沈陽變壓器回收專題干式變壓器設計中計算機輔助設計及輔助分析的全面應用
我公司從法國TRANSFIX公司引進的H級絕緣“賽格邁”干式變壓器技術，由于結構簡潔、規范等特點，十分便于開發系統的、高度自動化的計算機輔助設計CAD應用軟件。而計算機輔助設計CAD的真正精神就是將人腦和計算機的優點有機的結合起來，完成由人腦或計算機兩者均不能單獨完成的復雜設計。正是出于高度自動化的計算機輔助設計CAD和日益激烈的市場競爭壓力的需要，在作者多年的探索下，編寫出針對干式變壓器的計算機輔助設計的全套應用軟件。該軟件包括：干式變壓器自動電磁優化設計應用軟件、自動參數化繪圖應用軟件和數據文件維護軟件共三大部分。該三大部分的應用軟件既可以成為單獨軟件運行，也可以協調工作--集成為一個軟件包。應用該系統還可以對干式變壓器的各個參數進行計算機輔助分析CAM。這將對的提高設計部門的開發能力、提高設計質量、降低制造成本、提高市場反應能力等發揮積極的作用。
應用本文介紹的思路，同樣可以編寫出針對其它變壓器的、高度自動化的計算機輔助設計應用軟件，本文將不累述。
本文所有應用軟件均采用VisualC++6.0編寫，自動參數化繪圖應用軟件也采用VisualC++6.0在autoCAD2000中的二次開發平臺ObjectARX2000編寫，使得VisualC++和autoCAD完美結合。本文將簡要介紹該全面應用實例的基本原理。
2、系統總體框架的基本構成原理
系統結構原理如圖一所示，整個系統包括電磁設計、自動參數化繪圖、數據文件維護、人工或計算機輔助分析CAM等幾大部分。各部分間既可以通過結構體指針或數據文件相互通信，使整個系統可以跨平臺協運行，也可以將所有程序內嵌入autoCAD2000中運行。
3、干式變壓器自動電磁優化設計應用軟件的基本構成原理
干式變壓器電磁優化設計應用軟件在編寫時，必須充分考慮該軟件既要滿足進行優化設計及人工或計算機輔助分析功能，還要求滿足操作簡單、運行可靠、升級維護方便等要求，關于電磁優化設計軟件的界面見圖二。
因此，在編寫程序時，將因產品更新或結構變化可能引起程序結構調整的數據分別封裝到不同的數據文件中，并通過附帶的程序段來維護這些數據文件。換句話說，就是通過數據文件將電磁設計的算法和外部數據如硅鋼片磁化特性數據、銅箔數據、扁導線數據、經驗系數、預埋參數等等徹底隔離。這樣做一方面可以使該軟件維護和升級非常容易，即使根本不懂計算機編程的人員也能夠方便對軟件進行自行升級；另一方面可以為計算機輔助分析后得到的結果提供接口，使整個系統能順利完成完整的反饋過程，使自動電磁優化設計隨時真實模擬現實的產品。
電磁優化設計的算法采用傳統的窮舉法，計算機通過讀入各種外部數據后逐個試算，然后以主要材料銅鐵成本最低為目標函數，用冒泡法動態保留成本最低的前300個設計方案[2]。當程序運行完畢后，成本最低的前300個設計方案被保存到兩個文件中。一個以文本文件格式保存，以便查看；另一個以特定的數據結構格式保存，以便自動參數化繪圖時在autoCAD2000中調用。
關于該程序具體的結構流程圖見圖三。限于篇幅，程序代碼部分沒有刊出。
圖三
本軟件之所以采用窮舉法進行電磁設計而未采用其它方法,主要是居于兩方面的原因考慮的。第一、算法不能漏掉任何可能的最優解；第二、干式變壓器的電磁優化設計程序結構簡單，循環嵌套較少，便于窮舉。其次，VisualC++6.0運行速度極快，再加上目前計算機的硬件處理速度日益提高，使得我們沒有必要花過多的時間去考慮各種算法之間的執行速度上的優劣。
應用算法和數據分別進行封裝技術時，只要能最大限度的將算法和數據進行隔離。那么，電磁優化設計程序在一定意義上是一個通用的應用軟件。而且，應用該軟件還可以對被隔離的—-對變壓器有影響的每一個數據進行計算機輔助分析。4、該技術中計算機輔助分析CAM的一個典型應用實例
作者通過長期研究發現，銅箔的尺寸直接影響到變壓器的最低成本。只要是采用銅箔結構的變壓器，無論包封型VDT、敞開型OVDT、環氧樹脂澆注的干式變壓器，還是采用銅箔結構的油浸變壓器，銅箔的尺寸對變壓器的最低成本起著很關鍵的作用。因此，選擇和儲備的銅箔合理與否就成為干式變壓器制造廠家在市場競爭不可忽視的一個要素。而采用外部數據和算法隔離的技術后，對探索干式變壓器最低成本的銅箔尺寸也非常方便、快捷、準確。只要在銅箔數據文件中厚度按0.01mm，寬度按5mm步長給出成百上千種銅箔數據。通過算法窮舉后，就可以找到真正最低成本的銅箔尺寸和電磁設計方案。只是如此龐大的計算量，計算機需要很長時間才能運行完畢。通過作者長期實踐，計算一種規格銅箔的窮舉方案大約需要5秒至3分鐘(計算機配置為PIII733)，計算300種銅箔大致需要10—15個小時。雖然耗時較多，但在工廠的實際應用中是值得的。
