Software: SimX - Nadelantrieb - Struktur-Optimierung - Nennwert-Optimierung: Unterschied zwischen den Versionen
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* Eventuelle Stromspitzen kurz vor dem Abschaltvorgang würden damit auf '''3,0 A''' begrenzt. Dieser Stromwert kann von einem Netzteil problemlos bereitgestellt werden. | * Eventuelle Stromspitzen kurz vor dem Abschaltvorgang würden damit auf '''3,0 A''' begrenzt. Dieser Stromwert kann von einem Netzteil problemlos bereitgestellt werden. | ||
* Das SimulationX-Modell ist mit diesem erhöhten Stromgrenzwert zu speichern! | * Das SimulationX-Modell ist mit diesem erhöhten Stromgrenzwert zu speichern! | ||
=== Modifizierter Experiment-Workflow === | === Modifizierter Experiment-Workflow === |
Version vom 1. Juni 2024, 15:07 Uhr
Vorbereitung des SimulationX-Modells
- Bei der folgenden Optimierung soll untersucht werden, welchen maximalen Strom der Magnetantrieb tatsächlich benötigen würde.
- Deshalb soll die technische Begrenzung im SimulationX-Modell von bisher 1,5 A auf 3,0 A erhöht werden:
CAD.i_Grenz_Spule = 3,0 A
- Dieser Stromwert resultiert aus den unseren Erfahrungen, dass damit bereits die magnetische Sättigung des Eisenkreises erreicht wird.
- Eventuelle Stromspitzen kurz vor dem Abschaltvorgang würden damit auf 3,0 A begrenzt. Dieser Stromwert kann von einem Netzteil problemlos bereitgestellt werden.
- Das SimulationX-Modell ist mit diesem erhöhten Stromgrenzwert zu speichern!
Modifizierter Experiment-Workflow
Bei der Nennwert-Optimierung brauchen wir im Experiment-Workflow des OptiY-Versuchsstands Etappe5_xx_Nennwert.opy nur noch vier Entwurfsparameter berücksichtigen:
Am schnellsten gelangt man zu diesem Versuchsstand, wenn man eine Datei-Kopie von der Datei Etappe3_xx.opy erzeugt und im OptiY öffnet:
- R_Schutz-Entwurfsparameter (für den Abschaltvorgang) im Workflow löschen.
- v_Max-Restriktionsgröße (mit zugehöriger Ausgangsgröße) im Workflow löschen
- Etappe5_xx.isx-Datei anstatt Etappe3_xx.isx im SimulationX-Modell des Workflows öffnen.
- k_Feder-Entwurfsparameter mit CAD.k_Feder verbinden.
- B_max-Restriktionsgröße (mit zugehöriger Ausgangsgröße) im Workflow ergänzen und mit Modell verbinden
- Etappe5_xx_Nennwert.opy-Datei speichern.
- Definierter Abschluss der Änderungen → OptiY und SimulationX beenden.
Konfiguration der Restriktionsgrößen:
- i_Max dient nur noch zur Information (mit unwirksamen Grenzwerten versehen!)
- B_max soll auf Obergrenze=1.65 T begrenzt werden. Da das Eisenmaterial möglichst weit magnetisch ausgesteuert werden soll, kann man z.B. als Untergrenze=1.2 T vorgeben.
- d_Draht soll anfangs ohne Wirkung bleiben, um den "exakten Wert" des optimalen Drahtdurchmesser zu erkunden.
Konfiguration der Entwurfsparameter (Nennwerte):
- Der Suchbereich aus der Etappe3 kann weiterhin genutzt werden.
- Zur Erzielung einer höheren Konvergenzgeschwindigkeit hat es sich als günstig erwiesen, die Startschrittweite für die Optimierungsschritte auf ungefähr 1/100 des Startwertes des jeweiligen Entwurfsparameters zu setzen. Die Startschrittweite für die Windungszahl sollte bei 1 bleiben!
Optimierung mit unterschiedlichem Maximalstrom
Die Nennwert-Optimierung erfolgt vorläufig ohne der Berücksichtigung der Draht-Normreihe. Mit einer Strombegrenzung auf 3 A im Simulationsmodell ergibt sich z.B. der folgende Bestwert:
- Auffallend ist, dass im Vergleich zum Bestwert aus Etappe3 die optimale Spule nur noch ungefähr die Hälfte der Windungen besitzt!
- Dieses Ergebnis hätte man nach gründlicher Vorüberlegung erwarten können, denn entscheidend ist das Produkt i*w für die sich aufbauende magnetische Spannung.
- Die Simulation der optimalen Lösung zeigt, dass keine Eisen-Sättigung kurz vor dem Abschaltvorgang auftritt:
Anscheinend kann man innerhalb eines weiten Strombereiches immer eine passende optimale Spule dimensionieren und erreicht damit ein ähnliches Bewegungsverhalten:
- Wir lassen deshalb im Simulationsmodell die Strombegrenzung auf dem Wert von i_Grenz = 3 A (entspricht einer Strombegrenzung im Netzteil)
- Innerhalb des Optimierungsexperiments setzen wir für die Restriktion i_Max die Obergrenze = 1.5 A.
- Die erneute Optimierung ergibt wieder eine optimale Lösung mit fast identischen funktionellen Eigenschaften:
- Allerdings besitzt die Spule jetzt ziemlich exakt die doppelte Windungszahl, natürlich mit dünnerem Draht.
Wichtig:
- Die beiden betrachteten Lösungen verhalten sich unter den idealen Nennwert-Bedingungen gleich.
- Die für einen Maximalstrom von 1,5 A optimierte Magnet-Spule besitzt jedoch Reserven. Wird für das Prägen etwas mehr Kraft benötigt, so kann ein Stromimpuls mit bis zu 3 A doch noch ein Prägen des Papiers bewirken. Das dabei der Eisenkreis kurzzeitig in der Sättigung betrieben wird, stört nicht.
- Aus diesem Grund wählen wir die zweite Lösung als Grundlage für die weitere Bearbeitung!
Im Beispiel ergibt sich ein optimaler Drahtdurchmesser von 0,49 mm.
===>>> der folgende Abschnitt wird noch bearbeitet !!!
- Die neue Verhaltensqualität kann man deutlich in den Signalverläufen des Nennwert-Optimums erkennen → dieses Optimum tendiert dazu, dass der Strom schnellstmöglich seinen zulässigen Maximalwert erreicht und ihn bis zum Abschalten beibehält:
- Wichtig:
Übernahme des Nennwert-Optimums in das SimulationX-Modell durch Speichern des Modells nach dem durchgeführten Simulationslauf nicht vergessen!