Software: SimX - Nadelantrieb - Geometrie und Waerme - Waermemodell: Unterschied zwischen den Versionen
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'''Erweiterung des Geometrie-Elements''' | '''Erweiterung des Geometrie-Elements'''<br> | ||
Den thermischen Übergangswiderstand '''''Rth_Kuehl''''' zur Umgebung berechnen wir ebenfalls im Geometrie-Element '''MagnGeo''': | Den thermischen Übergangswiderstand '''''Rth_Kuehl''''' zur Umgebung berechnen wir ebenfalls im Geometrie-Element '''MagnGeo''': | ||
* '''''A_Kuehl''''' ist hierbei die wärmeabführende Oberfläche des Magneten. | * '''''A_Kuehl''''' ist hierbei die wärmeabführende Oberfläche des Magneten. | ||
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'''Algorithmus für das Berechnen der Spulen-Erwärmung:''' | '''Algorithmus für das Berechnen der Spulen-Erwärmung:''' | ||
# Ermitteln der elektrischen Verlustleistung '''PW''' im Spulendraht. | # Ermitteln der elektrischen Verlustleistung '''''PW''''' im Spulendraht. | ||
# Aufintegration (Siehe SimulationX-Hilfe) der Wärmeenergie '''EW''' aus '''PW''' während eines Simulationslaufes (''Hinweis:'' Anfangswert '''0''' im Integral für die Zustandsgröße '''EW'''!) | # Aufintegration (Siehe SimulationX-Hilfe) der Wärmeenergie '''''EW''''' aus '''''PW''''' während eines Simulationslaufes (''Hinweis:'' Anfangswert '''0''' im Integral für die Zustandsgröße '''''EW'''''!) | ||
# Mittlere Wärmeleistung '''PW_mittel''' für einen Prägezyklus aus umgesetzter Wärmeenergie '''EW''' und Zykluszeit '''t_Zyklus''' ermitteln: | # Mittlere Wärmeleistung '''''PW_mittel''''' für einen Prägezyklus aus umgesetzter Wärmeenergie '''''EW''''' und Zykluszeit '''''t_Zyklus''''' ermitteln: | ||
#* Benutzt wird der Wert von Ergebnisgröße '''tZyklus.y''' als Parameter '''Spule.t_Zyklus'''. | #* Benutzt wird der Wert von Ergebnisgröße '''tZyklus.y''' als Parameter '''Spule.t_Zyklus'''. | ||
#* Die Zykluszeit '''t_Zyklus''' als Parameter des Spulen-Elements ist erst nach Vollendung des Prägezyklusses bekannt. | #* Die Zykluszeit '''''t_Zyklus''''' als Parameter des Spulen-Elements ist erst nach Vollendung des Prägezyklusses bekannt. | ||
#* Damit es nicht zu einer Division durch Null kommt, muss der Anfangswert '''tZyklus.y0''' auf einen '''Wert>0''' gesetzt sein (z.B. '''0.0034'''). | #* Damit es nicht zu einer Division durch Null kommt, muss der Anfangswert '''''tZyklus.y0''''' auf einen '''Wert>0''' gesetzt sein (z.B. '''0.0034'''). | ||
#* Erst nach Beendigung des Prägezyklus wird der "richtige" Wert für PW_mittel berechnet. | #* Erst nach Beendigung des Prägezyklus wird der "richtige" Wert für '''''PW_mittel''''' berechnet. | ||
# Erwärmung der Spule: | # Erwärmung der Spule: | ||
#* Die Berechnung der Temperaturerhöhung aus der mittleren Wärmeleistung und dem thermischen Übergangswiderstand erfolgt im Spulen-Element. | #* Die Berechnung der Temperaturerhöhung aus der mittleren Wärmeleistung und dem thermischen Übergangswiderstand erfolgt im Spulen-Element. |
Version vom 24. März 2014, 10:26 Uhr
Erweiterung des Geometrie-Elements
Den thermischen Übergangswiderstand Rth_Kuehl zur Umgebung berechnen wir ebenfalls im Geometrie-Element MagnGeo:
- A_Kuehl ist hierbei die wärmeabführende Oberfläche des Magneten.
