Software: SimX - Nadelantrieb - Geometrie und Waerme - Waermemodell

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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);

Abgeleitete Element-Typen
Im Rahmen der objektorientierten Modellierung ist es möglich, vorhandene Element-Typen um zusätzliche Eigenschaften zu erweitern. Dazu definiert man innerhalb von SimulationX mittels des Type-Designers sogenannte abgeleitete Elemente:

• Abgeleitete Element-Typen übernehmen alle Eigenschaften vom ursprünglichen Element-Typ (z.B. Anschlüsse, Parameter, Variablen, Algorithmen, Gleichungen).
• Man kann zusätzliche Eigenschaften ergänzen, wobei man auf den vorhandenen Eigenschaften aufbaut.
• Im Beispiel bietet es sich an, die Spule, welche bisher nur die Eigenschaften eines elektro-magnetischen Wandlers enthält, um die Berechnung der Verlustleistung und der daraus resultierenden Erwärmung zu ergänzen.
• Leider ist es seit der Version SimulationX 3.7 mit der Studenten-Lizenz nicht mehr möglich, ein nur 1x erwendbares Element abzuleiten!
• Aus diesem Grund soll die Berechnung der Spulen-Erwärmung in Form von Signalgliedern (Function) erfolgen.

Nummerische Stabilität von Schaltvorgängen
Der Aufprall der Nadelspitze auf dem Matrizenboden wird bisher im Anschlag-Element als nummerisches Ereignis behandelt. Das Erreichen von Praegung=1 beim Anschlag der Nadelspitze löst zu diesem Zeitpunkt eine Menge praktisch gleichzeitiger Ereignis-Behandlungen im Modell aus (Abschalten der Spule, Umschalten der Diode, Umkehrpunkt auf der Hysteresekurve der Eisen-Elemente):

• Erstaunlicher Weise wird mit der aktuellen Version des SimulationX-Solvers dieser kritische Schaltvorgang sehr gut bewältigt. In Vorgänger-Versionen musste häufig die Diode durch ein Drahtstück ersetzt werden, um eine stabile Simulation der Prägezyklen zu gewährleisten.

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

Berechnen der Spulen-Erwärmung für kontinuierliches Prägen
Uns interessiert, 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.
   • 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.

Datei:Software SimX - Nadelantrieb - Geometrie und Waerme - typedesigner ableiten spule3 lokal.gif

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