Software: SimX - Nadelantrieb - Geometrie und Waerme - Waermemodell
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):
- Mit der aktuellen Version des SimulationX-Solvers wird dieser kritische Schaltvorgang bisher sehr gut bewältigt. In Vorgänger-Versionen musste häufig die Diode durch ein Drahtstück ersetzt werden, um eine stabile Simulation eines Prägezyklusses zu gewährleisten.
- Bei der folgenden Ergänzung der Wärmeberechnung für diese Übung wurde jedoch festgestellt, dass die darunter dann doch die nummerische Stabilität bei der Behandlung des Abschaltvorgangs leidet.
- Deshalb soll das diskrete Ereignis des starren Anschlags durch die kontinuierliche Kraftwirkung einen elastischen Anschlags ersetzt werden.
- Dafür gewährleisten folgende Parameter einen praktisch plastischen Stoß ohne merkliche Eindringtiefe:
===>>> 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:
- 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.
- Erst nach Beendigung des Prägezyklus wird der "richtige" Wert für PW_mittel berechnet.
- Die Berechnung der Temperaturerhöhung erfolgt aus der mittleren Wärmeleistung und dem thermischen Übergangswiderstand.
