Maple
Leistungsfähige intuitive Mathematiksoftware
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Ingenieure für elektrische Energiesysteme verwenden Maple für Berechnungen, technische Analysen und Berichterstellung
Ingenieure für Energiesysteme sind entscheidend für die Energieversorgung und -erzeugung. Sie arbeiten bei Versorgungsunternehmen, Herstellern von Windkraftanlagen sowie in der Luft- und Raumfahrt und im Verteidigungsbereich. Ingenieure für elektrische Energiesysteme finden Fehler in Stromnetzen, entwerfen Umspannwerke, arbeiten am Schutz von Energiesystemen, führen Lastflussanalysen durch, schützen vor Lichtbögen und mehr. Diese Ingenieure benötigen validierte Werkzeuge, die ihnen bei der Lösung komplexer Probleme helfen - und ein Mathematikwerkzeug ist für diese Arbeit von zentraler Bedeutung. Mathematik- und Datenanalysetools können für einfache Konstruktionsberechnungen, Datenanalysen und intensivere mathematische Aufgaben verwendet werden. Maplesoft hat Maple mit Funktionen ausgestattet, die speziell auf die Bedürfnisse von Ingenieuren für elektrische Energiesysteme zugeschnitten sind, wie z. B.:
Maple bietet praktische High-Level-Werkzeuge für numerische und symbolische Mathematik, Datenanalyse und Programmierung. Diese Werkzeuge sind sowohl für einfache als auch für komplexe technische Probleme konzipiert.
Die symbolischen und numerischen Mathematik-Engines sind nahtlos miteinander verbunden; Parameter, Gleichungen und Berechnungen können fließend ineinander übergehen. Das bedeutet, dass Sie Ihre Gleichungen in einem einzigen, zusammenhängenden Arbeitsablauf ableiten und numerisch auswerten können.
Darüber hinaus profitiert die Maple-Programmiersprache von einer interaktiven Entwicklungsumgebung und kann alle High-Level-Mathematikfunktionen von Maple nutzen.
Fast alle Größen, mit denen Ingenieure in der Energietechnik zu tun haben - sei es ein Widerstand, eine Spannung oder eine Länge - haben eine Einheit. Einheiten sind fließend in Maple integriert und können sowohl bei einfachen Berechnungen als auch beim Lösen numerischer Gleichungen, bei der Optimierung und der Visualisierung verwendet werden.
Spannung := 5,2V :
Strom := 3,2A :
Leistung := Spannung*Strom= 16,64 W 16.64 W
Die Verwendung von Einheiten in Berechnungen beseitigt das Risiko, Fehler bei der Einheitenumrechnung einzuführen, und dient außerdem als Kontrolle für die physikalische Gültigkeit der Gleichungen.
Anwendungen in der Energietechnik
Wärme wird erzeugt, wenn Strom durch ein Kabel fließt. Die Strombelastbarkeit eines Kabels ist die Menge an Strom, die ein Kabel führen kann, ohne dass die zulässige Temperatur überschritten wird. Die genaue Abschätzung der Strombelastbarkeit ist entscheidend für die Minimierung der Gesamtkosten einer Kabelinstallation über die gesamte Lebensdauer.
Diese Anwendung implementiert die Nehers-McGrath-Gleichungen und vergleicht die Ergebnisse mit den Tabellen des National Electrical Code (2017); die gute Übereinstimmung bedeutet, dass dieses Arbeitsblatt die Grundlage für komplexere Kabelstrombelastbarkeitsberechnungen sein kann.
Diese Anwendung verwendet numerische und symbolische Techniken und nutzt das in Maple eingebaute Einheitensystem, um während der Berechnungen Standardeinheiten anzuzeigen.
In dieser Anwendung wird Maple verwendet, um ein Fünf-Bus-Netz zu analysieren und die Spannungen und Leistungen (Wirk- und Blindleistung) an jedem Bus zu berechnen.
Bei größeren Stromversorgungssystemen kann es potenziell Tausende von Bussen geben, und es werden effiziente numerische Verfahren zur Lösung der nichtlinearen Gleichungen des Systems benötigt. Für die Definition und Simulation größerer Stromflusssysteme stehen spezielle Tools zur Verfügung.
Kleinere Systeme können in Maple modelliert und untersucht werden, um die Theorie zu untermauern, numerische Techniken zu untersuchen oder um verschiedene Topologien auszuprobieren.
Diese Maple-Anwendung demonstriert zwei Ansätze zur numerischen Lösung der Lastflussgleichungen:
Erdungssysteme für Umspannwerke sind ein Netz aus erdverlegten Leitern, das als Erdungsmatte bezeichnet wird. Die Erdung von Umspannwerken ist sowohl für die Sicherheit des Personals als auch für die Bereitstellung eines Ableitungsweges für das gesamte Stromsystem sehr wichtig.
Diese Anwendung berechnet den Querschnitt des Metallbandes zur Erdung eines Leiters für eine 110/30-kV-Umspannstation.
Unter Verwendung von Maple folgt die Anwendung der EN 50522:2010 und der IEC 60287-3-1 und bietet natürliche mathematische Notation und Einheiten in den Berechnungen.
Das Maple-Arbeitsblatt kann auch in eine interaktive Anwendung mit Schaltflächen und Schiebereglern umgewandelt werden und kann mit dem Maple Player kostenlos eingesetzt werden.
Mit Maple können Sie die Laplace-Transformationen, die die Spannung und den Strom in einer Übertragungsleitung beschreiben, numerisch invertieren. Dies erfordert schnelle, effiziente numerische Algorithmen, die fließend mit einem breiteren Toolset von Plots und Dokumentation verbunden sind.
Die Laplace-Transformationen basieren auf den Telegraphengleichungen, die ein Paar gekoppelter partieller Differentialgleichungen sind.
Die Ergebnisse beschreiben die transiente Änderung von Strom und Spannung an einem beliebigen Punkt der Übertragungsleitung.
Anwendungen für die Energieversorgungstechnik
