面向21世纪的低压电器新技术(3)
2014-05-17 01:15
导读：二、仿真技术与虚拟电器 近年来国内工厂和设计院所纷纷引进如UGH、Pro/E等三维计算机辅助设计软件，这类软件能实现在三维空间内零部件和实体造型、装
二、仿真技术与虚拟电器
近年来国内工厂和设计院所纷纷引进如UGH、Pro/E等三维计算机辅助设计软件，这类软件能实现在三维空间内零部件和实体造型、装配和自动生成工程图纸，并且按照设计的零部件自动进行模具设计和生成数控编码。这些软件使国内低压电器设计工作上了一个新的台阶，但进一步要使产品设计满足原始技术条件的要求，达到预定的电气和机械性能，则需要采用仿真技术。
进行一个低压电器产品的设计，当根据给定的技术条件，确定了产品初步设计方案和尺寸后，必须进行工程分析或样机实验，来验证设计方案是否附合原订技术要求。长期以来人们用传统的工程计算方法进行特性分析，精度很差，特别是作为低压开关电器的主要特性，即开断特性无法计算，因而人们不得不依靠样机制造和实验验证来检验设计方案的可行性，这样做法要花费大量人力和物力，并使得产品开发周期拉长，影响新产品的市场竞争力。
为了解决上述问题，近年来计算机摸拟和仿真技术得到快速发展，依靠这种新技术，人们可以在样机制作以前就能精确掌握设计产品的性能，减少了重复样机制作和实验费用，加快了产品开发周期，并提高了产品性能，这是当前低压电器产品开发手段现代化的重要。
低压电器的基本特性包括开断能力、温升、零部件的强度、电动稳定和热稳定、绝缘性能及其它电气性能等。这就需要对设计对象的电磁场、应力场、磁场等物理场域进行仿真和分析。计算机模仿和仿真技术的进展和商品有限元分析软件性能的不断提高为这种新技术在低压电器的应用创造了条件。70-80年代的有限元分析软件，前后处理工作十分繁锁，例如进行一台大型变压器的电场分析、输入各零部件的三维尺寸等原始数据，一般是几天甚至几个星期的艰苦劳动。进入90年代商品化的有限元分析软件都和可视化技术结合起来，用特征造型方式输入三维图形代替每锁的数据输入，使输入工作十分简便而直观，并且后处理部分使输出的数据或三维图形，方便地进行观察和分析。与此同时，随着解决复杂工程问题的需要，这种仿真和分析软件更扩展到流体动
力学、机械振动和机构动力学等方面。目前，市场上已能提供各种精确的计算机仿真与分析软件，这类软件分成二种类型，一种是通用软件，另一种是专用软件，例如ANSYS（ANSYS公司）和NISA（EMRC公司）有限元通用仿真和分析软件属于第一类，这种软件都包括应力，温度场、电磁场和流场等分析模块，可以进行单种场域分析，也可进行综合场分析，例如计算熔断器的保护特性，首先要计算熔片中电流场的分布，然后是热特性的计算，这是电流场和瞬态热场计算的综合，专用软件是指用于专门的场合，如ADAMS软件用于机构动态分析，VACTOR FIELDS软件专门用于各种电磁场问题的分析。这两种软件都有可视化的前后处理摸块，并且都有工作站和微机两种版本。近年来国外著名公司更是把特性的计算机仿真和分析看作是产品开发手段现代化的一个重要措施，如日本的富士公司在开发SC新系列接触器中，认为计算机仿真和采用新材料，是使新系列接触器性能达到高水平的关键，他们开发了一套对接触器可动部分动态仿真的软件系统，对接触器可动部分，包括铁心和触头系统进行了动态仿真，分析了各种参数对铁心及触头碰撞后的弹跳的影响，从而选择了最佳的设计参数，日本的三菱公司和德国金钟–默勒公司都以商品计算机分析软件为基础，通过二次开发建立自己的低压断路器设计和开发的计算机仿真系统。
本文来自中国科教评价网 通过计算机仿真可获得产品设计的可行性方案，即保证设计方案满足所制定技术条件的要求，但尚不是经济技术指标最佳的方案，为了达到经济技术指标的最佳，这就需要把仿真技术和最优化方法结合起来。一些商品仿真软件，如上面提到的ANSYS软件就提供一系列优化工具，能自动调整设计对象的几何形状，使规定的目标达到最优。如德国著名的低压电器专家Lindmayer教授利用ANSYS软件，把磁场仿真和优化结合起来，改变铁心尺寸和线圈位置，实现了电磁铁的优化设计。
