基于虚拟样机技术的中压真空灭弧室内部电场的真空灭弧室仿真方法及装置制造方法
【专利摘要】基于虚拟样机技术的中压真空灭弧室内部电场的真空灭弧室仿真方法及装置，涉及一种仿真方法及装置。为了解决采用目前的真空灭弧室内部电场的仿真方法，在建立模型后，若连续更改仿真模型参数则延长了灭弧室的设计周期的问题。它通过VC++6.0开发软件对Pro/Engineer软件进行功能拓展，建立了用于真空灭弧室内部电场的仿真分析的虚拟样机，将仿真模型直接导入虚拟样机中，进行灭弧室内部电场的仿真计算，并且根据仿真结果分析触头的开距、触头的形状和悬浮屏蔽罩的形状对灭弧室内部电场的影响，从而确定真空灭弧室的最优结构设置参数。它用于仿真真空灭弧室。
【专利说明】基于虚拟样机技术的中压真空灭弧室内部电场的真空灭弧
室仿真方法及装置【技术领域】
[0001]本发明涉及一种仿真方法及装置，特别涉及一种基于虚拟样机技术的中压真空灭弧室内部电场的真空灭弧室仿真方法及装置。
【背景技术】
[0002]虚拟样机技术的优越性:随着经济贸易发展的全球化，缩短产品的开发周期、提高产品的质量、降低产品的成本、提高对市场反应的灵活性等方面已经是在激烈的市场竞争中取得胜利的必要条件。但是，传统中压断路器设计的步骤是:首先，对市场进行调研，从而确定初步的设计方案；然后，根据简单的经验公式完成产品的设计，并进行相关计算；最后，制作样机，并且进行试验验证，进而确定最终的设计方案。但是这种设计往往不能一次性达到产品最终的要求，当在验证实验中发现设计的缺陷时，设计者就必须要重新修改设计，并且制作新的样机。通过反复制作样机和实验验证，设计才能最终达到产品的要求，但是这个设计可能不是最佳的。所以，传统的设计方法存在着设计周期长、设计成本高，对市场反应不灵活等缺点。
[0003]虚拟样机技术是一种以分析解决产品的性能和实现优化设计为目标的高新技术，它完美的克服了传统设计方法的种种弊端。依靠这一高新技术，设计人员可以首先利用三维图形技术在计算机中制作设计对象 的三维虚拟样机，然后利用可视化仿真软件完成虚拟样机的各种物理性能的仿真分析，甚至可以在虚拟环境中进行在现实环境中难以或者根本无法进行的试验，快速分析各设计方案的优劣，最终获得最佳的设计方案。而且，这种技术可以将设计人员的想象与经验融合在设计中，给设计人员提供了极大的发挥空间。虚拟样机技术由于具有开发周期短、设计质量和设计效率高、对市场反应灵活等优势，所以被广泛地应用到了新产品的研发设计之中。
[0004]随着中压真空断路器日新月异的发展，对真空灭弧室内部的绝缘性能的要求也越来越高，所以如何使真空灭弧室内部的电场合理分布便成为了重要的研究课题之一。动、静触头之间的开距关系着触头间是否发生绝缘击穿，从而直接影响了真空断路器的绝缘性能；真空灭弧室内部的绝缘性能又与触头和屏蔽罩等部件的结构和尺寸关系很大。所以，需要研究真空灭弧室中触头的开距、触头的形状和悬浮屏蔽罩的形状等不同因素对真空灭弧室内部电场分布的影响，从而使中压真空灭弧室的绝缘性能得到改善。
[0005]目前的真空灭弧室内部电场的仿真方法都是在仿真软件中建立模型，一旦由于设计需要而研究灭弧室的某些参数(如真空灭弧室中触头的开距、触头的形状和悬浮屏蔽罩的形状)对灭弧室内部电场分布的影响，从而需要连续更改仿真模型参数，就只能不断重新建立模型，以至于影响了延长了灭弧室的设计周期的问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是为了解决目前的真空灭弧室内部电场的仿真方法采用在仿真软件中建立模型，一旦由于设计需要而研究灭弧室的某些参数对灭弧室内部电场分布的影响，从而需要连续更改仿真模型参数，就只能不断重新建立模型，以至于延长了灭弧室的设计周期的问题，本发明提供一种基于虚拟样机技术的中压真空灭弧室内部电场的真空灭弧室仿真方法及装置。
[0007]本发明的基于虚拟样机技术的中压真空灭弧室内部电场的真空灭弧室仿真方法，
