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

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'''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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  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;
  Rth_Kuehl  :=1/(A_Kuehl*kth_Kuehl);
  Rth_Kuehl  :=1/(A_Kuehl*kth_Kuehl);
[[Bild:Software_SimX_-_Nadelantrieb_-_Geometrie_und_Waerme_-_typedesigner_ableiten_spule2.gif|right]]


'''''Achtung:'''''<br>
* ''SimulationX'' umfasst den Sprachstandard '''Modelica®''' in der Version 3.0. Sämtliche Modelica-spezifischen Sprachkonstrukte sind unter '''http://www.modelica.org''' beschrieben.
Seit der Version ''SimulationX 3.7'' ist es mit der Studenten-Lizenz nicht mehr möglich, von Elementen, welche man nur 1x verwenden darf, abgeleitete Elemente zu erzeugen. Dies betrifft auch das Spulen-Element, welches um Effekte der Erwärmung erweitert werden soll! Der folgende Abschnitt der Übungsanleitung wird deshalb in Kürze so umgearbeitet, dass die Effekte der Spulen-Erwärmung im Geometrie-Element ergänzt werden.  
* Ausführliche Informationen zum darüber hinaus verfügbaren Funktionsumfang der Modellierungssprache von SimulationX findet man im Hilfesystem: <div align="center"> [[Bild:Software_SimX_-_modelica-hilfe.gif| ]] </div>


'''''===>>> Achtung: Der folgende Abschnitt wird zur Zeit überarbeitet!!!'''''


'''Abgeleitetes Spulen-Element mit thermischen Eigenschaften'''<br>
Da die Wärme-Entwicklung fester Bestandteil der Spule ist, soll das in der Modell-Bibliothek bereitgestellte Spulen-Element um die Effekte der Erwärmung 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: <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'''.
'''''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: <div align="center"> [[Bild:Software_SimX_-_modelica-hilfe.gif| ]] </div>


'''Algorithmus für das Berechnen der Spulen-Erwärmung:'''
'''Berechnen der Spulen-Erwärmung für kontinuierliches Prägen'''<br>
Uns interessiert nur, welche Temperatur die Spule im Dauerbetrieb erreicht. Dauerbetrieb bedeutet, dass beliebig viele Prägezyklen unmittelbar aufeinander folgen:
# 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'''''!)  
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#* 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 (kleiner als '''0.001''' wegen der '''''termCond''''').
#* Damit es nicht zu einer Division durch Null kommt, muss der Anfangswert '''''tZyklus.y0''''' auf einen '''Wert>0''' gesetzt sein.
#* 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:
# Die Berechnung der Temperaturerhöhung erfolgt aus der mittleren Wärmeleistung und dem thermischen Übergangswiderstand.
#* 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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Version vom 15. April 2016, 08:18 Uhr

↑

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

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);
  • 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:

===>>> Achtung: Der folgende Abschnitt wird zur Zeit überarbeitet!!!


Berechnen der Spulen-Erwärmung für kontinuierliches Prägen
Uns interessiert nur, welche Temperatur die Spule im Dauerbetrieb erreicht. Dauerbetrieb bedeutet, dass beliebig viele Prägezyklen unmittelbar aufeinander folgen:

  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.
    • Erst nach Beendigung des Prägezyklus wird der "richtige" Wert für PW_mittel berechnet.
  4. Die Berechnung der Temperaturerhöhung erfolgt aus der mittleren Wärmeleistung und dem thermischen Übergangswiderstand.
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