- kth_Kuehl=12 W/(K*m²) ist der Konvektionskoeffizient dieses "Kühlkörpers":
Daraus resultieren die beiden Anweisungen am Ende des Algorithmen-Abschnittes:
A_Kuehl :=0.5*pi*d_Magnet^2+pi*d_Magnet*L_Magnet; Rth_Kuehl :=1/(A_Kuehl*kth_Kuehl);
Abgeleitetes Spulen-Element mit thermischen Eigenschaften
Man könnte in Analogie zum Geometrie-Element einen eigenen Element-Typ "Waerme" definieren. Das würde jedoch unser Modell nur unnötig verkomplizieren. Da die Wärme-Entwicklung fester Bestandteil der Spule ist, soll das in der Modell-Bibliothek bereitgestellte Spulen-Element erweitert werden:
- Abgeleitete Element-Typen übernehmen alle Eigenschaften vom ursprünglichen Typ (z.B. Anschlüsse, Parameter, Variablen, Algorithmen, Gleichungen).
- Man kann zusätzliche Eigenschaften ergänzen, wobei man auf den vorhandenen Eigenschaften aufbaut.
- Nach Auswahl des Spulen-Elements in der Modellstruktur aktiviert man den Type-Designers über den Menüpunkt Elemente > Ableiten.
- Der abgeleitete Element-Type wird als lokaler Type im Modell gespeichert, um das Modell portabel zu halten.
- Nach dem Eintragen eines sinnvollen Namens und Kommentars wird nach "Fertigstellen" der abgeleitete Elementtyp lokal im Modell abgelegt:
- Als Nächstes löschen wir das Spulen-Element in der Modellstruktur und benutzen statt dessen unsere abgeleitete Spule unter dem gleichen Bezeichner Spule.
Hinweise:
- Die Parameter müssen ihre Werte vom Geometrie-Element erhalten.
- Wir dürfen nicht vergessen, die Anfangswerte für Strom und Fluss freizugeben!
- Die Simulation muss zu den gleichen Ergebnissen führen, wie mit der Original-Spule, da wir inhaltlich noch nichts verändert haben!
Nach erneutem Aufruf des Type-Designers ergänzen wir die Wärme-Eigenschaften als Algorithmus:
- SimulationX umfasst den Sprachstandard Modelica® in der Version 3.0. Sämtliche Modelica-spezifischen Sprachkonstrukte sind unter http://www.modelica.org beschrieben.
- Ausführliche Informationen zum darüber hinaus verfügbaren Funktionsumfang der Modellierungssprache von SimulationX findet man im Hilfesystem:
Algorithmus für das Berechnen der Spulen-Erwärmung:
- Ermitteln der elektrischen Verlustleistung PW im Spulendraht.
- Aufintegration (Siehe SimulationX-Hilfe) der Wärmeenergie EW aus PW während eines Simulationslaufes (Hinweis: Anfangswert 0 im Integral für die Zustandsgröße EW!)
- Mittlere Wärmeleistung PW_mittel für einen Prägezyklus aus umgesetzter Wärmeenergie EW und Zykluszeit t_Zyklus ermitteln:
- Benutzt wird der Wert von Ergebnisgröße tZyklus.y als Parameter Spule.t_Zyklus.
- Die Zykluszeit t_Zyklus als Parameter des Spulen-Elements ist erst nach Vollendung des Prägezyklusses bekannt.
- Damit es nicht zu einer Division durch Null kommt, muss der Anfangswert tZyklus.y0 auf einen Wert>0 gesetzt sein (z.B. 0.0034).
- Erst nach Beendigung des Prägezyklus wird der "richtige" Wert für PW_mittel berechnet.
- Erwärmung der Spule:
- Die Berechnung der Temperaturerhöhung aus der mittleren Wärmeleistung und dem thermischen Übergangswiderstand erfolgt im Spulen-Element.
- Der Wert für den thermischen Übergangswiderstand zur Umgebung muss aus Modell-Element "Geometrie" übernommen werden.