[0008]它包括如下步骤:
[0009]用于运用Pro/Engineer软件建立待仿真的真空灭弧室的模型的步骤；
[0010]所述真空灭弧室的模型包括真空灭弧室整体结构的模型、真空灭弧室静端组件模型、真空灭弧室动端组件模型和真空灭弧室屏蔽罩模型；
[0011]用于采用Pro/Engineer软件和VC++6.0开发软件建立真空灭弧室模型的内部电场的仿真分析的虚拟样机的步骤，
[0012]用于将待仿真的真空灭弧室的结构设置参数同时导入到所述虚拟样机中，进行真空灭弧室内部电场的仿真计算，得到真空灭弧室内部电场的仿真分布结果的步骤；
[0013]用于改变虚拟样机中待仿真的真空灭弧室触头的开距、触头的形状和悬浮屏蔽罩的形状，结合获得的相应的真空灭弧室内部的电场分布，确定待仿真的真空灭弧室的最优结构设置参数的步骤。
[0014]基于虚拟样机技术的中压真空灭弧室内部电场的真空灭弧室仿真装置，它包括如下装置:
[0015]用于运用Pro/Engineer软件建立待仿真的真空灭弧室的模型的装置；
[0016]所述真空灭弧室的模型包括真空灭弧室整体结构的模型、真空灭弧室静端组件模型、真空灭弧室动端组件模型和真空灭弧室屏蔽罩模型；
[0017]用于采用Pro/Engineer软件和VC++6.0开发软件建立真空灭弧室模型的内部电场的仿真分析的虚拟样机的装置，
[0018]用于将待仿真的真空灭弧室的结构设置参数同时导入到所述虚拟样机中，进行真空灭弧室内部电场的仿真计算，得到真空灭弧室内部电场的仿真分布结果的装置；
[0019]用于改变虚拟样机中待仿真的真空灭弧室触头的开距、触头的形状和悬浮屏蔽罩的形状，结合获得的相应的真空灭弧室内部电场，确定待仿真的真空灭弧室的最优结构设置参数的装置。
[0020]本发明的优点在于,本发明通过VC++6.0开发软件对Pro/Engineer软件进行了二次开发，建立了用于真空灭弧室内部电场的仿真分析的虚拟样机，将仿真模型直接导入虚拟样机中，进行灭弧室内部电场的仿真计算，并且根据仿真结果分析触头的开距、触头的形状和悬浮屏蔽罩的形状等因素对灭弧室内部电场分布的影响，从而确定真空灭弧室的最优结构设置参数。与现有的仿真方法对比，利用本发明的装置及方法结合能使中压真空灭弧室内部电场分布的仿真过程更加简单、快捷，从而大大缩短灭弧室的设计周期，提高了仿真分析的效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为【具体实施方式】一所述的基于虚拟样机技术的中压真空灭弧室内部电场的真空灭弧室仿真方法的流程示意图。[0022]图2为采用本发明的方法不同的触头开距下静触头表面径向电场分布曲线。
[0023]图3为采用本发明的方法不同电极的静触头表面径向电场分布曲线。
[0024]图4为采用本发明的方法不同屏蔽罩半径的真空灭弧室沿取值方向的电场分布曲线。
[0025]图5为采用本发明的方法不同屏蔽罩翻边开口处半径的真空灭弧室沿取值方向的电场分布曲线。
[0026]图6为采用本发明的方法不同屏蔽罩翻边朝向情况下沿取值方向的电场分布曲线。
【具体实施方式】
[0027]【具体实施方式】一:结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的基于虚拟样机技术的中压真空灭弧室内部电场的真空灭弧室仿真方法，它包括如下步骤:
[0028]用于运用Pro/Engineer软件建立待仿真的真空灭弧室的模型的步骤；
[0029]所述真空灭弧室的模型包括真空灭弧室整体结构的模型、真空灭弧室静端组件模型、真空灭弧室动端组件模型和真空灭弧室屏蔽罩模型；
[0030]用于采用Pro/Engineer软件和VC++6.0开发软件建立真空灭弧室模型的内部电场的仿真分析的虚拟样机的步骤，
[0031]用于将待仿真的真空灭弧室的结构设置参数同时导入到所述虚拟样机中，进行真空灭弧室内部电场的仿真计算，得到真空灭弧室内部电场的仿真分布结果的步骤；
