Software: SimX - Nadelantrieb - Geometrie und Waerme - Waermemodell: Unterschied zwischen den Versionen
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Uns interessiert, welche Temperatur die Spule im Dauerbetrieb erreicht. Dauerbetrieb bedeutet, dass beliebig viele Prägezyklen unmittelbar aufeinander folgen: | Uns interessiert, welche Temperatur die Spule im Dauerbetrieb erreicht. Dauerbetrieb bedeutet, dass beliebig viele Prägezyklen unmittelbar aufeinander folgen: | ||
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* Insgesamt sollen in Bezug auf die Spulenerwärmung mit unserem stark vereinfachten Modell-Annahmen drei Ergebniswerte auf Basis eines kompletten Prägezyklus berechnet werden: | |||
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*# '''EW_Spule''' ist die Wärmeverlust-Energie, welche sich durch Aufintegration der Verlustleistung im Spulendraht ergibt. | *# '''EW_Spule''' ist die Wärmeverlust-Energie, welche sich durch Aufintegration der Verlustleistung im Spulendraht ergibt. | ||
*# '''PW_Mittel''' ist die effektive, mittlere Verlustleistung im Spulendraht. | *# '''PW_Mittel''' ist die effektive, mittlere Verlustleistung im Spulendraht. | ||
*# '''dT_Spule''' ist die Temperaturerhöhung auf Grund der Abführung von '''PW_mittel''' durch den Wärmeübergangswiderstand '''Rth_Kuehl'''. | *# '''dT_Spule''' ist die Temperaturerhöhung auf Grund der Abführung von '''PW_mittel''' durch den Wärmeübergangswiderstand '''Rth_Kuehl'''. | ||
Diese Erwärmungsberechnung kann im Modell innerhalb des Controller-Teilmodells stattfinden. Für einen späteren Versuchsaufbau könnten die gleichen Berechnungen in dieser Controller-Elektronik-Baugruppe implementiert werden. Mit unseren Erfahrungen zur Erweiterung des Controller-Compounds bei der Ergänzung der Maximalwert-Erfassung von Strom und Spannung (Siehe Anleitung zur Etappe2 → [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Aktordynamik_-_Bewertung|'''Bewertungsgrößen für die Optimierung''']]), sollte es kein Problem sein, die erforderlichen Erweiterungen vorzunehmen: | |||
* '''Zusätzliche Parameter im Komponenten-Abschnitt:''' | |||
A_Kuehl : Kühlfläche des Magneten / m² | |||
kth_Kuehl : Konvektionskoeffizient der Kühlfläche / W/(K*m²) | |||
R_Spule : ohm. Widerstand des Spulendrahtes / Ohm | |||
* '''Zusätzliche Variable für Ergebnisse im Komponenten-Abschnitt:''' | |||
EW_Spule : Wärmeverlust-Energie im Spulendraht / Ws | |||
PW_Spule : eff. mittl. Verlustleistung in Spule / W | |||
dT_Spule : Temperaturerhöhung im Dauerbetrieb / K | |||
* '''Zusätzliche Gleichungen im Verhalten-Abschnitt:''' | |||
'''''===>>> Der folgende Abschnitt wird noch überarbeitet !!!''''' | |||
* Wir ergänzen im Modell die folgenden Signalglieder '''f(x1,x2)''' und '''f(x)''', benennen sie entsprechend der zu berechnenden Ergebnisgrößen und verbinden sie in der erforderlichen Berechnungsreihenfolge: | * Wir ergänzen im Modell die folgenden Signalglieder '''f(x1,x2)''' und '''f(x)''', benennen sie entsprechend der zu berechnenden Ergebnisgrößen und verbinden sie in der erforderlichen Berechnungsreihenfolge: | ||
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Version vom 21. April 2024, 17:58 Uhr
Den thermischen Übergangswiderstand Rth_Kuehl zur Umgebung berechnen wir ebenfalls im CAD_Data-Element:
- 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);
"Abschätzen" der Spulen-Erwärmung für kontinuierliches Prägen:
Uns interessiert, welche Temperatur die Spule im Dauerbetrieb erreicht. Dauerbetrieb bedeutet, dass beliebig viele Prägezyklen unmittelbar aufeinander folgen:
- Simuliert wird mit dem Modell nur ein Prägezyklus.
- Insgesamt sollen in Bezug auf die Spulenerwärmung mit unserem stark vereinfachten Modell-Annahmen drei Ergebniswerte auf Basis eines kompletten Prägezyklus berechnet werden:
- EW_Spule ist die Wärmeverlust-Energie, welche sich durch Aufintegration der Verlustleistung im Spulendraht ergibt.
- PW_Mittel ist die effektive, mittlere Verlustleistung im Spulendraht.
- dT_Spule ist die Temperaturerhöhung auf Grund der Abführung von PW_mittel durch den Wärmeübergangswiderstand Rth_Kuehl.
Diese Erwärmungsberechnung kann im Modell innerhalb des Controller-Teilmodells stattfinden. Für einen späteren Versuchsaufbau könnten die gleichen Berechnungen in dieser Controller-Elektronik-Baugruppe implementiert werden. Mit unseren Erfahrungen zur Erweiterung des Controller-Compounds bei der Ergänzung der Maximalwert-Erfassung von Strom und Spannung (Siehe Anleitung zur Etappe2 → Bewertungsgrößen für die Optimierung), sollte es kein Problem sein, die erforderlichen Erweiterungen vorzunehmen:
- Zusätzliche Parameter im Komponenten-Abschnitt:
A_Kuehl : Kühlfläche des Magneten / m² kth_Kuehl : Konvektionskoeffizient der Kühlfläche / W/(K*m²) R_Spule : ohm. Widerstand des Spulendrahtes / Ohm
- Zusätzliche Variable für Ergebnisse im Komponenten-Abschnitt:
EW_Spule : Wärmeverlust-Energie im Spulendraht / Ws PW_Spule : eff. mittl. Verlustleistung in Spule / W dT_Spule : Temperaturerhöhung im Dauerbetrieb / K
- Zusätzliche Gleichungen im Verhalten-Abschnitt:
===>>> Der folgende Abschnitt wird noch überarbeitet !!!
- Wir ergänzen im Modell die folgenden Signalglieder f(x1,x2) und f(x), benennen sie entsprechend der zu berechnenden Ergebnisgrößen und verbinden sie in der erforderlichen Berechnungsreihenfolge:
- Zusätzlich zur Berechnung der Funktionsgröße F versehen wir diese mit einem sinnvollen Kommentar und wählen die richtige physikalische Einheit. Auch der jeweilige Signalausgang y soll die richtige Einheit erhalten:
- Die aufintegrierte Verlustleistung ermitteln wir aus dem Spulenstrom und dem ohmschen Widerstand des Spulendrahtes:
- Für die Berechnung der mittleren Verlustleistung PW_Mittel benötigen wir die Zykluszeit t_Zyklus. Deren Wert ist erst nach Vollendung eines kompletten Prägezyklusses bekannt und kann vorher auch den Wert 0 besitzen. Um eine Division durch Null zu vermeiden, addieren wir einen kleinen Offset-Wert, welcher das Ergebnis praktisch nicht ändert:
- Die Berechnung der Temperaturerhöhung dT_Spule unter Berücksichtigung des thermischen Übergangswiderstands ist dann kein Problem: