Capacitor

Линейный или нелинейный конденсатор с дополнительным допуском, операционными пределами и поведением отказа

расширьте все на странице
  • Библиотека:

  • Simscape / Электрический / Пассивный элемент

  • Capacitor block

Описание

Блок Capacitor позволяет вам линейные, нелинейные (основанные на таблице), и зависимые частотой конденсаторы модели, 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 следующим уравнением:

I=CdVdt

где:

  • I является током.

  • C является емкостью.

  • V является напряжением.

  • t является временем.

Чтобы смоделировать нелинейный или полярный конденсатор, установите параметр Capacitance model на Lookup table 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.

Чтобы смоделировать зависимый частотой конденсатор с резистивными и диэлектрическими потерями, установите параметр Capacitance model на Dielectric relaxation (Debye). Модель релаксации Дебая рассматривает набор невзаимодействующих диполей в частотном диапазоне. Результат в терминах комплексная проницаемость. Действительные (′) и мнимые (′′) части комплексной проницаемости даны уравнениями:

ε'=ε∞+εs−ε∞1+ω2τ2

ε''=(εs−ε∞)ωτ1+ω2τ2,

где радиальная частота, ∞ является действительной проницаемостью на очень высокой частоте, является действительной проницаемостью в низкой частоте и является релаксационной постоянной времени.

Во временном интервале характеристическое уравнение для конденсатора в модели Debye

τi=−q+Cs(ατν˙+ν),

где низкочастотная емкость, = ∞/, является зарядом, является током и является напряжением через конденсатор.

Большинство таблиц данных не вводит явные значения для комплексной проницаемости, ни в течение релаксационного времени; однако, часто фактор рассеяния обеспечивается на двух частотах. Параметры и могут быть выведены из этих значений, аналогичных описанному уравнениями:

τ=DF1DF2(ω22−ω12)+DF12DF22(ω22−ω12)2+4ω1ω2(DF2ω2−DF1ω1)(DF1ω2−DF2ω1)2ω1ω2(DF2ω2−DF1ω1)

α=ω1τ−DF1ω1τ(1+DF1ω1τ),

где 1 и 2 две различных частоты, и DF1 и DF2 являются факторами рассеяния, вычисленными на упомянутых частотах, соответственно.

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

Допуски

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.

ОпцияЗначение емкости

None — use nominal value

C

Random tolerance

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

Распределение Гаусса: C· (1 + tol · randn / nSigma)

Apply maximum tolerance value

C· (1 + tol)

Apply minimum tolerance value

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 стандартный MATLAB® функции для генерации случайных чисел равномерного и нормального распределения.

Примечание

Если вы выбираете Random tolerance опция и вы находитесь в режиме "Fast Restart", случайное значение допуска обновляется на каждой симуляции, если по крайней мере один между дробным допуском, tol, или Number of standard deviations for quoted tolerance, nSigma, установлен во Время выполнения и задан с переменной (даже если вы не изменяете ту переменную).

Работа пределами

Можно задать операционные пределы в терминах 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.

Отказы

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) (1)

где:

  • ∆t является временем начиная с начала условия отказа.

  • τ пользовательская постоянная времени, сопоставленная с переходом отказа.

Блок может инициировать запуск перехода отказа:

  • В определенное время

  • Когда терминальное напряжение находится 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.

Переменные

Используйте раздел Variables интерфейса блока, чтобы установить приоритет и начальные целевые значения для переменных в блоках до симуляции. Для получения дополнительной информации смотрите Приоритет Набора и Начальную Цель для Переменных в блоках.

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

Порты

Сохранение

развернуть все

Электрический порт сохранения сопоставлен с конденсаторным положительным напряжением.

Электрический порт сохранения сопоставлен с конденсаторным отрицательным напряжением.

Параметры

развернуть все

Основной

Выберите тип конденсатора:

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

  • Lookup table — Смоделируйте нелинейный конденсатор, где номинальное значение емкости изменяется на основе значения приложенного терминального напряжения.

  • Dielectric relaxation (Debye) — Смоделируйте зависимый частотой конденсатор с резистивными и диэлектрическими потерями.