[0032]用于改变虚拟样机中待仿真的真空灭弧室触头的开距、触头的形状和悬浮屏蔽罩的形状，结合获得的相应的真空灭弧室内部的电场分布，确定待仿真的真空灭弧室的最优结构设置参数的步骤。
[0033]将上述的仿真模型的建立、模型参数的设置、模型的导入、仿真计算、模型参数的重新设置等步骤统一起来的过程即为中压真空灭弧室的虚拟样机技术的实现过程。
[0034]【具体实施方式】二:本实施方式是对【具体实施方式】一所述的基于虚拟样机技术的中压真空灭弧室内部电场的真空灭弧室仿真方法的进一步限定，
[0035]所述用于采用Pro/Engineer软件和VC++6.0开发软件建立真空灭弧室模型的内部电场的仿真分析的虚拟样机的步骤为:
[0036]采用VC++6.0开发软件对Pro/Engineer软件功能拓展的步骤；
[0037]采用拓展功能后的Pro/Engineer软件实现如下步骤:
[0038]获取建立真空灭弧室模型中的对象指针的步骤；根据对象指针获取相应对象的数据的步骤；
[0039]显示获取相应对象的数据的步骤；
[0040]输入重新设置对象指针的数据的步骤；
[0041]根据输入的对象指针的数据更新真空灭弧室模型中相关变量和相应对象的数据的步骤；
[0042]保存更新后的真空灭弧室模型的步骤。
[0043]【具体实施方式】三:本实施方式是对【具体实施方式】一或二所述的基于虚拟样机技术的中压真空灭弧室内部电场的真空灭弧室仿真方法的进一步限定，所述中压真空灭弧室为12kV/3150A/40kA 真空灭弧室。
[0044]本实施方式针对某种12kV/3150A/40kA真空灭弧室样品进行了外观测绘，在完成了灭弧室的解剖之后，对其内部进行了测绘，并且采用Pro/Engineer软件对该真空灭弧室进行了建模:
[0045]( I)真空灭弧室整体模型的建立
[0046]真空灭弧室的整体结构是真空断路器的最重要的部件。它主要由静触头、动触头、屏蔽罩、波纹管和外壳等零件组成。
[0047](2)真空灭弧室静端组件模型和动端组件模型的建立
[0048]真空灭弧室静端组件模型分别由静导电杆、静端触头、静端套接、端部屏蔽罩以及静端法兰组成。
[0049]真空灭弧室动端组件模型分别由动导电杆、动端触头、动端套接、波纹管以及端部屏蔽罩组成。其中，触头部分是真空灭弧室内最为重要的元件，它决定了真空灭弧室的开断能力和电气寿命，就接触方式而言，目前真空断路器的触头系统都是对接式的。
[0050](3)真空灭弧室屏蔽罩模型的建立
[0051]在触头周围设置屏蔽罩，其主要作用为以下四点:防止由于绝缘外壳被电弧生成物污染而引起的绝缘强度的降低；有利于电弧熄灭后介质强度的迅速恢复；可以使灭弧室内部的电压均匀分布。
[0052]本实施方式所述的真空灭弧室样品的触头主要由触头片、触头座和触头支撑三部分组成。
[0053]Pro/Engineer软件虽然具有强大的三维造型功能,但是由于它是通用的设计软件，所以没有对某种特定的产品提供专门的开发模块，使得之前的设计资源不能被充分的利用。因此，为了提高设计效率，对Pro/Engineer软件的功能进行拓展，从而达到能够提供特定产品的专用模块的目的，就必须进行Pro/Engineer软件的二次开发。
[0054]Pro/Engineer软件自带的Pro/Toolkit个性化开发工具包(应用程序接口)提供了强大的二次开发功能，由于它提供了大量的C语言库函数，所以外部应用程序能够安全有效地访问Pro/Engineer软件的应用程序与数据库，从而完成了 C语言程序与Pro/Engineer软件的无缝连接。而且,Pro/Toolkit还封装了许多Pro/Engineer软件底层的库函数与头文件，用户可以借助第三方编译环境对其进行调试。因此，本专利采用VC++6.0开发软件对Pro/Engineer软件进行二次开发。
[0055]( I)三维参数化设计的基本原理
