计算机辅助设计和辅助分析在干式变压器设计中

1.前言：我公司从法TRANSFIX公司引进的h级绝缘“segmer”干式变压器技术，由于其结构简单、标准化，非常便于开发系统化、高度自动化的CAD应用软件。计算机辅助设计中CAD的真正精神是将人脑和计算机的优势有机结合，完成人脑或计算机单先无法完成的复杂设计。正是由于高度自动化的CAD需求和日益激烈的市场竞争压力，作者经过多年的探索，编制了一套完整的干式变压器CAD应用软件。该软件包括三个部分：干式变压器自动电磁优化设计应用软件、自动参数化绘图应用软件和数据文件维护软件。这三个主要的应用程序可以作为单先的软件运行，或者它们可以一起工作——集成到一个软件包中。该系统还可用于干式变压器各种参数的计算机辅助分析。这对提高设计部门的开发能力，提高设计质量，降低制造成本，提高市场反应能力将起到积极的作用。利用本文介绍的思路，还可以为其他干式变压器编写高度自动化的CAD应用软件，本文不再赘述。本文所有的应用软件都是用VisualC 6.0编写的，自动参数化绘图应用软件也是用autoCAD2000中VisualC 6.0的二次开发平台ObjectARX2000编写的，使得VisualC和autoCAD完美结合。本文将简要介绍这一综合应用实例的基本原理。2.总体系统框架的基本组成原理系统结构原理如图1所示。整个系统包括电磁设计、自动参数化绘图、数据文件维护、人工或计算机辅助分析CAM等。各部分可以通过结构指针或数据文件相互通信，使整个系统可以跨平台协同工作，所有程序都可以嵌入到autoCAD2000中运行。3.干式变压器自动电磁优化设计应用软件的基本组成原理。在编写干式变压器电磁优化设计应用软件时，必须充分考虑软件不仅要满足优化设计和人工或计算机辅助分析的功能，还要满足操作简单、运行可靠、升级维护方便等要求。电磁优化设计软件界面见图2。因此，在编写程序时，由于产品更新或结构变化而可能导致程序结构调整的数据被打包到不同的数据文件中，并且这些数据文件通过所附的程序段来维护。换句话说，电磁设计的算法与硅钢片磁化特性数据、铜箔数据、扁线数据、经验系数、嵌入参数等外部数据完全隔离。一方面可以使软件的维护和升级变得非常容易，甚至那些根本不懂计算机编程的人也可以方便地自己升级软件；另一方面，它可以为计算机辅助分析后得到的结果提供一个接口，使整个系统能够成功完成完整的反馈过程，自动电磁优化设计可以随时真实地模拟真实产品。电磁优化设计的算法采用传统的穷举法。计算机读取各种外部数据后，逐一试算，然后以铜铁成本较低为目标函数，通过冒泡法动态保留成本较低的前300个设计方案[2]。当程序运行时，成本较低的前300个设计保存在两个文件中。一个以文本文件格式保存，以供查看；另一种是以特定的数据结构格式保存，以便自动绘图时在autoCAD2000中调用。程序的具体结构流程图见图3。由于篇幅有限，程序代码没有发布。图3本软件采用穷举法进行电磁设计而不采用其他方法的原因主要考虑两个方面。较好，算法不能错过任何可能的较优解；其次，干式变压器的电磁优化设计程序简单 #p#分页标题#e#

其次，VisualC 6.0运行速度非常快，计算机的硬件处理速度也在日益提高，这使得我们没有必要花太多时间去考虑各种算法之间执行速度的优劣。算法和数据分开封装时，算法和数据要尽量隔离。所以，电磁优化设计程序在一定意义上是一个通用的应用软件。此外，该软件的应用还可以对每一个影响干式变压器的孤立数据进行计算机辅助分析。4.计算机辅助分析CAM在该技术中的典型应用实例。通过长期研究，笔者发现铜箔的尺寸直接影响干式变压器的较低成本。只要是铜箔结构的干式变压器，无论是封装的VDT、开放式OVDT、环氧树脂浇注干式变压器还是油浸式铜箔结构的干式变压器，铜箔的尺寸对干式变压器的较低成本起着关键作用。因此，铜箔的选择和储备是否合理已经成为干式变压器制造商参与市场竞争的重要因素。采用外部数据和算法隔离技术后，探索成本较低的干式变压器铜箔尺寸非常方便、快速、准确。铜箔数据文件中只要厚度为0.01mm，宽度为5mm，就给出了几百个铜箔数据。算法穷尽后，可以找到成本较低的铜箔尺寸和电磁设计方案。只是计算量太大，电脑运行需要很长时间。根据作者长期实践，计算一张铜箔的穷举方案(电脑配置为PIII733)大约需要5秒到3分钟，计算300种铜箔大约需要10-15小时。虽然花了很多时间，但在工厂的实际应用中是值得的。另外需要指出的是，上述方法找到的较低成本设计方案和较优铜箔尺寸完全取决于产品结构的精度、损耗标准、噪声水平和数学模型(主要是温升计算的精度)。而且基于相同的干式变压器设计标准，只有当算法的数学模型能够真实模拟干式变压器的实际情况时，上述计算结果才是真实可靠的。5.自动参数化绘图应用软件的基本组成原理由于结构简单、绘图量小、零件通用性好，开发自动参数化绘图应用软件非常方便。下面简单介绍一下干式变压器自动参数化绘图软件编写的基本思路和方法。在编写自动参数化绘图程序时

