可视化仿真与数字化设计技术在低压电器中的应用

由于可视化仿真与数字化设计技术的先进性，近年来国际上各著名电气公司纷纷建立研发新系列产品的专用仿真系统，例如金钟-默勒公司用于研发低压断路器的仿真系统（见图6-1），该系统被称为USAM，它由三个模块组成，分别建立于三个商品仿真软件，它们是：多体动力学仿真软件为基础的断路器机构仿真模块；以ANSYS仿真软件为基础的磁场仿真模块，用于触头系统磁场计算和瞬时脱扣器仿真；以流体动力学仿真软件（FX-F31）为基础的开关电弧仿真模块。把这三部分仿真模块与电路瞬态方程综合起来，即形成塑壳断路器开断过程仿真系统，整个系统框图如图6-1所示。图中待定系数是用于建立一个开断过程简化的黑盒模型。

图6-1 金钟-默勒公司研发的低压断路器的仿真系统

又如日本富士公司建立了用于开发接触器的仿真系统，电磁接触器主要性能决定于操作电磁铁、触头和灭弧室的设计，要研发小尺寸、节能和长寿命的高性能接触器，见表6-1，计算机仿真与优化设计起关键作用，ABB公司在开发Tmax新系列塑壳断路器时也充分利用了仿真技术。(www.xing528.com)

表6-1 富士公司设计新系列接触器的仿真技术

我国在20世纪70年代末即开始研究有限元分析在电磁铁特性仿真和优化设计方面的应用，20世纪80年代后期和20世纪90年代初，我国低压电器工厂以常熟开关厂带头，引进了国外著名的三维CAD软件，如UG-II和Pro/E等，并迅速得到推广，使我国低压电器产品的结构设计和制造水平有显著提高。但上述软件仅能解决零部件三维造型和装配问题，不能保证设计的产品达到预期的性能指标，无法发挥设计人员的创造性和想象力，以达到优化设计的目标。进入新世纪，我国加入WTO后，在低压电器领域，不但在国际市场，由于国际大公司以独资或合资方式进入国内市场，国内市场的竞争也日趋激烈。目前，我国低压电器产品仍旧三代同堂，按产值计算：第一代产品市场占有率为15%；第二代产品市场占有率为45%；第三代产品市场占有率为40%。第三代产品当前技术性能相当于国外20世纪90年代水平，和国际上新一代产品在性能、可靠性以及外观质量上尚有不少差距，因而要适应市场需要，亟待开发高水平、有自主知识产权的新产品。要实现这一目标，在国内推广和采用可视化仿真与数字化设计技术，改变传统的研发手段，受到了国内企业和高等学校的重视。目前，在开关电器行业，常熟开关厂、上海电器科学研究所和西安高压电器研究所等已开始采用这项新技术来研发新产品。