[0056]参数化设计的基本原理是:将程序控制与三维模型结合起来，从而得到所需的三维实体模型。具体的过程为:首先，建立某种产品的三维模型；然后，根据零件具体的设计要求设置可以控制模型大小和形状的设计参数；最后，对零件的设计参数进行编程，从而实现设计参数的检索、修改以及新三维模型的再生的功能，并且提供人机交互界面。
[0057](2)参数化建模的步骤
[0058]参数化建模主要分为三个步骤:创建模型、创建参数和关系式和产品模型的参数化驱动。首先，根据模型的特征，在Pro/Engineer软件中创建模型的主体,根据模型尺寸草绘图形。其次，在Pro/Engineer软件的辅助设计工具中创立参数和关系式。最后，在Pro/Engineer软件的辅助设计工具中进行模型的参数化驱动。在启动Pro/Engineer软件平台后，用户需要注册应用程序，同时装载产品的三维模型，调用辅助工具。由于人机界面中参数名的含义十分明确，所以很容易在界面中修改相关的参数值，然后单击“确定”按钮，生成新的三维模型。
[0059](3)程序的实现
[0060]本专利采用同步模式对Pro/Engineer软件进行开发,将参数化应用程序通过动态链接库集成到Pro/Engineer软件的应用系统中。首先，在VC++6.0开发软件中设计人机交互界面；然后，软件向导自动生成MFC/DLL框架程序，并对应用程序进行初始化；最后，在已经生成的框架中设置编译环境以及完成CPP程序的编写，编译程序，并且完成可以被Pro/Engineer软件调用的DAT文件的编写。
[0061]I)界面的设计
[0062]具有人机交互功能的可视化界面的设计是在VC++6.0开发软件提供的对话框编辑器中完成的。具体操作过程分为三步，分别为:插入对话框资源、在对话框中添加控件、设置对话框与所添加控件的相关属性。对话框可以通过菜单进行调用，也可以根据需要动态调节对话框的尺寸和结构，从而将不同的内容显示出来。菜单由Pro/Toolkit提供的相关函数进行设计，集成在Pro/Engineer软件的菜单条中。
[0063]为了简化计算，应用于电场仿真分析的虚拟样机中只包括“触头座”、“触头片”、“触头支撑”、“静导电杆”、“动导电杆”和“屏蔽罩”，所以在参数化建模时只建立“触头座”、“触头片”、“触头支撑”、“静导电杆”、“动导电杆”和“屏蔽罩”的参数化模型。“仿真模型”菜单栏中共分为“电场仿真模型”一级子菜单，在一级子菜单中又分为“静导电杆”、“动导电杆”、“触头座”和“屏蔽罩”等选项。单击菜单栏中“仿真模型”，然后在所示的下拉菜单中选择“屏蔽罩”选项，弹出“屏蔽罩”参数化设计界面对话框。用户可以根据需要在对话框中输入各个尺寸参数，点击“确定”按钮后在Pro/Engineer软件环境中得到所要的“屏蔽罩”三维模型。
[0064]2)应用程序的创建及其初始化
[0065]应用程序的创建及其初始化主要包括以下三个方面的内容:首先，按照Pro/Toolkit应用程序在Pro/Engineer软件环境中运行的要求，设计初始化接口程序user_initialize ()函数和终止程序userterminate ()函数；其次,根据设计功能的需求,设计Pro/Toolkit_应用程序的主体部分，这里包括一个或多个CPP程序，从而完成应用程序所需要达到的预定功能；最后，完成对话框资源文件(.res)和菜单信息文件(message, txt)的编与。
[0066]3) CPP程序的开发流程
[0067]采用面向对象C++语言编写CPP程序,并且充分利用了 MFC (Microsoft FundationClasses)所提供的所有类库，从而降低了程序的复杂程度。程序的开发流程为:首先，获取三维模型中的对象指针；然后，显示并设置对象的相关参数信息，更新模型；最后，检验模型是否满足设计要求，如果满足，则完成设计并保存模型。
[0068]完成CPP程序的编写之后，编译程序，生成DLL文件。并将DLL文件的信息与菜单文件的信息写入DAT文件，在Pro/Engineer软件的辅助工具中调用DAT文件，进入参数化界面，在人机交互的界面中就可以完成对模型的修改。以“屏蔽罩”模型为例，将“屏蔽罩”模型的半径由46.25mm修改为51.25mm。[0069]真空灭弧室内部纵向电场分布影响因素的分析:
[0070](I)触头开距对电场分布的影响:
[0071]改变触头开距,使其分别为8mm、IOmm和Ilmm,从而研究不同的触头开距对真空灭弧室内部电场分布的影响。其中，静触头表面沿直径方向路径的取值方向为:从静触头表面的中心处沿静触头表面径向方向到触头表面的外缘。图2为不同的触头开距下静触头表面径向电场分布曲线。
[0072]从图2可以看出:随着动、静触头之间开距的增大，静触头表面的电场强度和灭弧室内部电场强度的最大值随之减小，但是电场强度的分布趋势没有明显改变。这说明:改变触头之间的开距，只是可以降低灭弧室内部的电场强度，但是不能改变灭弧室内部的电场分布，不能降低场强差。所以，单纯的改变动、静触头之间的开距，真空灭弧室的绝缘性能不能得到明显改善。
[0073](2)不同电极对电场分布的影响:
[0074]由前面的研究可以知道:虽然真空灭弧室触头之间的电位差最大，场强较强，但是由于这部分区域的面积较大，所以电场分布比较均匀，耐压性能较好。因此，在触头开距合适的情况下，动、静触头之间不易发生击穿。但是静触头表面的电场分布不均匀，在距离触头表面中心35mm处(即触头边缘倒角处)，电场强度出现了快速的增大，是真空灭弧室内部电场分布的最强点。本专利分别对触头边缘为直角、倒圆角(半径Imm)和倒圆角(半径
1.5mm)情况下的电场模型进行计算，取值方向为:从静触头表面的中心处沿触头表面径向方向到触头表面的外缘，图3为不同电极的静触头表面径向电场分布曲线。
[0075]从图3中可以看出:(1)当触头外形中的棱边做圆倒角处理后，静触头表面的电场强度明显下降，电场分布更加均匀。(2)当触头外形中的棱边做圆倒角处理后，真空灭弧室内部的电场强度也明显减小，改善了真空灭弧室的绝缘性能。(3)在一定范围内，随着触头边缘棱边的圆倒角半径的增大，静触头表面的电场强度呈下降趋势。但需要的注意的是:在实际的设计中，需要综合考虑各种因素来对触头边缘圆倒角的半径进行选择，不能一味的增大圆倒角的半径。这是因为:圆倒角半径的增大会同时减小触头之间实际的接触面积，弓丨起触头表面的电流密度的增大，导致真空电弧难以开断，从而影响了真空灭弧室的开断性倉泛。
[0076](3)屏蔽罩对电场分布的影响:
[0077]触头和屏蔽罩之间的区域和屏蔽罩边缘区域的电场分布比较不均匀，影响了灭弧室的绝缘性能。因此，有必要分析屏蔽罩的尺寸、翻边开口处的半径与朝向对灭弧室内部电场分布的影响，使得上述区域的电场分布更加均匀。
[0078]I)屏蔽罩的半径对内部电场分布的影响
[0079]为研究屏蔽罩的尺寸对真空灭弧室内部电场分布的影响，当其他条件不变时，只改变屏蔽罩的半径，对比计算真空灭弧室内部的电场分布。分别取屏蔽罩半径为46.25mm、48.75mm和51.25mm时的情况进行分析，取值方向为:从静触头下端面的外缘处沿径向到屏蔽罩的内侧，对其数值和分布分别进行比较，图4为不同屏蔽罩半径的真空灭弧室沿取值方向的电场分布曲线。
[0080]从图4中可以看出:(1)从三条曲线的趋势来看，在静触头下端面的外缘处附近，电场强度快速上升，但是随着与静触头距离的增大，电场强度逐渐下降，并且最终趋于平缓。这是因为在静触头下端面的外缘处附近区域的面积较小，导致这部分区域的电荷分布相对集中，所以这部分区域的电场强度会快速上升。但是随着与静触头距离的增大，电荷分布逐渐均匀，因此电场强度逐步下降，最终趋于平缓。(2)屏蔽罩的半径为46.25mm时，所选取值位置的电场强度最大值为1.23X 106V/m ;屏蔽罩的半径为48.75mm时，电场强度最大值下降为9.1 X 105V/m ;屏蔽罩的半径为51.25mm时，电场强度最大值进一步下降为