时，作者同样采用VisualC 6.0通过ObjectARX2000平台对autoCAD2000系统进行编程。借助VisualC 6.0语言强大功能、丰富的数据类型和与Windows完全兼容的窗口界面，很容易开发出功能各异功能模块。通过对各功能模块进行简单的定置，就可以完成不同产品自动参数化绘图。 由于是采用VisualC 6.0通过ObjectARX2000平台嵌入autoCAD2000系统进行编程，因而生成的目标代码执速度极高，与autoCAD2000的兼容性极好。因此，极容易开发大规模的、复杂的自动参数化绘图应用软件。甚至可以将干式变压器的电磁优化设计程序连同自动参数化绘图程序一同嵌入autoCAD2000中，成为autoCAD2000的一个外部命令（如果将该程序列入autoCAD2000的自动装入文件列表中，则用户会感觉到如同autoCAD2000本身就具有干式变压器电磁优化设计和自动参数化绘图功能一样）。 关于自动参数化绘图软件的运行后的主菜单界面见图四。 在编写干式变压器自动参数化绘图应用软件时，作者同样采用了将绘图程序图四图五图六 主体和外部数据分别封装的隔离技术，使绘图程序更具通用性。另外，作者在每个装配的绘制之前不但将系统当前所有与之相关的变量值一一列出，以变用户确认或更改；而且还将干涉警告也一一列出,如果当前或用户更改的数据不合理， 则出现一目了然警告，充分提高图纸的设计准确性，具体界面可参考图五。 关于该程序具体的结构流程图见图六。由于源程序较大，限于篇幅，源代码没有刊出。 编写自动参数化绘图程序时，需要注意以下几点： 1 、自动参数化绘图前一定要通过程序对autoCAD2000系统进行初始化设置，比如设置图层、设置字体、设置颜色、设置目标捕捉方式等等； 2 、自动参数化绘图前，程序可以通过读入电磁设计时生成的数据文件完成主要输入，也可以手工输入程序需要的数据； 3 、自动绘程序必须真实模拟尽可能多样化的干式变压器的结构，提高程序的适应能力。同时，要求干式变压器的结构尽量规范。 4 、必须对各装配进行深入分析，确定约束条件，编写尽可能多的干涉警告报警条。并在程序开始时或每次有数据读入或输入时逐条检验警告条，只有当警告数为零时，程序才可以向下运行。 5 、必须对各个装配的零部件结构、特点进行认真归纳。对各单件的尺寸确定可行算法，便于减少外部数据输入，提高程序的封装性； 6 、在不同的装配中，相关的零部件尺寸采用相同的算法，便于协调一致； 7 、需要引用通用零件时，先将被引用的通用零件图进细分，确定引用原则，然后让程序通过查表法自动引入正确的通用零件； 8 、绘图程序一般按较常用的方式运行，特殊情况下需要对图纸的某个细节进行修改时，一定要通过程序将该图形区域进行放大，否则将会因为图形数据尚在缓冲区，而无法选中目标； 9 、在编写自动参数化绘图程序时，只要有图块插入，就必须重新做一次图形生成或缩放，否则将会因为图块数据尚在缓冲区，而无法对其中的目标进行编辑； 10 、自动参数化绘图时，要尽量采用相对的坐标点，以提高程序的通用性和可移植性； 11 、生成明细表时，必须尽可能多的将通用图或通用件封装到程序中，以免受到外部数据的干扰； 12 、生成明细表时，必须保证项号、图号编制和明细表项相一致； 5、结束语：本文仅介绍一种干式变压器的全面计算机辅助设计及分析方法和思路，应用该方法或类似方法极容易开发其它干式变压器的电磁设计和自动参数化绘图应用软件。而自动参数化绘图的主要障碍是产品结构是否规范，只要有计划、有步骤的进行产品的改型换代，编写自动参数化绘图软件是有实际意义的。 主要参考文献： 1 、 C语言程序设计实用教材 ，云南大学出版社，云南昆明李更生编著1997年6月第1版 2 、 科学计算与编程 ,云南大学出版社，云南昆明普媛媛编著 3 、 VisualC 6.0编程技巧与实例分析 ，中水利水电出版社，齐舒创作室编著 4 、 AutoCAD2000环境下C/VisualC 应用程序开发教程 ,北京希望电脑公司,王福军、张志民、张师伟编著2000年6月第1版 来源：互联网#p#分页标题#e#