Software: SimX - Nadelantrieb - Geometrie und Waerme - Waermemodell

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Statisches Wärmemodell

Den thermischen Widerstand zur Umgebung ermittelt man ebenfalls im Geometrie-Element aus der wärmeabführenden Oberfläche des Magneten und dem Wärmeübergangskoeffizienten dieses "Kühlkörpers":

Datei:Software SimX - Nadelantrieb - Geometrie und Waerme - typedesigner ableiten spule2.gif

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 Element für die Magnet-Spule erweitert werden:

• Abgeleitete Element-Typen übernehmen alle Eigenschaften vom ursprünglichen Typ (z.B. Anschlüsse, Parameter, Variablen, Algorithmus, Equations).
• Man kann zusätzliche Eigenschaften ergänzen, wobei man auf den vorhandenen Eigenschaften aufbaut.
• Der abgeleitete Element soll als lokaler Typ im Modell gespeichert werden, um das Modell portabel zu halten.

Achtung: Da in der Studentenversion die Anzahl der magnetischen Elemente jeweils auf eines begrenzt ist, müssen wir einen kleinen Umweg über die Bibliothek ExternalTypes gehen, um einen lokalen Typ zu erhalten:

• Man aktiviert den Type-Designers über das Kontext-Menü (Neue Ableitung) nach Selektieren des Elementtyps in der Bibliothek.
• Nach dem Eintragen eines sinnvollen Namens und Kommentars wird nach "Fertigstellen" der abgeleitete Elementtyp unter der externen Typen abgelegt:
  Datei:Software SimX - Nadelantrieb - Geometrie und Waerme - typedesigner ableiten spule2 extern.gif
• In der Modellbibliothek erscheint der neue Elementtyp unter "ExternalTypes". Per Drag&Drop zieht man diesen Typ einfach mit der Maus in das Modell:
  Datei:Software SimX - Nadelantrieb - Geometrie und Waerme - typedesigner ableiten spule2 lokal.gif
• Als Nächstes löschen wir das Spulen-Element in der Modellstruktur und benutzen statt dessen unsere abgeleitete Spule.

Hinweise:

• 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:
  Datei:Software SimX - modelica-hilfe.gif

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:

• Die Zykluszeit t_Zyklus als Parameter des Spulen-Elements ist erst nach Vollendung des Prägezyklusses bekannt.
• Zuvor nutzt man die aktuelle Zeit time, wobei man eine Division durch Null vermeiden muss.
• Dies kann man z.B. wie folgt realisieren:

:
if noEvent(t_Zyklus>1e-6) then
 PW_mittel:=EW/t_Zyklus;
else
 PW_mittel:=EW/(time+1e-6);
end if;
: 

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 wird im Modell-Element "Geometrie" berechnet.
• Der entsprechende Parameter des Spulen-Elements erhält diesen Wert vom Geometrie-Element.

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