12)+DF12DF22(ω22ω12)2+4ω1ω2(DF2ω2DF1ω1)(DF1ω2DF2ω1)2ω1ω2(DF2ω2DF1ω1)

α=ω1τDF1ω1τ(1+DF1ω1τ),

где 1 и 2 - две разные частоты, а DF1 и DF2 - коэффициенты рассеяния, вычисленные на упомянутых частотах, соответственно.

Аргумент квадратного корня должен быть положительным для допустимой параметризации в модели Дебая.

Допуски

Можно применить допуски к номинальному значению, заданному для параметра Capacitance. Таблицы данных обычно обеспечивают процент допуска для данного типа конденсатора. Таблица показывает, как блок применяет допуски и вычисляет емкость на основе выбранной опции Tolerance application.

ОпцияЗначение емкости

None — use nominal value

C

Random tolerance

Равномерное распределение: C· (1 - tol + 2· tol· rand)

Гауссово распределение: C· (1 + tol· randn / nSigma)

Apply maximum tolerance value

C · (1 + tol)

Apply minimum tolerance value

C · (1 – tol)

В таблице,

  • C - Capacitance значение параметров, номинальная емкость.

  • tol - дробный допуск, Capacitance tolerance (%)/100.

  • nSigma - это значение, которое вы обеспечиваете для параметра Number of standard deviations for quoted tolerance.

  • rand и randn являются стандартными MATLAB® функции для генерации равномерных и нормальных распределительных случайных чисел.

Примечание

Если вы выбираете Random tolerance опция и вы находитесь в режиме «Быстрый перезапуск», значение случайного допуска обновляется на каждой симуляции, если хотя бы одно между дробным допуском, tol или Number of standard deviations for quoted tolerance, nSigma, установлено на Run-time и определяется переменной (даже если вы не изменяете эту переменную).

Пределы работы

Можно задать пределы работы в терминах максимального рабочего напряжения и максимального (мгновенного) рассеяния степени в последовательном сопротивлении и в параллельной проводимости конденсатора.

Для полярных конденсаторов можно задать область значений рабочего напряжения таким образом, чтобы блок предоставил предупреждение или ошибку, если полярность приложенного напряжения становится неправильной.

При превышении рабочего предела блок может либо сгенерировать предупреждение, либо остановить симуляцию с ошибкой. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Операционные Пределы».

Ошибки

Мгновенные изменения параметров конденсатора являются нефизическими. Поэтому, когда блок Capacitor входит в неисправное состояние, емкость, сопротивление и проводимость переходят к их неисправным значениям в течение периода времени, согласно следующей формуле:

CurrentValue = FaultedValue – (FaultedValueUnfaultedValue ) · sech (∆ t/ (1)

где:

  • ∆ t - это время с момента начала условия отказа.

  • - заданная пользователем временная константа, сопоставленная с переходом при отказе.

Блок может инициировать начало перехода отказа:

  • В определенное время

  • Когда терминальное напряжение находится вне допустимой области значений напряжений на больше, чем определенный временной интервал

Можно включать или отключать эти триггерные механизмы отдельно, или использовать их вместе, если в симуляции требуется несколько триггерных механизмов. Когда включено несколько механизмов, первый механизм для запуска перехода отказа имеет приоритет. Другими словами, компонент отказывает не более одного раза в симуляции.

Можно также выбрать, выдавать ли значения при возникновении отказа, используя параметр Reporting when a fault occurs. Утверждение может принимать форму предупреждения или ошибки. По умолчанию блок не выдает значения.

Переменные

Используйте Variables раздел блочного интерфейса, чтобы задать приоритет и начальные целевые значения для основных переменных до симуляции. Для получения дополнительной информации смотрите Задать приоритет и Начальный целевой объект для основных переменных.

Переменная Capacitor voltage позволяет вам задать высокоприоритетную цель для начального напряжения конденсатора в начале симуляции.

Порты

Сохранение

расширить все

Электрический порт сопоставлен с положительным напряжением конденсатора.

Электрический порт сопоставлен с отрицательным напряжением конденсатора.

Параметры

расширить все

Главный

Выберите тип конденсатора:

  • Constant - Моделируйте линейный конденсатор с номинальной емкостью, заданной Capacitance значением параметров. Это значение по умолчанию.

  • Lookup table - Моделируйте нелинейный конденсатор, где номинальное значение емкости изменяется на основе значения приложенного контактного напряжения.

  • Dielectric relaxation (Debye) - Моделируйте частотно-зависимый конденсатор с учетом сопротивления и диэлектрических потерь.

Номинальное значение емкости для линейного конденсатора или низкочастотная емкость в параметризации Дебая.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Constant или Dielectric relaxation (Debye) для параметра Capacitance model.

Вектор значений емкости для поиска по таблице на основе соответствующего значения напряжения. Значения емкости должны быть больше 0. Длина вектора должна совпадать с длиной вектора напряжения.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Lookup table для параметра Capacitance model.

Вектор входа значений напряжений для табличного емкостного вычисления. Длина вектора должна быть больше или равной 2, и значения должны быть строго монотонными, либо увеличивающимися, либо уменьшающимися.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Lookup table для параметра Capacitance model.

