複合材料コンデンサの静電容量の計算

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物理

静電容量は、コンデンサに蓄えられた電荷量と電極間の電位差の比として定義されます。
図 1 の平行板コンデンサの例は、2 つの正方形の板の間の空間を 3 つの誘電体のブロックで埋めることによって構成されています。

各誘電体ブロックの静電容量は、式 (1)、(2)、および (3) で与えられます。

(1)

(2)
   (3)

、 とは、個々の誘電体材料の誘電率です。 は自由空間の誘電率、 はコンデンサプレート面積、 プレート間の距離です。図1は、総静電容量が誘電体ブロックの静電容量を接続することによって形成されることを示していますブロックの直列接続と並列と .したがって、等価静電容量は次の式 (4) で与えられます。

図 1 - 3 つの誘電体を持つ平行板コンデンサ

次のパラメータを使用します。



等価静電容量は次のとおりです。

モデル

次の手順では、モデルの個々のパーツに材料を指定し、2 つの要素間の静電容量を計算する方法を示します。
複数の誘電体を持つコンデンサのモデルが Solidworks で作成されました。平行板の間の空間は、3 つの異なる誘電体材料で詰められています。板の表面は 、一方、各プレートの厚さは1mmです。誘電体ブロックの厚さプレート間の距離と同じです: 2mm;ブロックの厚さとその半分の1mmです（図2）。

解析は EMS静的電界解析で実行されます.電極板の材質はアルミ、誘電体はテフロン、ポリイミド、ナイロンを使用 、 と 、 それぞれ。電磁特性を持つこれらすべての材料は、EMS 材料ライブラリで見つけることができます。

材料を割り当てる

1. EMS マネージャー ツリーの [Materials] の下で、[Dielectric 1] を右クリックします。
2. 材料の適用を選択する。
3. 材料ブラウザフォルダが表示されます
4. 「ケーブル」フォルダの下で、テフロンを選択する。
5. [適用して閉じる]をクリックする。

静電容量の計算

EMS から静電容量の結果を取得するには:

1. EMS マネージャツリーで、静的電界解析フォルダーを右クリックする。
2. プロパティを選択する。
3. 一般プロパティの下で、 静電容量計算ボックスをオンにする。
4. [OK] をクリックする。 .

境界条件

1. EMS マネージャツリーで、 負荷/拘束フォルダーを右クリックする。
2. フローティングコンダクタの選択する。
3. 素子選択ボックス内をクリックし、上板を選択する。
4. [OK] をクリックする。
   

1. EMS マネージャ ツリーで、 負荷/拘束フォルダーを右クリックする。
2. フローティング コンダクタの選択する。
3. 素子選択ボックス内をクリックし、 底板を選択します。
4. [OK] をクリックします。
   

結果

EMS マネージャー ツリーの結果の下、結果表を開いて静電容量行列を見つけます。総静電容量の EMS ソリューションは、 F (図 3) であり、理論上の結果と非常によく一致しています。

図 3 -静電容量の EMS 結果