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電器仿真技術(shù)與虛擬電器

仿真技術(shù)與虛擬電器
國(guó)內(nèi)工廠和設(shè)計(jì)院所紛紛引進(jìn)如UGH、Pro/E等三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，這類軟件能實(shí)現(xiàn)在三維空間內(nèi)零部件和實(shí)體造型、裝配和自動(dòng)生成工程圖紙，并且按照設(shè)計(jì)的零部件自動(dòng)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)和生成數(shù)控編碼。這些軟件使國(guó)內(nèi)低壓電器設(shè)計(jì)工作上了一個(gè)新的臺(tái)階，但進(jìn)一步要使產(chǎn)品設(shè)計(jì)滿足原始技術(shù)條件的要求，達(dá)到預(yù)定的電氣和機(jī)械性能，則需要采用仿真技術(shù)。
進(jìn)行一個(gè)低壓電器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，當(dāng)根據(jù)給定的技術(shù)條件，確定了產(chǎn)品初步設(shè)計(jì)方案和尺寸后，必須進(jìn)行工程分析或樣機(jī)實(shí)驗(yàn)，來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案是否附合原訂技術(shù)要求。長(zhǎng)期以來(lái)人們用傳統(tǒng)的工程計(jì)算方法進(jìn)行特性分析，精度很差，特別是作為低壓開關(guān)電器的主要特性，即開斷特性無(wú)法計(jì)算，因而人們不得不依靠樣機(jī)制造和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證來(lái)檢驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的可行性，這樣做法要花費(fèi)大量人力和物力，并使得產(chǎn)品開發(fā)周期拉長(zhǎng)，影響新產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
為了解決上述問(wèn)題，計(jì)算機(jī)摸擬和仿真技術(shù)得到快速發(fā)展，依靠這種新技術(shù)，人們可以在樣機(jī)制作以前***能******掌握設(shè)計(jì)產(chǎn)品的性能，減少了重復(fù)樣機(jī)制作和實(shí)驗(yàn)費(fèi)用，加快了產(chǎn)品開發(fā)周期，并提高了產(chǎn)品性能，這是當(dāng)前低壓電器產(chǎn)品開發(fā)手段現(xiàn)代化的重要內(nèi)容。
低壓電器的基本特性包括開斷能力、溫升、零部件的強(qiáng)度、電動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定、絕緣性能及其它電氣性能等。這***需要對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象的電磁場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、磁場(chǎng)等物理場(chǎng)域進(jìn)行仿真和分析。計(jì)算機(jī)模仿和仿真技術(shù)的進(jìn)展和商品有限元分析軟件性能的不斷提高為這種新技術(shù)在低壓電器的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。70-80年代的有限元分析軟件，前后處理工作十分繁鎖，例如進(jìn)行一臺(tái)大型變壓器的電場(chǎng)分析、輸入各零部件的三維尺寸等原始數(shù)據(jù)，一般是幾天甚至幾個(gè)星期的艱苦勞動(dòng)。進(jìn)入90年代商品化的有限元分析軟件都和可視化技術(shù)結(jié)合起來(lái)，用特征造型方式輸入三維圖形代替每鎖的數(shù)據(jù)輸入，使輸入工作十分簡(jiǎn)便而直觀，并且后處理部分使輸出的數(shù)據(jù)或三維圖形，方便地進(jìn)行觀察和分析。與此同時(shí)，隨著解決復(fù)雜工程問(wèn)題的需要，這種仿真和分析軟件更擴(kuò)展到流體動(dòng)力學(xué)、機(jī)械振動(dòng)和機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)等方面。市場(chǎng)上已能提供各種******的計(jì)算機(jī)仿真與分析軟件，這類軟件分成二種類型，一種是通用軟件，另一種是專用軟件，這種軟件都包括應(yīng)力，溫度場(chǎng)、電磁場(chǎng)和流場(chǎng)等分析模塊，可以進(jìn)行單種場(chǎng)域分析，也可進(jìn)行綜合場(chǎng)分析，例如計(jì)算熔斷器的保護(hù)特性，首先要計(jì)算熔片中電流場(chǎng)的分布，然后是熱特性的計(jì)算，這是電流場(chǎng)和瞬態(tài)熱場(chǎng)計(jì)算的綜合，專用軟件是指用于專門的場(chǎng)合。國(guó)外******公司更是把特性的計(jì)算機(jī)仿真和分析看作是產(chǎn)品開發(fā)手段現(xiàn)代化的一個(gè)重要措施。
通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真可獲得產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可行性方案，即******設(shè)計(jì)方案滿足所制定技術(shù)條件的要求，但尚不是經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)******的方案，為了達(dá)到經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的******，這***需要把仿真技術(shù)和***優(yōu)化方法結(jié)合起來(lái)。
計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的發(fā)展，一種新的三維機(jī)交互式圖形技術(shù)，即虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual　reality）技術(shù)的出現(xiàn)，給計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展，開辟了新的天地，虛擬現(xiàn)實(shí)與傳統(tǒng)的交互式三維圖形技術(shù)不同，后者操作者是在計(jì)算機(jī)外的現(xiàn)實(shí)世界操作計(jì)算機(jī)的圖形，而前者則可讓操作者進(jìn)入計(jì)算機(jī)里的虛擬世界親臨其境地進(jìn)行操作，把這種技術(shù)和計(jì)算機(jī)仿真相結(jié)合***可以在計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)計(jì)產(chǎn)品，這種產(chǎn)品稱為虛擬產(chǎn)品，設(shè)計(jì)者可以在“虛擬”環(huán)境中對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行仿真和優(yōu)化，這是計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展方向。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)低壓電器產(chǎn)品往往是把各研究所和工廠有關(guān)技術(shù)人員集中在一處，進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計(jì)，這種方式使大多數(shù)設(shè)計(jì)人員脫離本廠的環(huán)境而造成諸多不便。90年代以來(lái)出現(xiàn)的計(jì)算機(jī)協(xié)同設(shè)計(jì)CSCD（Computer　Supported　Cooperative　Design）技術(shù)，可提供遠(yuǎn)程異地協(xié)同設(shè)計(jì)的環(huán)境，它是基于Internet而實(shí)現(xiàn)的一種群體設(shè)計(jì)的新概念，國(guó)外的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件如PRO/E和Internet等已新增了這方面的功能。依靠這種技術(shù)，人們可以在不同地點(diǎn)通過(guò)Internet共同討論設(shè)計(jì)方案，繪制和修改設(shè)計(jì)圖紙。

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