Mechatronische Netzwerke I

 Documents

 149 views
of 19
All materials on our website are shared by users. If you have any questions about copyright issues, please report us to resolve them. We are always happy to assist you.
Description
Verallgemeinerte Netzwerke in der Mechatronik I. Mechatronische Netzwerke (MMS) Prof. Dr.-Ing. habil. Jörg Grabow Fachgebiet Mechatronik www.fh-jena.de…
Share
Transcript
Verallgemeinerte Netzwerke in der Mechatronik I. Mechatronische Netzwerke (MMS) Prof. Dr.-Ing. habil. Jörg Grabow Fachgebiet Mechatronik www.fh-jena.de www.fh-jena.de Mechatronische Netzwerke I Vorlesungsinhalt 1. Einführung und Grundbegriffe 2. Mechatronische Wandler 3. Physikalische Teilsysteme Copyright Ergänzungsliteratur 2 2012- 2014 J.Grabow Mechatronische Netzwerke I 1. Einführung und Grundbegriffe 1.1 Begriff des mechatronischen Systems 1.2 Bedeutung der Energie 1.3 Fundamentalgrößen 1.4 Konstitutive Gesetze 1.5 Energieumformungen 3 2012- 2014 J.Grabow Mechatronische Netzwerke I 1.1 Begriff des Mechatronischen Systems Umwelt Systemabgrenzung Systemgrenze • abgeschlossene Systeme • relativ isolierte Systeme mechanisches elektrisches • offene Systeme Teilsystem Teilsystem Energiestrom Systemwechselwirkung (Energiefluss) thermisches • Informationsaustausch Teilsystem • Stoffaustausch Gesamtsystem • Energieaustausch mechatronisches Gesamtsystem Prozess: Der Prozess definiert eine zeitliche Aufeinanderfolge von Zuständen innerhalb eines Systems in Abhängigkeit von Vorbedingungen und äußeren Einflüssen. 4 2012- 2014 J.Grabow Mechatronische Netzwerke I 1.2 Bedeutung der Energie Energie: Die Energie E ist eine mengenartige physikalische Zustandsgröße gemessen in Joule. Sie kann fließen und ihr Fließmaß ist die Energiestromstärke (Energiefluss), die Differenz der Energieströme ist die Leistung P. Energie fließt nie allein sondern sie benötigt dazu einen Energieträger. Zu jedem Energieträger gehört ein Potential. ENERGIESTROMPRINZIP I E1 Prozess oder Prozess Speicher Energiestrom Prozessleistung P IE2 Energieträger Trägerstrom I E Potentiale 5 2012- 2014 J.Grabow Mechatronische Netzwerke I 1.2 Bedeutung der Energie geschlossene Trägerstromkreisläufe offene Trägerstromkreisläufe Energiestrom Energiestrom Motor Gebläse L, M Dampfkessel . S, S Turbine Energiestrom Energiestrom Batterie Q, I Motor Speicher . m, m Wasserturbine Beispiele für das Energiestromprinzip 6 2012- 2014 J.Grabow Mechatronische Netzwerke I 1.2 Bedeutung der Energie Energieaustausch Energiewandlung: Vorgang bei dem Energieart des Energieflusses elektrisches mechanisches geändert wird. (z.B. Elektromotor elektrische Energie Teilsystem Teilsystem – mechanische Energie) Energiewandlung Energieübersetzung: Vorgang bei dem die Form des Energieflusses geändert wird, die Energieart aber erhalten bleibt Teilsystem (Getriebe, Transformator). Energiespeicherung Energietransport: System 1 System 2 Weiterleitung der Energie von einer Quelle zu einer Senke. Art und Form des Energieflusses ändern sich Energietransport nicht. Energieübersetzung System 3 Energiespeicherung: Aufbewahrung der Energie für eine bestimmte Zeit. Während der Speicherung ändert sich die Energie- menge nicht. 7 2012- 2014 J.Grabow Mechatronische Netzwerke I 1.3 Fundamentalgrößen Quantitätsgrößen q(t) : (extensive Größen) Quantitätsgrößen sind teilbare Zustandsgrößen eines Basissystems, die sich nur mit der Größe des betrachteten Systems ändern. q(t ) Bsp.: Masse, Volumen, Ladung, Verschiebungsfluss, Energie Primärgrößen X - qP(t) : (mengenartige extensive Größen) X Primärgrößen sind bilanzierbare extensive Größen, für die Zeit- und Masse- oder Raumbezüge existieren. Der Zeitbezug führt auf Transportgleichungen und qP (t ) Mengenströme, der Masse- oder Raumbezug auf Dichten. 