电容放电仿真
这篇文章，我们将讨论如何对连接到一组电气元件的电容器的放电进行模拟，这些元件既可以进行高保真几何模拟，也可以与一组集总元件耦合仿真。
背景知识
可以使用电磁波，瞬态接口对电容器内存储的电能放电进行模拟。初始存储的电能可以使用静电接口计算，该接口可以求解电容器结构内的电场；或者也可以使用电路接口对电容器进行模拟，其中带有初始电荷的集总电容器决定了初始存储的电能。这些模型旨在计算电磁场和损耗，电能和磁能也包括在内，以及转换后的热能和辐射能。
模型结构如下：对电容器进行显示建模，将其与变压器连接，再与等效电容器模型的集总元件连接。假设支撑结构与电磁无关，故未对支撑结构进行建模。周围的自由空间区域和接地平面也考虑在模型结构中。
仿真方法
放电模拟包括两个步骤：首先，建立一个静电模型，计算带电电容器周围的电场，然后将这些电场作为瞬态电磁模拟的初始条件。您可以下载本文随附的 MPH 文件学习如何建模。
静电模型
为了模拟初始电荷分布，对建模域进行了划分，只考虑电介质以及电容器周围会产生显著电场的一小部分空间。在这个区域内，设定其中一块电容器板接地，另一块电容器板为固定电势。连接线的内部并未建模。所有其他边界均设置为零电荷。该静电模型的解将作为瞬态电磁问题的初始状态，其中导线将被显式建模。
A close-up view of the Model Builder with the Stationary node highlighted and the corresponding Settings window.
单独的稳态研究用于求解电容器板周围电介质中的静电场。在这项研究中，仅求解 静电接口。
瞬态电磁模型
为了模拟瞬态行为，除了代表集总电路单元的域外，电磁波，瞬态接口在所有域上求解。此圆柱形域连接了导电线之间的间隙。电路通过此间隙为系统增加了额外的阻抗，并通过Via类型的集总端口功能连接。集总端口功能可在假设电场均匀且平行于导线周边的条件下使用。Via 两端的导线横截面边界为理想导体，这意味着这些表面处于等电位状态。
理想电导体边界条件应用于模型的底部边界，代表无损耗接地平面。域的其余外部边界为散射边界条件，近似为自由空间的开放边界。电磁波在通过这些边界时，会产生最小的反射。
初始值功能将计算得到的静电场定义为磁矢势场的一阶求导的初始值。
A close-up view of the Model Builder with the Time Dependent node highlighted and the corresponding Settings window.
该研究首先求解初始静电场，然后计算电磁场、集总电路以及功率和能量的全局方程组。用于计算电磁场的初始值来自研究静电初始化。还可以只保存选定的结果，以减少存储的数据量。
A close-up view of the Model Builder with the Time-Dependent Solver node highlighted and the corresponding Settings window.
瞬态求解器设置根据所关注的最大频率和单元大小进行调整。一致初始化已开启。
瞬态研究用于求解随时间变化的电磁场。基于关注的最大频率，可以手动指定时间步长, 从而降低计算成本。由于全局方程用于存储所有综合量，因此可以减少模型中存储的数据量，只保存少数选定域的结果，或根本不保存。
结果与讨论
研究能量图和相对损耗都很有用。请注意：
- 随着时间的推移，系统的总能量几乎是恒定的。受限于网格和时间步长的细化，这一点可以得到进一步改善。
- 频率含量最初较高，但随着时间的推移会逐渐降低。
- 导体中的总热量损耗相对较小。通过在分析中省略导体中的这些区域，并将导体边界建模为理想电导体，可以完全忽略导体中的损耗。
- 可以使用具有初始电位的集总电容器运行模型，并向模型域放电。
A 1D plot showing the magnetic, electric, dissipated, radiated, and total energy over time.
电能、磁能、热能和辐射能随时间变化的曲线图。系统的总能量几乎恒定。
A 1D plot showing the total thermal losses over time.
热损耗占总损耗的比例。
进一步学习
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