системы - акт творчссгва. Из этого следует, что добиться полной автоматизации труда разработчика невозможно да и вряд ли нужно fl, 2]. Основными задачами проектирования являются повышение качества нового изделия и уменьшение времени, затрачиваемо1() на его разработку. Не секрет, что материальные и временные ограничения заставляют разработчика выбирать не оптимальное, а допустимое техническое решение, лежащее, возможно, вблизи границы области пространства конструктивных параметров, удовлетворяющей требованиям ТЗ.

Это показывает, что основным нанршлснисм автоматизации проектирования является не автоматизация таких вспомогательных работ, как выполнение чертежей и технической документации, и даже не проведение отдельных инженерных расчетов изделия на ЭВМ, а обеспечение разработчику возможности npocMOTjeTb и проанализировать максимальное число технических решений, удовлетворяющих требованиям ТЗ, и отобрать из них оптимальное.

Неформа:П)ный характер процесса разработки новых изделий обусловливает ряд особенностей задач проектирования, а именно: нечеткое (словесное) описание некоторых конструктивных параметров, ограничений и критериев; неопределенность критерия качества разработки (наличие нескольких противоречивых критериев, неявное их описание) ; сложность и трудоемкость вычисления значений критериев. Это приводит к необхо имости использования аппарата, позволяющего обрабатывать нечеткую словесно заданную информацию; декомпозиции задачи проектирования на ряд более простых подзадач с последующим согласованием их решений; построения иерархии математических моделей расчета параметров изделия. Указанные причины делают невозможным сведение задачи оптимального проектирования изделия в целом к задаче математического программирования даже для таких сравнительно простых изделий, которыми являются силовые резисторы.

Решение задач проектирования мыслимо то 1ько в тесном диалоговом взаимодействии системы автоматизированного проектирования (САПР) с разработчиком. Разработчик задает системе правила формирования альтернативных вариантов конструкции, ограничения и критерии качества, система же рассчитывает параметры конструктивных вариантов, проверяет на соответствие требованиям ТЗ, упорядочивает их по степени удовлетворения глобальному критерию качества В тех случаях, когда неопределенность задания критериев не позволяет выбрать оптимальное техническое решение, система обращается к разработчику с тем, чтобы он устранил неопределенность. Ограниченные способности человека к переработке информации приводят к необходимости сокращения числа допустимых вариантов, предъявляемых разработчику одновременно. На каждом этапе своей работы САПР должна последовательно отсекать заведомо недопустимые конструк-

тивные варианты. При этом может оказаться, что система ограничений и критериев задана так, что множество допустимых конструкций изделия окажется пустым. Это обусловливает необходимость гибкого изменения алгоритма последовательного отбора вариантов конструкций.

В данной главе изложены методы расчета параметров силовых резисторов, а также подходы, позволяющие оценить характеристики проектируемого изделия на начальных стадиях проектирования, отбросить заведомо непригодные варианты, выделить перспективные технические решения, а следовательно, ускорить процесс конструирования и повысить качество разрабатываемых изделий.

2.1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИЛОВЫХ РЕЗИСТОРОВ

Основной задачей, возникающей при проектировании силовых резисторов, является обеспечение их работоспособности, т.е. выполнения заданных функций в течение определенного промежутка времени. Силовые резисторы в электроэнергетических установках находятся под нагрузкой в течение короткого промежутка времени действия коммутационной защитной аппаратуры. В свою очередь по условиям работы в электротехнических установках и схемах силовые резисторы могут быть разделены на два типа, существенно различающихся по техническим требованиям к ним.

Первый из указанных типов - резистор для шунтирования дугогаси-тельных камер предназначен для работы при повышенных градиентах напряжения (около 10 В/м) в течение коротких промежутков времени (30-50 мс), второй - для использования в различных электроэнергетических схемах при воздействии слабых электрических полей в течение длительных промежутков времени. В зависимости от режима, в котором предполагается работа силового резистора, необходимо учитывать следующие физические явления:

1) для очень коротких импульсов (Ш"* - 10" с) способность резистора воспринимать энергию определяется его собственными индуктивностью и емкостью (проникновением электромагнитной энергии в РЭ);

2) для более длительных импульсов (10"* - 5-10" с) нагрузочная способность резистора определяется его собственной теплоемкостью (адиабатический процесс нагрева РЭ). теплообменом резистора с окружающей средой можно пренебречь;

3) в установившихся и повторно-кратковременных режимах работы силовых резисторов его нагрузочная способность определяется возможностью рассеяния подводимой к нему мощности в окружающую среду;

4) в продолжительных режимах работы (более 10 с) основным фактором, определяющим работоспособность силового резистора, является деградация параметров РЭ.

Отказы силовых резисторов возникают вследствие превышения предельно допустимой напряженности поля, которое приводит к электрическому пробою; превышения в какой-то момент времени допустимой температуры в изделии, ведущего к необратимому изменению параметров РЭ и в свою очередь к тепловому пробою; выхода сопротивления силового резистора из заданных пределов из-за изменения параметров резистивного материала.

Условия работоспособности силового резистора:

Wir) < идоп(г);

Е(г) < доп(т); Т(г) < Гдо„;

О < т < Т,„ах

> • (2.1)

где W - мощность, которой нагружается резистор; Ндоп - предельная мощность, им рассеиваемая, Е - напряженность электрического поля в силовом резисторе; доц - предельно допустимая напряженность поля*; Т(т) и Тдоп - температура в РЭ и максимально допустимая температура; Rmin, Rij), R,nax - минимально допустимое сопротивление, сопротивление в данный момент времени и максимально допустимое сопротивление резистора в процессе его эксплуатации; т - текущее время; Ттах- время эксплуатации силового резистора.

Следует отметить, что Ндоп (т) зависит от размеров силового резистора, условий теплоотдачи в окружающую среду, режима нагруже-ния резистора, £доп - от конфигурации и размеров РЭ, условий его изоляции, а Ттах - от электро- и тештофизических параметров используемых материалов.

Задачу проектирования силового резистора можно сформулировать как

max Идоп(т) (2.2)

при выполнении условий (2.1). Дополнительно задаются ограничения на габаритные размеры изделия, причем выбранное техническое решение должно быть максимально удалено от границ рабочей области, как показано на рис. 2.1. Действительно, техническое решение, соответствующее точке 1, не удовлетворяет по крайней мере ограничению 2; техническое решение 2 находится в допустимой области, но пюбое случайное изменение параметров технологического процесса может привести

*В (2.1) опущена зависимость предельно допустимой напряженности и допустимой температуры от пространственных координат; предполагается, что указанные условия выполняются для всех без исключения элементов конструкции резистора.