8 2012- 2014 J.Grabow Mechatronische Netzwerke I 1.3 Fundamentalgrößen 7 Primärgrößen der Materie X - qP(t) : mechanische Eigenschaften 1. Impuls p 2. Drehimpuls L Mechanik Gravitation 3. Masse m thermische Eigenschaften 4. Entropie S Thermodynamik elektrische Eigenschaften 5. elektrische Ladung Qel Elektrotechnik magnetische Eigenschaften 6. magnetische Ladung Qm chemische Eigenschaften 7. Teilchenanzahl N Chemie Eigenschaften der Primärgrößen: • X(t) ist bilanzierbar • X(t) ist einem Raumbereich zugeordnet • zu X(t) existiert eine Dichte • zu X(t) existiert ein Strom • zu X(t) existiert eine Stromdichte 9 2012- 2014 J.Grabow Mechatronische Netzwerke I 1.3 Fundamentalgrößen Intensitätsgröße i(t): intensive Größe Intensitätsgrößen sind Zustandsgrößen, die sich nur mit der Größe des betrachteten Systems NICHT ändern. i (t ) Bsp.: Temperatur, Druck, Kraft, elektrischer Strom Potentialgröße : dE Das Potential ist der Quotient der Energie dE einer  : Primärgröße X und der Primärgröße selbst. Der Quotient dqP zweier extensiver Größen ist eine intensive Größe. Potentialdifferenz : Y – iT(t) Y Die Potentialdifferenz, Y   , ist eine intensive Größe iT (t ) 10 2012- 2014 J.Grabow Mechatronische Netzwerke I 1.3 Fundamentalgrößen POTENTIALDIFFERENZ E ENERGIE d q t  Y : iT (t ) X PRIMÄRGRÖSSE d qP (t ) Prozess Prozess oder Speicher PRIMÄRGRÖSSE Primärstrom POTENTIALDIFFERENZ 11 2012- 2014 J.Grabow Mechatronische Netzwerke I 1.3 Fundamentalgrößen  E (q1 , q2 , q3 ) Die Intensitätsgrößen ij sind die zu den Quantitätsgrößen qj ij  energiekunjugierten Zustandsgrößen.  qj Def. 1.1: E Die Energie eines Systems kann sich nur ändern, wenn sich mindestens ein Wert einer Quantitätsgröße ändert. Die Energie- größen treten stets als Produkt der beiden paarweisen Zustands- größen Quantitäts- und Intensitätsgröße auf. i (t )  q(t ) Gibbsform für Gleichgewichtszustände:  E  ij  q j j 12 2012- 2014 J.Grabow Mechatronische Netzwerke I 1.3 Fundamentalgrößen Messtechnische Unterscheidungsmerkmale: P-Variable ist eine Zustandsgröße, zu deren Bestimmung genau ein Raumpunkt notwendig ist. (P für lat. per – durch)  EP  iT   qP T-Variable ist eine Zustandsgröße, zu deren Bestimmung zwei Raumpunkte notwendig sind. (T für lat. trans – über) q(t) bestimmt den Namen der Energie 13 2012- 2014 J.Grabow Mechatronische Netzwerke I 1.3 Fundamentalgrößen Def. 1.2: dqP Jede Primärgröße qP(t) besitzt einen zugehörigen Mengenstrom iP : iP(t). dt Def. 1.3: Die zeitliche Änderung der Primärgröße qP(t) innerhalb eines abgeschlossenen Systems (Bilanzraumes) ist gleich der Summe System i A  i kond  i konv aller eintretenden und aller austretenden Ströme, sowie aller Stromquellen und Stromsenken. dqP dt iA jq    A dqP    i kond   i konv   i    i    i   i E  i  i dt    iA iE  14 2012- 2014 J.Grabow Mechatronische Netzwerke I 1.4 Konstitutive Gesetze dqP  EP  iT   qP iP : dt Def. 1.1 Def. 1.2 dqT  ET  iP   qT iT : dt  E   ET   EP Die Aufteilung in Teile von Einzelenergieformen gilt nur für die Energieänderung! 15 2012- 2014 J.Grabow Mechatronische Netzwerke I 1.4 Konstitutive Gesetze T-Speicher qT   iT dt P-Speicher qT iT dqT iT  dt dqP iP  dt ip qp qP   iP dt δET  iP  δqT δEP  iT  δqP Systemenergieänderung  E   ET   EP 16 2012- 2014 J.Grabow Mechatronische Netzwerke I 1.4 Konstitutive Gesetze T-Speicher P-Speicher dqT iT  dt Y qT iT δET  iP  δqT P  iP  iT δEP  iT  δqP qT iT qP L : R : C : iP iP iT X ip dqP qp iP  dt 17 2012- 2014 J.Grabow Mechatronische Netzwerke I 1.5 Energieumformungen Energieänderung im Gesamtsystem: δE  δEP iT , qP   δET iP , qT  T-Schreibweise: δET  δEPT  , iT   δETT   , qT  P-Schreibweise: δE P  δEPP  , qP   δETP  , iP  Energie im P-Speicher, beschrieben durch T-Variable EPT  , iT  Energie im P-Speicher, beschrieben durch P-Variable EPP  , qP  Energie im T-Speicher, beschrieben durch T-Variable ETT   , qT  Energie im T-Speicher, beschrieben durch P-Variable ETP  , iP  18 2012- 2014 J.Grabow Mechatronische Netzwerke I Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung - Nicht-kommerziell - Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International Lizenz. Quellen Grabow, J.: Verallgemeinerte Netzwerke in der Mechatronik, Oldenbourg Wissenschaftsverlag GmbH 2013, ISBN 978-3-486-71261-2 Internet: http://www.mb.fh-jena.de/media/mmw_1.ppt Änderungen Rev. Datum Änderung 00 10.08.2011 Erstausgabe 01 07.01.2012 Begriffsbildung angepasst 02 25.02.2014 Erweiterungen / Ergänzungen 19 2012- 2014 J.Grabow
Related Search
We Need Your Support
Thank you for visiting our website and your interest in our free products and services. We are nonprofit website to share and download documents. To the running of this website, we need your help to support us.

Thanks to everyone for your continued support.

No, Thanks