Capacitor (Advanced)

Линейный или нелинейный конденсатор, учитывающий погрешность емкости.

Тип: AcausalElectricPowerSystems.Passive.Capacitor

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/Electrical/Passive/Capacitor (Advanced)

Описание

Блок Capacitor (Advanced) позволяет моделировать линейные, нелинейные (заданные табличными характеристиками) и частотно-зависимые конденсаторы, учитывающие погрешность.

Когда моделируется линейный конденсатор и не учитывается погрешность емкости, поведение компонента идентично блоку Capacitor.

В своей простейшей форме блок Capacitor (Advanced) моделирует линейный конденсатор, описываемый следующим уравнением:

где

— ток;
— емкость;
— напряжение;
— время.

Чтобы смоделировать нелинейный или полярный конденсатор, установите для параметра Capacitance model значение Lookup table и заполните таблицу значений напряжения-емкости:

Для полярных конденсаторов эта справочная таблица асимметрична по отношению к приложенному напряжению на клеммах, снимите флажок для параметра Symmetric C-V table.

Для других типов нелинейных конденсаторов симметрию таблицы емкости относительно приложенного напряжения на клеммах обеспечивается установкой флажка для параметра Symmetric C-V table.

Чтобы смоделировать частотно-зависимый конденсатор с омическими и диэлектрическими потерями, установите для параметра Capacitance model значение Dielectric relaxation (Debye). Модель релаксации Дебая рассматривает совокупность невзаимодействующих диполей в частотной области. Результат выражен в комплексной диэлектрической проницаемости. Действительная ( ) и мнимая ( ) части комплексной диэлектрической проницаемости задаются уравнениями:

где

— радиальная частота;
— реальная проницаемость на очень высокой частоте;
— реальная проницаемость на низкой частоте;
— постоянная времени релаксации.

Во временной области характеристическое уравнение для конденсатора в модели Дебая имеет вид

где

— низкочастотная емкость;
;
— заряд;
— ток;
— напряжение на конденсаторе.

В большинстве спецификаций не указываются явные значения комплексной проницаемости и времени релаксации, однако часто приводится тангенс угла диэлектрических потерь на двух частотах. Параметры и могут быть получены из этих значений, как описано в уравнениях:

где

и — две различные частоты;
и — коэффициенты диссипации, рассчитанные на указанных частотах соответственно.

Для корректной настройки в модели Дебая аргумент квадратного корня должен быть положительным.

Погрешности

Вы можете добавить погрешность к номинальному значению, заданному для параметра Capacitance. В технических описаниях обычно указывается такая погрешность. В таблице показано, как блок применяет погрешность и рассчитывает емкость в зависимости от выбранного значения параметра Tolerance application.

Значение параметра Tolerance application Значение индуктивности

Значение параметра Tolerance application	Значение индуктивности
`None - use nominal value`
`Random tolerance`	Равномерное распределение: Нормальное распределение:
`Apply maximum tolerance value`
`Apply minimum tolerance value`

None - use nominal value

Random tolerance

Равномерное распределение:

Нормальное распределение:

Apply maximum tolerance value

Apply minimum tolerance value

В таблице:

— номинальная емкость, значение параметра Capacitance;
— погрешность, значение параметра Tolerance (%)/100;
— значение параметра Number of standard deviations for quoted tolerance;
и — стандартные функции для генерации случайных чисел с равномерным и нормальным распределением.

Переменные

Используйте группу параметров Initial Targets, чтобы установить приоритет и начальные целевые значения для переменных параметров блока перед моделированием. Для получения дополнительной информации см. Настройка физических блоков с помощью целевых значений.

Порты

Ненаправленные

# + — положительный
электричество

Details

Электрический порт, представляет собой положительную клемму.

Имя для программного использования

p

# – — отрицательный
электричество

Details

Электрический порт, представляет отрицательную клемму.