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

Зависимости

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

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

Зависимости

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

Входной вектор значений напряжения для основанного на таблице расчета емкости. Длина вектора должна быть больше или быть равна 2, и значения должны быть строго монотонными, или увеличение или уменьшение.

Зависимости

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

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.

Зависимости

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

Частоты, на которых факторы рассеяния [DF1 DF2] вычисляются, в kHz.

Зависимости

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

Отношение между эквивалентным серийным сопротивлением и емкостным реактивным сопротивлением или касательной угла потерь. Факторами рассеяния является общая метрика для конденсаторов.

Зависимости

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

Конденсаторный допуск, как задано в таблице данных производителя. Для основанных на таблице конденсаторов этот допуск применяется к целой таблице целиком.

Выберите, как применить допуск в процессе моделирования:

  • 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 на заданное процентное значение допуска.

  • Apply minimum tolerance value — Емкость уменьшена заданным процентным значением допуска.

Выберите тип распределения:

  • Uniform — Равномерное распределение. Это значение по умолчанию.

  • Gaussian — Распределение Гаусса.

Зависимости

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

Количество стандартных отклонений для вычисления Гауссова случайного числа.

Зависимости

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

Симуляция некоторых схем может потребовать присутствия маленького серийного сопротивления. Эквивалентное серийное сопротивление (ESR) иногда задается в таблицах данных производителя. В противном случае можно задать это сопротивление для линейного конденсатора через фактор рассеяния (DF), который также показывают во многих таблицах данных. Отношением является DF = 2π\· fC· ESR, где f частота сигнала. Для конденсатора Дебая Dissipation factors (%) at f1 and f2 [DF1 DF2] корректируется для этого дополнительного серийного сопротивления до вычисления и.

Параллельный путь к утечке сопоставлен с конденсатором. Для конденсаторов, соединенных последовательно, присутствие маленькой параллельной проводимости может помочь со сходимостью.

Усреднение периода для логгирования степени, в s.

Примечание

Если этот параметр устанавливается на 0, выход является мгновенной степенью.

Зависимости

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

Работа пределами

Выберите Yes позволять сообщить, когда операционные пределы превышены. Связанные параметры становятся видимыми на вкладке Operating Limits, чтобы позволить вам выбрать метод создания отчетов и задать операционные пределы в терминах степени и рабочего напряжения.

Выберите то, что происходит, когда операционный предел превышен:

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

  • Error — Симуляция останавливается с ошибкой.

Область значений значений напряжения допускала нормальную блочную операцию в виде вектора из размера 2.

Максимальное мгновенное рассеивание энергии в сопротивлении и элементах проводимости сопоставлено с конденсатором.

Отказы

Выберите Yes 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.

  • Error — 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.

Параллельная проводимость утечки конденсатора, когда блок находится в неработающем состоянии.

Постоянная времени, сопоставленная с переходом к неработающему состоянию, как описано в Отказах.

Выберите Yes включить основанное на времени инициирование отказа.

Установите время симуляции, в котором вы хотите, чтобы блок начал вводить состояние отказа.

Зависимости

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

Выберите Yes включить поведенческое инициирование отказа.

Задайте минимальное и максимальное допустимое напряжение. Если значение напряжения находится вне этой области значений для дольше, чем значение параметров Time to fail when exceeding voltage range, то блок начинает вводить состояние отказа.

Зависимости

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

Установите максимальный отрезок времени, что напряжение может найтись вне допустимой области значений напряжения, не инициировав отказ.

Зависимости

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

Примеры модели

AM Radio Receiver

Радиоприемник AM

Упрощенный радиоприемник AM. Один тональный сигнал на уровне 2 кГц передается с несущей частотой 600 кГц. Переменный конденсатор, Црес, в резонирующей схеме используются для того, чтобы развернуться через определенный промежуток частоты. Когда резонанс проходит через 600 кГц, сигнал принят и усилен усилителем ВЧ-мощности Класса A 2D этапа. Сигнал наконец извлечен диодным детектором, где он обычно передавался бы усилителю звука (не включенный здесь). Осциллограф отображает окончательный вывод, значение резонансной емкости и полученные и усиленные сигналы.

Расширенные возможности

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

Смотрите также

| |

Введенный в R2016a

Документация Simscape Electrical

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте