Software: SimX - Nadelantrieb - Geometrie und Waerme - Waermemodell: Unterschied zwischen den Versionen

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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.  
* '''''kth_Kuehl'''''=12 W/(K*m²) ist der thermische Wärmeübergangskoeffizient dieses "Kühlkörpers":<div align="center"> [[Bild:Software_SimX_-_Nadelantrieb_-_Geometrie_und_Waerme_-_formel17_rthkuehl.gif]] </div>
* '''''kth_Kuehl'''''=12 W/(K*m²) ist der Konvektionskoeffizient dieses "Kühlkörpers":<div align="center"> [[Bild:Software_SimX_-_Nadelantrieb_-_Geometrie_und_Waerme_-_formel17_rthkuehl.gif]] </div>
* Daraus resultieren die beiden Anweisungen am Ende des Algorithmen-Abschnittes:
* Daraus resultieren die beiden Anweisungen am Ende des Algorithmen-Abschnittes:
  A_Kuehl    :=0.5*pi*d_Magnet^2+pi*d_Magnet*L_Magnet;
  A_Kuehl    :=0.5*pi*d_Magnet^2+pi*d_Magnet*L_Magnet;
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* Abgeleitete Element-Typen übernehmen alle Eigenschaften vom ursprünglichen Typ (z.B. Anschlüsse, Parameter, Variablen, Algorithmen, Gleichungen).  
* 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.
* Man kann zusätzliche Eigenschaften ergänzen, wobei man auf den vorhandenen Eigenschaften aufbaut.
* Da infolge der Studenten-Version die Anzahl der benutzten Spulen auf eine begrenzt ist, muss man wie folgt vorgehen:
* Nach Auswahl des Spulen-Elements in der Modellstruktur aktiviert man den Type-Designers über den Menüpunkt '''''Elemente > Ableiten'''''.  
*# Löschen der Spule in der Modellstruktur.
* Der abgeleitete Element-Typ wird als lokaler Type im Modell gespeichert, um das Modell portabel zu halten.
*# Nach Auswahl des Elements "Elektromagnetischer Wandler" in der Bibliothek aktiviert man den Type-Designers über das Kontextmenü '''''Neue Ableitung'''''.  
* Nach dem Eintragen eines sinnvollen Namens und Kommentars wird nach "Fertigstellen" der abgeleitete Elementtyp lokal im Modell abgelegt: <div align="center"> [[Bild:Software_SimX_-_Nadelantrieb_-_Geometrie_und_Waerme_-_typedesigner_ableiten_spule2_lokal.gif| ]] </div>
*# Der abgeleitete Element-Typ 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: <div align="center"> [[Bild:Software_SimX_-_Nadelantrieb_-_Geometrie_und_Waerme_-_typedesigner_ableiten_spule2_lokal.gif| ]] </div>
* Als Nächstes löschen wir das Spulen-Element in der Modellstruktur und benutzen stattdessen unsere abgeleitete Spule unter dem gleichen Bezeichner '''Spule'''.
* Als Nächstes löschen wir das Spulen-Element in der Modellstruktur und benutzen stattdessen unsere abgeleitete Spule unter dem gleichen Bezeichner '''Spule'''.
'''''Hinweise:'''''[[Datei:Software_SimX_-_Nadelantrieb_-_Geometrie_und_Waerme_-_typedesigner_ableiten_spule_image.gif|rechts]]
'''''Hinweise:'''''
* Die Parameter müssen ihre Werte vom Geometrie-Element erhalten.
* Die Parameter müssen ihre Werte vom Geometrie-Element erhalten.
* Wir dürfen nicht vergessen, die Anfangswerte für Strom und Fluss freizugeben!
* Wir dürfen nicht vergessen, die Anfangswerte für Strom und Fluss freizugeben!

Version vom 14. April 2016, 11:09 Uhr

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Software SimX - Nadelantrieb - Geometrie und Waerme - waermenetzwerk.gif

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":
    Software SimX - Nadelantrieb - Geometrie und Waerme - formel17 rthkuehl.gif
  • 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);
Datei:Software SimX - Nadelantrieb - Geometrie und Waerme - typedesigner ableiten spule2.gif

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-Typ 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 stattdessen 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:

  1. Ermitteln der elektrischen Verlustleistung PW im Spulendraht.
  2. Aufintegration (Siehe SimulationX-Hilfe) der Wärmeenergie EW aus PW während eines Simulationslaufes (Hinweis: Anfangswert 0 im Integral für die Zustandsgröße EW!)
  3. 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 (kleiner als 0.001 wegen der termCond).
    • Erst nach Beendigung des Prägezyklus wird der "richtige" Wert für PW_mittel berechnet.
  4. 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.
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