Software: SimX - Nadelantrieb - Aktordynamik - Magnetkreis

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Magnetkreis mit Spule

Datei:Software SimX - Nadelantrieb - Aktordynamik - magnetik-hilfe.gif

Die Magnetik-Bibliothek enthält alle Element-Typen, um damit das Dynamik-Modell unseres Elektro-Magneten aufzubauen. Für jeden Element-Typ steht über die Taste <F1> eine ausführliche Beschreibung der implementierten physikalischen Zusammenhänge zur Verfügung:

1. Arbeitsluftspalt:

• Luftspalt zwischen beweglichem Anker und festem Kern.
• In diesem Luftspalt entsteht die Kraft an den Trennflächen im magnetischen Feld.
• Er repräsentiert den magneto-mechanischen Wandler.
• Wir löschen im Modell das bisherige Kraftelement mit dem zugehörigen Impulsgenerator.
• An diese Stelle fügen wir den "Kreisförmigen Luftspalt" in den Mechanikteil unseres Modells ein (die mechanische Seite):
  
• Als Durchmesser der Luftspaltfläche verwenden wir d=Geometrie.d_Anker.
• Den Anfangswert des magnetisches Flusses lassen wir auf Phi0=0 Wb.
• Man sollte Modelländerungen möglichst sofort verifizieren, um eine Anhäufung von Fehlern im Modell zu vermeiden.
• In unserem Fall starten wir einen Simulationslauf und überprüfen das richtige Verhalten:
  • Da kein Magnetfeld vorhanden ist, darf sich der Anker mit der Nadel nicht bewegen.
  • Wichtig: Man sollte überprüfen, ob Luftspalt.dx den richtigen Wert besitzt! Ist dies nicht der Fall, müssen wir die Position der feststehenden Kern-Fläche korrigieren

2. Magnetkreis:

• Die Elemente der Magnetik-Domäne bilden das magnetische Feld des Elektro-Magneten als magnetisches Netzwerk ab.
• Arbeitsluftspalt:
  • Als magneto-mechanischer Wandler ist die eine Seite des Wandlers Bestandteil der Magnetik-Domäne.
  • Der magnetische Widerstand RmAir(dx) des Luftspalts ist eine Funktion der Luftspalt-Größe dx.
• Magnetisches Null-Potential:
  • Jede physikalische Domäne in einem Netzwerk-Modell benötigt ein "Masse"-Element, welches den Knoten mit dem Potentialwert Null festlegt.
  • Die feststehende Kernfläche des Luftspalts soll die magnetische Spannung Vm=0 A erhalten.
• Spule:
  • Der magnetische Kreis benötigt eine Quelle (MMK=Magneto-Motorische Kraft).
  • Wir benutzen einen elektro-magnetischen Wandler in Form einer Spule.
  • Den Vorgabewert von 500 Windungen bei 1 Ohm Drahtwiderstand können wir vorläufig beibehalten.
  • Eine Zielstellung der Optimierungsexperimente ist die Ermittlung von optimaler Windungszahl und Drahtwiderstand.
• Eisen:
  • Das von der Spule erzeugte magnetische Wirbelfeld besitzt wegen der geschlossenen Form des Topfmagneten kaum ein Streufeld durch den umgebenden Luftraum.
  • In erster Näherung kann man bei gleichmäßiger Gestaltung des Flussquerschnittes den gesamten Topf aus Weicheisen zu einem magnetischem Ersatz-Eisenwiderstand zusammenfassen.
  • Länge und Querschnitt des Eisen-Elements werden im Folgenden noch über eine Erweiterung des Geometrie-Elements bereitgestellt.
  • Mit dem Eisen-Element werden standardmäßig die Materialkennwerte für Trafoblech 530-50 A mitgeliefert.
  • Dieses wollen wir in Ermangelung eigener Kennwerte für unseren Magnetkreis verwenden.
  • Der Zugriff auf diese Werte kann über verschiedene Methoden erfolgen. Der Anschaulichkeit halber wählen wir den Zugang über die Kennlinie muRel(B). Auf diese kann man dann in der Parameter-Registerkarte mittels "Bearbeiten" zugreifen:

• Geometrie:
  • Vom Geometrie-Element sollen möglichst alle von der Geometrie abhängigen Parameter für die idealisierten Netzwerk-Elemente des Modells bereitgestellt werden.
  • Damit können Abmessungen des Magnetantriebes an dieser zentralen Stelle geändert werden und die Auswirkungen werden automatisch im gesamten Modell berücksichtigt.
  • Wir ergänzen deshalb noch folgende Größen im Geometrie-Elementtyp:
    • L_Eisen=5*L_Anker (näherungsweise Länge des Eisenweges)
    • Restspalt=50 µm (Restluftspalt im angezogenen Zustand)
    • x_Matriz=-0.55 mm

• • Wir setzen Geometrie.L_Faktor=1.xx (xx=Teilnehmer-Nr.)
  • Mit den Geometrie-Werten belegt man folgende Parameter:
    • Nadel.m=0.001+Geometrie.m_Anker (bereits in Etappe1 erfolgt!)
    • Kern.x=Geometrie.x_Matriz-Geometrie.Restspalt (zur Realisierung eines Restluftspalts)
    • Luftspalt.d=Geometrie.d_Anker
    • Eisen.l=Geometrie.L_Eisen
    • Eisen.A=Geometrie.A_Anker
    • Anschlag.l1=-Geometrie.x_Matriz

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