Имя для программного использования

n

Параметры

Основные

# Capacitance model — тип конденсатора
Constant | Lookup table | Dielectric relaxation (Debye)

Details

Выберите тип конденсатора:

Constant — линейный конденсатор с номинальной емкостью, заданной значением параметра Capacitance.
Lookup table — нелинейный конденсатор, где номинальное значение емкости изменяется в зависимости от значения приложенного напряжения на клеммах.
Dielectric relaxation (Debye) — частотно-зависимый конденсатор с омическими и диэлектрическими потерями.

Значения	`Constant` \| `Lookup table` \| `Dielectric relaxation (Debye)`
Значение по умолчанию	`Constant`
Имя для программного использования	`capacitance_model_type`
Вычисляемый	Нет

# Capacitance — номинальное значение емкости
F | pF | nF | uF | mF

Details

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

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Capacitance model значение Constant или Dielectric relaxation (Debye).

Единицы измерения	`F` \| `pF` \| `nF` \| `uF` \| `mF`
Значение по умолчанию	`1e-6 F`
Имя для программного использования	`C_nominal`
Вычисляемый	Да

# Capacitance values — вектор значений емкости
F | pF | nF | uF | mF

Details

Вектор значений емкости для поиска в таблице по соответствующему значению напряжения. Длина вектора должна быть такой же, как длина вектора значений напряжения.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Capacitance model значение Lookup table.

Единицы измерения	`F` \| `pF` \| `nF` \| `uF` \| `mF`
Значение по умолчанию	`[1e-5, 1e-6] F`
Имя для программного использования	`C_vector`
Вычисляемый	Да

# Corresponding voltage values — входной вектор значений напряжения
V | uV | mV | kV | MV

Details

Входной вектор значений напряжения для расчета емкости на основе таблицы. Длина вектора должна быть больше или равна 2, а значения должны быть строго монотонными, либо возрастающими, либо убывающими.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Capacitance model значение Lookup table.

Единицы измерения	`V` \| `uV` \| `mV` \| `kV` \| `MV`
Значение по умолчанию	`[0.0, 10.0] V`
Имя для программного использования	`V_vector`
Вычисляемый	Да

# Symmetric C-V table — данные таблицы

Details

Укажите, как использовать данные таблицы:

Если этот флажок установлен, то обеспечивается симметрия емкости относительно приложенного напряжения на клеммах.
Если этот флажок не установлен, то используется значение для моделирования полярных конденсаторов. Например, при значениях параметров по умолчанию для табличной емкости, приложенное напряжение −10 В даст номинальную емкость 1e−6 Ф. Однако если снять флаг Symmetric C-V table, результирующее значение емкости будет 1e−5 Ф, поскольку блок использует ближайшее входное значение для экстраполяции.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Capacitance model значение Lookup table.

Значение по умолчанию	`true (включено)`
Имя для программного использования	`is_CV_table_symmetric`
Вычисляемый	Нет

# Frequencies for specifying dissipation factors [f1, f2] — частоты для расчета тангенса угла диэлектрических потерь
Hz | kHz | MHz | GHz

Details

Частоты, на которых рассчитываются тангенсы угла диэлектрических потерь [DF1 DF2], в кГц.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Capacitance model значение Dielectric relaxation (Debye).

Единицы измерения	`Hz` \| `kHz` \| `MHz` \| `GHz`
Значение по умолчанию	`[1.0, 10.0] kHz`
Имя для программного использования	`frequencies_vector`
Вычисляемый	Да

# Dissipation factors (%) at f1 and f2 [DF1, DF2] — коэффициенты диэлектрических потерь

Details

Отношение между эквивалентным последовательным сопротивлением и емкостным реактивным сопротивлением, или тангенс угла потерь. Коэффициенты диэлектрических потерь являются общей метрикой для конденсаторов.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Capacitance model значение Dielectric relaxation (Debye).