6.75X 105V/m。所以，在一定范围内，随着屏蔽罩半径的增大，屏蔽罩与触头之间的电场强度明显减小；而且就电场分布而言，屏蔽罩半径为51.25mm时，屏蔽罩与触头之间区域的电场分布更加均匀。
[0081]2)屏蔽罩翻边开口处的半径对内部电场分布的影响
[0082]为了研究屏蔽罩翻边开口处的半径对周围电场分布的影响，当其他条件不变时，只改变屏蔽罩翻边开口处的半径，对比计算真空灭弧室内部的电场分布。取屏蔽罩翻边开口处的半径分别为2.5mm、3mm和3.5mm时的情况进行分析,取值方向为:从屏蔽罩翻边处开口处的内侧沿径向到屏蔽罩的外缘，对其数值和分布分别进行比较，只研究屏蔽罩翻边开口处的半径对屏蔽罩翻边开口区域电场分布的影响。图5为不同屏蔽罩翻边开口处半径的真空灭弧室沿取值方向的电场分布曲线。
[0083]从图5中可以看出:(1)从三条曲线的趋势来看，在屏蔽罩翻边开口处附近，电场强度快速上升，并且达到最大值，但是随着与屏蔽罩翻边开口处距离的增大，电场强度逐步下降，最终趋于平缓。这是因为:屏蔽罩的翻边开口处的面积很小，这部分区域的电场分布也相对集中。虽然这部分区域的电场强度远低于动、静触头之间的电场强度，但是由于屏蔽罩的翻边开口处的材料比较薄，绝缘性能比较差，所以此处也是真空灭弧室绝缘性能的薄弱点。(2)在所取的半径范围内，屏蔽罩翻边开口处的半径为2.5mm时，所取的翻边开口处附近区域的电场强度最大，其最大值为1.64X 105V/m ;屏蔽罩翻边开口处的半径为3.5mm时，所取的翻边开口处附近区域的电场强度最小，其最大值为1.4X105V/m。所以，在一定范围内，随着屏蔽罩翻边开口处的半径的增大，屏蔽罩翻边开口处附近区域的电场强度略有减小；而且就电场分布而言，屏蔽罩翻边半径为3.5mm时，屏蔽罩翻边开口处附近区域的的电场分布比较均匀。
[0084]3)主屏蔽罩翻边开口朝向对内部电场分布的影响
[0085]为了研究屏蔽罩翻边开口朝向对周围电场分布的影响，在其余部分结构和条件不变的情况下，只改变屏蔽罩翻边开口的朝向，取值方向为:屏蔽罩与静导电杆之间的中线位置，对比计算真空灭弧室内部的电场分布。图6为不同屏蔽罩翻边朝向情况下沿取值方向的电场分布曲线。
[0086]从图6中可以看出:当保证同样绝缘间隙的时，屏蔽罩翻边开口朝向灭弧室外侧时，所选路径的最大电场强度为3.37X 105V/m;而屏蔽罩翻边开口朝向灭弧室内侧时，所选路径的最大电场强度为3.52X 105V/m。因此，屏蔽罩翻边开口朝向灭弧室外侧时，屏蔽罩与静导电杆之间区域的电场强度比较小。
[0087]【具体实施方式】四:本实施方式是对【具体实施方式】一所述的基于虚拟样机技术的中压真空灭弧室内部电场的真空灭弧室仿真方法的进一步限定，
[0088]待仿真的真空灭弧室的材料设置参数和边界条件为:
[0089]导电杆和触头座的参数均为纯铜材料相应的参数；[0090]触头支撑和屏蔽罩的参数均为不锈钢材料相应的参数；
[0091]触头片的参数为CuCr50材料相应的参数；真空的相对介电常数为I ;
[0092]对静触头及其金属连接件施加高电位12kV ；
[0093]对动触头及其金属连接件为零电位；屏蔽罩设置为悬浮导体；计算场域为建立的真空灭弧室的模型的5倍，无限远边界处设置为零电位。
[0094]本实施方式中，假设在整个中压真空灭弧室内部电场的计算区域内没有分布自由电荷，满足Laplace方程,公式I为Laplace方程。
[0095]
【权利要求】
