5.8. О МАШИННОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ

Большая материалоемкость мощных ИТ и крупносерийное промышленное производство ИТ меньших мощностей выдвигают как весьма актуальную задачу оптимизации технико-экономических показателей ИТ. Наиболее успешно эта задача может решаться методами машинного (автоматизированного) проектирования ИТ — с применением современной вычислительной техники. Практически это означает необходимость разработки системы автоматизированного проектирования ИТ (САПР ИТ).

В отличие от разработанных и внедренных промышленных САПР силовых трансформаторов [31] САПР ИТ находится на начальной стадии развития. Программы, разработанные для отдельных расчетов (в основном расчеты переходных процессов в цепях с ИТ) позволяют решать лишь частные задачи и недостаточны для организации САПР. Характерные показатели настоящего состояния САПР ИТ — единичные публикации в периодической печати, отсутствие цельной концепции,

а также общедоступной библиотеки алгоритмов и программ. Поэтому главные задачи на этапе становления САПР ИТ: выработка соответствующей концепции, преодоление психологических барьеров у разработчиков ИТ и стимулирование начинаний в этой области. С учетом опыта разработки и внедрения САПР силовых трансформаторов это представляется особенно важным [31].

Между силовыми и импульсными трансформаторами как по принципу действия, так и в конструктивном отношении нет существенного различия. Поэтому САПР ИТ естественно создавать на основе разработанных и апробированных опытом промышленного проектирования САПР силовых трансформаторов, сведения о которых систематизированы в работе [31], где дана также обширная библиография.

Попытки создания САПР ИТ в том понимании, которое придается САПР в работе [31 ], представлены фактически единственной работой [32], где приведены результаты машинного расчета и оптимизации основных конструктивных параметров некоторой конкретной конструкции мощного высоковольтного ИТ. В основу процедуры оптимизации положена минимизация некоторой функции качества, выполняемая с учетом ограничений по ряду параметров. Разработанный метод не накладывает ограничений на структуру схемы замещения ИТ. Это позволяет, по крайней мере теоретически, учесть особенности генератора импульсов, соединительных цепей, нагрузки, специфику предварительно выбранной конструкции ИТ. Практически же такая возможность существенно ограничена малым числом допускающих варьирование конструктивных параметров, на что ранее уже обращалось внимание. Соответствующая программа расчетов достаточно проста и поэтому не лимитирована машинным временем. В целом работа [32] может служить приемлемой методической основой для построения САПР ИТ.

Главное препятствие на пути построения надежной САПР ИТ на основе работ [31, 32] — недостаточная разработанность общей теории ИТ и неполная информация о характеристиках электрических и магнитных материалов в разнообразных импульсных режимах работы. Так например, в теории ИТ не рассмотрена тонкая структура искажений формы трансформированного импульса и, что особенно важно, на практике даже не выработаны критерии для ее учета; потери в МС и обмотках рассчитываются весьма приближенно; в расчеты вводятся усредненные справочные характеристики применяемых материалов, а в импульсных режимах они существенно иные; почти всегда отсутствует полная информация 6 свойствах нагрузки и т. д. При проектировании ИТ учет всех этих факторов весьма важен. Так, погрешность 10% в расчете длительности фронта импульса приводит, согласно формуле (5.1), к такой же ошибке в определении объема МС; отклонение диэлектрической проницаемости от принятого справочного значения на 20%, что более чем вероятно, приводит, согласно формуле (5.2), к ошибке в определении объема МС еще на 10%. В конечном итоге при современном состоянии теории ИТ и справочных материалов учет даже всех факторов не гарантирует точности расчетов выше 30%.

Таким образом, высокие точностные возможности машинных методов не могут быть реализованы в практических расчетах и преимущества машинных методов по изложенным причинам фактически сводятся к освобождению проектировщика от рутинной вычислительной работы. Отсюда следует вывод о необходимости совершенствования теории ИТ, что само по себе невозможно без тех же машинных методов, так как уточнение теории ИТ требует, прежде всего, более точного исследования протекающих в ИТ переходных процессов, а в этой области

возможности традиционных аналитических методов практически исчерпаны.. Отметим, что при разработке САПР силовых трансформаторов подобные трудности возникли и преодолевались многолетней целенаправленной работой ряда специализированных коллективов.

Другое перспективное применение машинных методов - использование их для поверочных расчетов спроектированных ИТ, т. е. для анализа конкретных конструкций ИТ. Здесь в отличие от проектирования вполне целесообразно представлять ИТ возможно более точной схемой замещения, так как задача анализа не включает в себя поиск средств управления свойствами ИТ. На этой основе свойства спроектированного ИТ могут быть установлены весьма точно, что, однако, также требует уточнения характеристик материалов в соответствующем импульсном режиме. Систематическое проведение машинных поверочных расчетов позволит накопить банк данных, что может быть в последующем использовано при проектировании ИТ. Для подтверждения важности поверочных расчетов сошлемся на работу [8], где показано, что таким способом удалось установить даже влияние распределенного характера электромагнитных параметров обмоток на искажения трансформированного импульса и пространственно-временное распределение напряжения между обмотками. Высокая точность исследования была обеспечена введением в расчеты измеренных значений индуктивных и емкостных параметров катушки ИТ. Этим здесь дополнительно обращается внимание на то, что расчетные методы нуждаются в надежных экспериментальных данных. В целом же работами [8] и [32] доказана высокая эффективность машинных методов, позволивших, в-частности, автору работы [8] получить качественно новые результаты.

В заключение представляется уместным предостеречь от заблуждения, будто бы машинные методы освобождают от знания теории, от анализа конструкций и т. д. Последнее необходимо по меньшей мере хотя бы для квалифицированной постановки задач, соответствующих высоким вычислительным возможностям машинных методов.