Software: SimX - Nadelantrieb - Geometrie und Waerme - Waermemodell: Unterschied zwischen den Versionen
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Diese Erwärmungsberechnung kann im Modell innerhalb des Controller- | Diese Erwärmungsberechnung kann im Modell innerhalb des Controller-Compounds 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:''' | * '''Zusätzliche Parameter im Komponenten-Abschnitt:''' | ||
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* Diese Parameter des '''Elektronik'''-Teilmodells sind im Modell mit den zugehörigen Werten aus Elementen von '''CAD''' und '''Messung''' zu speisen:<div align="center">[[Bild:Software_SimX_-_Nadelantrieb_-_Geometrie_und_Waerme_-_Waermemodell_-_Elektronik-Parameter.gif|.]]</div> | |||
* '''Zusätzliche Variable für Ergebnisse im Komponenten-Abschnitt:''' | * '''Zusätzliche Variable für Ergebnisse im Komponenten-Abschnitt:''' | ||
EW_Spule : Wärmeverlust-Energie im Spulendraht | EW_Spule : Wärmeverlust-Energie im Spulendraht / Ws | ||
PW_Spule : eff. mittl. Verlustleistung in Spule | PW_Spule : eff. mittl. Verlustleistung in Spule / W | ||
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* '''Zusätzliche Gleichungen im Verhalten-Abschnitt:''' | * '''Zusätzliche Gleichungen im Verhalten-Abschnitt:''' | ||
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* Die aktuelle thermische Verlustleistung in der Spule wird nur durch den ohmschen Widerstand des Spulendrahtes und den darin fließenden Strom bestimmt. | |||
* Beginnend mit dem Anfangswert Null erfolgt die Berechnung der Wärmeverlust-Energie in der Spule mittels Integral über die aktuelle thermische Verlustleistung. | |||
* Der exakte Wert für die Zykluszeit '''t_Zyklus''' steht erst nach Vollenden eines Prägezyklusses zur Verfügung. Um eine eventuelle Division durch Null bei der kontinuierlichen Berechnung der mittleren, effektiven Verlustleistung '''PW_Spule''' zu verhindern, wird ein Wert von '''1 µs''' im Nenner ergänzt. | |||
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Infolge der Vorspannung der Rückholfeder wird die Nadel im Modell "nummerisch" um einen extrem kleinen Wert in den Nadel-Anschlag gedrückt. | |||
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Version vom 22. April 2024, 16:45 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 End-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 unseren stark vereinfachten Modell-Annahmen drei Ergebniswerte auf Basis eines kompletten Prägezyklus berechnet werden:
- EW_Spule ist die Wärmeverlust-Energie, welche sich durch Integration 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 über den Wärmeübergangswiderstand Rth_Kuehl.
Diese Erwärmungsberechnung kann im Modell innerhalb des Controller-Compounds 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:
t_Zyklus : Zeit für einen Prägezyklus / s A_Kuehl : Kühlfläche des Magneten / m² Rth_Kuehl : Wärmewiderstand der Kühlfläche / W/K R_Spule : ohm. Widerstand des Spulendrahtes / Ohm
- Diese Parameter des Elektronik-Teilmodells sind im Modell mit den zugehörigen Werten aus Elementen von CAD und Messung zu speisen:
- 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:
- Die aktuelle thermische Verlustleistung in der Spule wird nur durch den ohmschen Widerstand des Spulendrahtes und den darin fließenden Strom bestimmt.
- Beginnend mit dem Anfangswert Null erfolgt die Berechnung der Wärmeverlust-Energie in der Spule mittels Integral über die aktuelle thermische Verlustleistung.
- Der exakte Wert für die Zykluszeit t_Zyklus steht erst nach Vollenden eines Prägezyklusses zur Verfügung. Um eine eventuelle Division durch Null bei der kontinuierlichen Berechnung der mittleren, effektiven Verlustleistung PW_Spule zu verhindern, wird ein Wert von 1 µs im Nenner ergänzt.
Vermeidung unsinniger Temperatur-Ergebnisse bei unvollendeten Praegezyklen
Infolge der Vorspannung der Rückholfeder wird die Nadel im Modell "nummerisch" um einen extrem kleinen Wert in den Nadel-Anschlag gedrückt.
===>>> Der folgende Abschnitt wird noch überarbeitet !!!
- Wir ergänzen ...