1.基于虚拟样机技术的中压真空灭弧室内部电场的真空灭弧室仿真方法，其特征在于，它包括如下步骤: 用于运用Pro/Engineer软件建立待仿真的真空灭弧室的模型的步骤； 所述真空灭弧室的模型包括真空灭弧室整体结构的模型、真空灭弧室静端组件模型、真空灭弧室动端组件模型和真空灭弧室屏蔽罩模型； 用于采用Pro/Engineer软件和VC++6.0开发软件建立真空灭弧室模型的内部电场的仿真分析的虚拟样机的步骤， 用于将待仿真的真空灭弧室的结构设置参数同时导入到所述虚拟样机中，进行真空灭弧室内部电场的仿真计算，得到真空灭弧室内部电场的仿真分布结果的步骤； 用于改变虚拟样机中待仿真的真空灭弧室触头的开距、触头的形状和悬浮屏蔽罩的形状，结合获得的相应的真空灭弧室内部的电场分布，确定待仿真的真空灭弧室的最优结构设置参数的步骤。
2.根据权利要求1所述的基于虚拟样机技术的中压真空灭弧室内部电场的真空灭弧室仿真方法，其特征在于，所述用于采用Pro/Engineer软件和VC++6.0开发软件建立真空灭弧室模型的内部电场的仿真分析的虚拟样机的步骤为: 采用VC++6.0开发软件对Pro/Engineer软件功能拓展的步骤； 采用拓展功能后的Pro/Engineer软件实现如下步骤: 获取建立真空灭弧室模型中的对象指针的步骤；根据对象指针获取相应对象的数据的步骤； 显示获取相应对象的数据的步骤； 输入重新设置对象指针的数据的步骤； 根据输入的对象指针的数据更新真空灭弧室模型中相关变量和相应对象的数据的步骤； 保存更新后的真空灭弧室模型的步骤。
3.根据权利要求1或2所述的基于虚拟样机技术的中压真空灭弧室内部电场的真空灭弧室仿真方法，其特征在于， 所述中压真空灭弧室为12kV/3150A/40kA真空灭弧室。
4.根据权利要求1或2所述的基于虚拟样机技术的中压真空灭弧室内部电场的真空灭弧室仿真方法，其特征在于， 待仿真的真空灭弧室的材料设置参数和边界条件为: 导电杆和触头座的参数均为纯铜材料相应的参数； 触头支撑和屏蔽罩的参数均为不锈钢材料相应的参数； 触头片的参数为CuCr50材料相应的参数；真空的相对介电常数为I ; 对静触头及其金属连接件施加高电位12kV ； 对动触头及其金属连接件为零电位；屏蔽罩设置为悬浮导体；计算场域为建立的真空灭弧室的模型的5倍，无限远边界处设置为零电位。
5.基于虚拟样机技术的中压真空灭弧室内部电场的真空灭弧室仿真装置，其特征在于，它包括如下装置: 用于运用Pro/Engineer软件建立待仿真的真空灭弧室的模型的装置；所述真空灭弧室的模型包括真空灭弧室整体结构的模型、真空灭弧室静端组件模型、真空灭弧室动端组件模型和真空灭弧室屏蔽罩模型； 用于采用Pro/Engineer软件和VC++6.0开发软件建立真空灭弧室模型的内部电场的仿真分析的虚拟样机的装置， 用于将待仿真的真空灭弧室的结构设置参数同时导入到所述虚拟样机中，进行真空灭弧室内部电场的仿真计算，得到真空灭弧室内部电场的仿真分布结果的装置； 用于改变虚拟样机中待仿真的真空灭弧室触头的开距、触头的形状和悬浮屏蔽罩的形状，结合获得的相应的真空灭弧室内部电场，确定待仿真的真空灭弧室的最优结构设置参数的装置。
6.根据权利要求5所述的基于虚拟样机技术的中压真空灭弧室内部电场的真空灭弧室仿真装置，其特征在于， 所述中压真空灭弧室为12kV/3150A/40kA真空灭弧室。
7.根据权利要求5所述的基于虚拟样机技术的中压真空灭弧室内部电场的真空灭弧室仿真装置，其特征在于， 待仿真的真空灭弧室的材料设置参数和边界条件为: 导电杆和触头座的参数均为纯铜材料相应的参数； 触头支撑和屏蔽罩的参数均为不锈钢材料相应的参数； 触头片的参数为CuCr50材料相应的参数；真空的相对介电常数为I ; 对静触头及其金属连接件施·加高电位12kV ； 对动触头及其金属连接件为零电位；屏蔽罩设置为悬浮导体；计算场域为建立的真空灭弧室的模型的5倍，无限远边界处设置为零电位。
【文档编号】G06F17/50GK103577657SQ201310611554
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月26日 优先权日:2013年11月26日
【发明者】孙巍, 张大为, 孙晨, 张洪达 申请人:国家电网公司, 黑龙江省电力科学研究院