Software: SimX - Nadelantrieb - Geometrie und Waerme - Waermemodell
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":
- 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);
Achtung:
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.
Abgeleitetes Spulen-Element mit thermischen Eigenschaften
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:
- 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:
- 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!)
- 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.
- 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.