另外還需要指出的一點是，以上方法找到的最低成本設計方案和最優銅箔尺寸完全取決于產品結構、損耗標準、噪音水平和數學模型的準確與否（主要是溫升計算的準確與否）。而且，基于相同的變壓器設計標準，只有當算法的數學模型能夠真實的模擬變壓器的實際情況，上述的計算結果才是真實可靠的。
5、自動參數化繪圖應用軟件的基本構成原理
由于干式變壓器結構簡單、圖紙量孝零部件通用性好，十分便于開發自動參數化繪圖應用軟件。下面簡要介紹作者在編寫干式變壓器自動參數化繪圖軟件時的基本思路和方法。
在編寫自動參數化繪圖程序時，作者同樣采用VisualC++6.0通過ObjectARX2000平臺對autoCAD2000系統進行編程。借助VisualC++6.0語言強大功能、豐富的數據類型和與Windows完全兼容的窗口界面，很容易開發出功能各異功能模塊。通過對各功能模塊進行簡單的定置，就可以完成不同產品自動參數化繪圖。
由于是采用VisualC++6.0通過ObjectARX2000平臺嵌入autoCAD2000系統進行編程，因而生成的目標代碼執速度極高，與autoCAD2000的兼容性極好。因此，極容易開發大規模的、復雜的自動參數化繪圖應用軟件。甚至可以將干式變壓器的電磁優化設計程序連同自動參數化繪圖程序一同嵌入autoCAD2000中，成為autoCAD2000的一個外部命令（如果將該程序列入autoCAD2000的自動裝入文件列表中，則用戶會感覺到如同autoCAD2000本身就具有干式變壓器電磁優化設計和自動參數化繪圖功能一樣）。
關于自動參數化繪圖軟件的運行后的主菜單界面見圖四。
在編寫干式變壓器自動參數化繪圖應用軟件時，作者同樣采用了將繪圖程序
圖四
圖五
圖六
主體和外部數據分別封裝的隔離技術，使繪圖程序更具通用性。另外，作者在每個裝配的繪制之前不但將系統當前所有與之相關的變量值一一列出，以變用戶確認或更改；而且還將干涉警告也一一列出,如果當前或用戶更改的數據不合理，
則出現一目了然警告，充分提高圖紙的設計準確性，具體界面可參考圖五。
關于該程序具體的結構流程圖見圖六。由于源程序較大，限于篇幅，源代碼沒有刊出。
編寫自動參數化繪圖程序時，需要注意以下幾點：
<1>、自動參數化繪圖前一定要通過程序對autoCAD2000系統進行初始化設置，比如設置圖層、設置字體、設置顏色、設置目標捕捉方式等等；
<2>、自動參數化繪圖前，程序可以通過讀入電磁設計時生成的數據文件完成主要輸入，也可以手工輸入程序需要的數據；
<3>、自動繪程序必須真實模擬盡可能多樣化的干式變壓器的結構，提高程序的適應能力。同時，要求干式變壓器的結構盡量規范。
<4>、必須對各裝配進行深入分析，確定約束條件，編寫盡可能多的干涉警告報警條。并在程序開始時或每次有數據讀入或輸入時逐條檢驗警告條，只有當警告數為零時，程序才可以向下運行。
<5>、必須對各個裝配的零部件結構、特點進行認真歸納。對各單件的尺寸確定可行算法，便于減少外部數據輸入，提高程序的封裝性；
<6>、在不同的裝配中，相關的零部件尺寸采用相同的算法，便于協調一致；
<7>、需要引用通用零件時，先將被引用的通用零件圖進細分，確定引用原則，然后讓程序通過查表法自動引入正確的通用零件；
<8>、繪圖程序一般按最常用的方式運行，特殊情況下需要對圖紙的某個細節進行修改時，一定要通過程序將該圖形區域進行放大，否則將會因為圖形數據尚在緩沖區，而無法選中目標；
<9>、在編寫自動參數化繪圖程序時，只要有圖塊插入，就必須重新做一次圖形生成或縮放，否則將會因為圖塊數據尚在緩沖區，而無法對其中的目標進行編輯；
<10>、自動參數化繪圖時，要盡量采用相對的坐標點，以提高程序的通用性和可移植性；
<11>、生成明細表時，必須盡可能多的將通用圖或通用件封裝到程序中，以免受到外部數據的干擾；
<12>、生成明細表時，必須保證項號、圖號編制和明細表項相一致；
5、結束語：本文僅介紹一種干式變壓器的全面計算機輔助設計及分析方法和思路，應用該方法或類似方法極容易開發其它變壓器的電磁設計和自動參數化繪圖應用軟件。而自動參數化繪圖的主要障礙是產品結構是否規范，只要有計劃、有步驟的進行產品的改型換代，編寫自動參數化繪圖軟件是有實際意義的。
主要參考文獻：
<1>、<<C語言程序設計實用教材>>，云南大學出版社，云南昆明李更生編著1997年6月第1版
<2>、<<科學計算與編程>>,云南大學出版社，云南昆明普媛媛編著
<3>、<<VisualC++6.0編程技巧與實例分析>>，中國水利水電出版社，齊舒創作室編著<4>、<<AutoCAD2000環境下C/VisualC++應用程序開發教程>>,北京希望電腦公司,王福軍、張志民、張師偉編著2000年6月第1版