Значение по умолчанию	`[0.8, 1.2]`
Имя для программного использования	`dissipation_factors_vector`
Вычисляемый	Да

# Tolerance application — применение погрешности
None - use nominal value | Random tolerance | Apply maximum tolerance value | Apply minimum tolerance value

Details

Выберите способ применения погрешности во время моделирования:

None - use nominal value — блок не применяет погрешность, использует номинальное значение емкости.
Random tolerance — блок применяет случайное смещение к значению емкости в пределах погрешности. Вы можете выбрать равномерное или нормальное распределение для расчета случайного числа с помощью параметра Tolerance distribution.
Apply maximum tolerance value — емкость увеличивается на указанное значение погрешности.
Apply minimum tolerance value — емкость уменьшается на указанное значение погрешности.

Значения	`None - use nominal value` \| `Random tolerance` \| `Apply maximum tolerance value` \| `Apply minimum tolerance value`
Значение по умолчанию	`None - use nominal value`
Имя для программного использования	`tolerance_application_type`
Вычисляемый	Нет

# Averaging period for power logging — период усреднения для записи мощности
s | ns | us | ms | min | hr | d

Details

Период усреднения для записи мощности, в сек.

Если этот параметр установлен в 0, то на выходе будет мгновенная мощность.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Capacitance model значение Dielectric relaxation (Debye).

Единицы измерения	`s` \| `ns` \| `us` \| `ms` \| `min` \| `hr` \| `d`
Значение по умолчанию	`0.0 s`
Имя для программного использования	`averaging_period`
Вычисляемый	Да

# Tolerance (%) — погрешность емкости

Details

Погрешность емкости, указанная в техническом паспорте. Для конденсаторов, характеристики которых заданы таблицей эта погрешность применяется сразу ко всей таблице.

Значение по умолчанию	`5`
Имя для программного использования	`tolerance`
Вычисляемый	Да

# Tolerance distribution — тип распределения погрешности
Uniform | Gaussian

Details

Выберите тип распределения:

Uniform — равномерное распределение.
Gaussian — нормальное распределение.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Tolerance application значение Random tolerance.

Значения	`Uniform` \| `Gaussian`
Значение по умолчанию	`Uniform`
Имя для программного использования	`tolerance_distribution_type`
Вычисляемый	Нет

# Number of standard deviations for quoted tolerance — используется для вычисления нормально распределенных случайных чисел

Details

Число стандартных отклонений для вычисления нормально распределенных случайных чисел .

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Tolerance distribution значение Gaussian.

Значение по умолчанию	`4.0`
Имя для программного использования	`number_of_standard_deviations`
Вычисляемый	Да

# Series resistance — последовательное сопротивление
Ohm | mOhm | kOhm | MOhm | GOhm

Details

Моделирование некоторых схем может потребовать наличия небольшого последовательного сопротивления. Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) иногда указывается в технических паспортах производителей. Если его нет, вы можете определить это сопротивление для линейного конденсатора через тангенс угла диэлектрических потерь (DF), который также указан во многих спецификациях. Это соотношение выглядит так: , где — частота сигнала. Для конденсатора Дебая значение параметра Dissipation factors (%) at f1 and f2 [DF1 DF2] корректируются с учетом этого дополнительного последовательного сопротивления перед вычислением 𝛼 и 𝜏.

Единицы измерения	`Ohm` \| `mOhm` \| `kOhm` \| `MOhm` \| `GOhm`
Значение по умолчанию	`1e-6 Ohm`
Имя для программного использования	`r`
Вычисляемый	Да

# Parallel conductance — параллельная проводимость
S | nS | uS | mS | 1/Ohm

Details

Параллельная проводимость конденсатора. Для конденсаторов, соединенных последовательно, наличие небольшой параллельной проводимости может помочь в сходимости.

Единицы измерения	`S` \| `nS` \| `uS` \| `mS` \| `1/Ohm`
Значение по умолчанию	`0.0 1/Ohm`
Имя для программного использования	`g`
Вычисляемый	Да