Укажите, как использовать данные таблицы:

  • 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 для моделирования полярных конденсаторов. Для примера со значениями параметров по умолчанию для табличной емкости приложенное напряжение -10 В даст номинальную емкость 1e-6 F. Однако, если вы выберете No - use C-V data as-is для параметра Symmetric C-V table получившееся значение емкости составляет 1e-5 F, потому что блок использует ближайшее входное значение для экстраполяции.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Lookup table для параметра Capacitance model.

Частоты, на которых вычисляются [DF1 DF2] коэффициенты рассеяния, в кГц.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Dielectric relaxation (Debye) для параметра Capacitance model.

Отношение между эквивалентным сопротивлением ряда и емкостным реактивным сопротивлением или тангенсом угла потерь. Коэффициенты рассеяния являются общей метрикой для конденсаторов.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Dielectric relaxation (Debye) для параметра Capacitance model.

Допуск конденсатора, как определено в таблицах данных производителя. Для табличных конденсаторов этот допуск применяется ко всей таблице сразу.

Выберите способ применения допуска 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 пределах предела значения допуска. Для вычисления случайного числа можно выбрать Равномерное или Гауссово распределение с помощью параметра Tolerance distribution.

  • Apply maximum tolerance value - Емкость увеличивается на заданное значение процента допуска.

  • Apply minimum tolerance value - Емкость уменьшается на заданное значение процента допуска.

Выберите тип распределения:

  • Uniform - Равномерное распределение. Это значение по умолчанию.

  • Gaussian - Гауссовское распределение.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Random tolerance для параметра Tolerance application.

Количество стандартных отклонений для вычисления Гауссова случайного числа.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Gaussian для параметра Tolerance distribution.

Симуляция некоторых схем может потребовать наличия сопротивления малого ряда. Эквивалентное сопротивление серии (ESR) иногда указывается в таблицах данных производителя. Если нет, можно задать это сопротивление для линейного конденсатора через коэффициент рассеяния (DF), который также показан на многих таблицах данных. Отношения следующие DF = 2π\· f· C· ESR, где f - частота сигнала. Для конденсатора Дебая Dissipation factors (%) at f1 and f2 [DF1 DF2] корректируются для этого дополнительного последовательного сопротивления перед вычислением и.

Параллельный путь утечки сопоставлен с конденсатором. Для конденсаторов, соединенных последовательно, наличие небольшой параллельной проводимости может помочь с сходимостью.

Период усреднения для логгирования степени, в с.

Примечание

Если для этого параметра задано значение 0, выходом является мгновенная степень.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Dielectric relaxation (Debye) для параметра Capacitance model.

Пределы работы

Выберите Yes чтобы включить создание отчетов при превышении операционных пределов. Связанные параметры становятся видимыми на вкладке Operating Limits, чтобы вы выбрали метод отчетности и определили рабочие пределы с точки зрения степени и рабочего напряжения.

Выберите, что происходит при превышении рабочего предела:

  • Warn - Блок выдает предупреждение. Это значение по умолчанию.

  • Error - Симуляция останавливается с ошибкой.

Область значений значений напряжения, допустимых для нормальной операции блока, задаётся как вектор размера 2.

Максимальное мгновенное рассеивание степени в элементах сопротивления и проводимости, сопоставленных с конденсатором.

Ошибки

Выберите Yes чтобы включить моделирование отказов. Связанные параметры Faults становятся видимыми, чтобы вы могли выбрать метод отчетности и задать механизм триггера (временный или поведенческий). Можно включить эти триггерные механизмы отдельно или использовать их вместе. Значение по умолчанию No.

Выберите, выдавать ли утверждение, когда происходит отказ:

  • None - Блок не выдает утверждение. Это значение по умолчанию.

  • Warn - Блок выдает предупреждение.

  • Error - Симуляция останавливается с ошибкой.

Относительное изменение емкости, когда блок находится в неисправном состоянии, по сравнению с нереализованным состоянием. Для табличных емкостей относительное изменение применяется ко всем элементам вектора. Значение по умолчанию 100, что означает, что неисправная емкость равна нереализованной емкости.

Эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора, когда блок находится в неисправном состоянии.

Параллельная утечка конденсатора, когда блок находится в неисправном состоянии.

Временная константа, связанная с переходом в неисправное состояние, как описано в Faults.

Выберите Yes для включения инициирования отказа на основе времени.

Установите время симуляции, в которое вы хотите, чтобы блок начал входить в состояние отказа.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Yes для параметра Enable temporal fault trigger.

Выберите Yes чтобы включить запуск поведенческого отказа.

Укажите минимальное и максимально допустимое напряжение. Если значение напряжения находится вне этой области значений дольше, чем значение параметров Time to fail when exceeding voltage range, то блок начинает входить в состояние отказа.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Yes для параметра Enable behavioral fault trigger.

Установите максимальный промежуток времени, в течение которого напряжение может находиться вне допустимой области значений напряжений, не вызывая отказа.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Yes для параметра Enable behavioral fault trigger.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®

.

См. также

| |

Введенный в R2016a
Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте