三維技術在電力電子設備的研發(fā)中的應用

周史冉　梁志炎　趙晚昭

摘 要：本文主要介紹三維技術運用于電力電子設備研發(fā)過程的基本步驟及要求，利用其建立虛擬工作平臺，縮短了研發(fā)周期，還可以在實際的加工生產(chǎn)前，對電力電子設備各方面信息有更全面的了解，從而使研發(fā)的質(zhì)量得到有效提升。

關鍵詞：三維技術 電力電子設備 研發(fā)應用

中圖分類號：TP391.7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）04（c）-0122-02

在當前對電力電子設備的開發(fā)生產(chǎn)中，通過對三維技術的有效應用，不僅能夠大幅度提升生產(chǎn)制造的效率，而且能夠通過三維技術構(gòu)建實體模型，且該模型與最終生產(chǎn)制造完成的電力電子設備有較高的還原度。由此在電力電子設備研發(fā)中，應用三維技術進行優(yōu)化和完善，對提升研發(fā)的整體質(zhì)量和效率起到了不可或缺的重要作用。

1 三維設計在電力電子行業(yè)中的分析和應用

目前在三維建模行業(yè)中，著名的三維建模軟件有Auto CAD、3Dmax、vr虛擬現(xiàn)實、Solid Works等，Solid Works在實體建模方面表面出較好的性能，將其應用到電力電子設備的研究中，其能夠通過對電力電子設備的特征分析，然后逐一完成各內(nèi)部零件的優(yōu)化設計，并在軟件平臺中進行智能化裝配，自動進行零件之間的干涉檢查和有限元分析等。從其在實際中的應用情況來看，該三維技術不僅在操作上較為簡單，方便人們對其學習和使用，而且有著較高的智能化程度，能夠?qū)⒏嗟脑O計信息進行參數(shù)化處理，為研發(fā)設計帶來實質(zhì)性的幫助。此外Solid Works等三維軟件與基本的Auto CAD表現(xiàn)出較高的兼容性，這也為許多設計人員設計工作開展帶來便利，能夠讓設計人員花費更多的精力在電力電子設備研發(fā)工作上。

2 三維設計平臺的建立

三維設計平臺主要指的是完成基本模型建立后的計算機三維軟件，通過該平臺能夠完成電力電子設備各零件的繪制，并在平臺中對零件進行組裝。而三維設計平臺的建立實質(zhì)上就是對三維設計中相關模型的虛擬設計制作，組裝組合整體構(gòu)建等等。

（1）三維設計平臺構(gòu)建的要素。在利用三維設計軟件研發(fā)電力電子設備的過程中，對于其中只能夠通過購買，而不能自行制作的元器件，將之稱為剛性器件，而這也因此成為電力電子三維設計平臺的關鍵要素。

（2）根據(jù)圖紙采集剛性器件。結(jié)合電力電子設備設計的原理圖，對其中需要的剛性器件種類做出確定，然后將這些剛性器件采集出來。

在對電子產(chǎn)品進行結(jié)構(gòu)設計的過程中，主要通過三維設計技術來完成對其結(jié)構(gòu)的設計制作，并以此來進行元器件安裝。在具體操作中，首先需要對電力電子設備的運行原理圖進行仔細分析，將其中的標準電氣元件進行細分，然后利用這些元件構(gòu)建出設計工作開展需要的三維設計平臺。當三維設計平臺構(gòu)建完成后，通常只能夠?qū)ζ湟苿樱荒軌蛟匐S意的對之進行更改。

通過三維軟件（3dsmax、Solid Works等）設計，對于上面步驟中分解出的剛性元件主要需根據(jù)其具體尺寸來進行三維模型繪制，然后將之用實際的元器件名稱來進行存儲。在對零件三維模型繪制的過程中，需要先繪制草圖，然后完成零件的平面圖形繪制，最后基于該草圖進行拉伸、切除、旋轉(zhuǎn)等操作處理，構(gòu)成想要的三維模型。在此繪制過程中需對繪制的比例引起重視，通常都需嚴格按照1：1的比例進行設計輸入，由此能夠構(gòu)建出一個相對精確的電力電子三維虛擬設計平臺。

3 虛擬工作平臺的研發(fā)進程

3.1 制定研發(fā)原則

為有效實現(xiàn)整機或單元虛擬工作平臺的研發(fā)，在實際應用三維技術進行研發(fā)的過程中，還需要遵循相應平臺的特點，制定出與之對應的研發(fā)原則，這樣才能有效保證其研發(fā)效率。（1）在應用三維技術設計元件結(jié)構(gòu)時，在設計過程中需要完成對結(jié)構(gòu)元件的組裝定位，盡量減少需要后期人工完成安裝的部件數(shù)量，有效保證配合精度。（2）重點考慮設備加工精度，提升設備元件的合理性。（3）分別設置強弱電系統(tǒng)，避免強弱電并排布線等相關電力問題。（4）元件在空間布置上應滿足EMC設計國家標準。（5）在保證技術參數(shù)以及在科學合理的前提下，應盡可能縮小設計體積。

3.2 三維技術在電力電子設備研發(fā)中的實際應用

在應用三維技術進行電力電子設備的研發(fā)時，首先需進行實體建模，然后設計電力電子設備的單體零件，并對之形成的各個部件進行組裝，最后在軟件中組裝出三維的裝配體。該應用過程實質(zhì)上就是對電力電子設備進行單體的切除，然后將各個單體進行疊加組裝的過程。從具體應用來看，主要按照如下的步驟來進行：第一，開啟三維設計軟件，并進入到設計模式中。第二，對電力電子各部件的特征進行分析，并確定各具體參數(shù)信息，然后按照相應的特征對之開始創(chuàng)建繪制。第三，繪制電力電子各個零件的特征草圖，并對其參數(shù)信息做具體調(diào)整。第四，對基本參數(shù)信息調(diào)整后的電力電子零件進行凸臺特征和切除特征等操作。第五，完成所有特征處理后的電力電子零件，應分別進行零件模型存儲。第六，調(diào)取完成制作的電力電子零件模型，并對其進行合理的組裝組合。第七，完成全部的設備組裝以后，進行虛擬三維的檢查和調(diào)試。

對電力電子設備進行三維設計的過程，實質(zhì)上也是一個生產(chǎn)實踐的過程，而其中各個零件的設計是電力電子設備設計工作中最為重要的部分，同時也是最為基礎的部分。而三維設計中應用到的特征處理，是一個對零件單體到完整電子電力設備不斷優(yōu)化完善的過程，有助于最后電力電子設備的順利裝配，以及最終大型設備完成。對當前三維設計的理念展開分析，其主要包括兩種形式：其一，自上而下的設計理念。這種設計理念主要從電力電子設備的整體出發(fā)，在確定某個零件的尺寸和特征之后，根據(jù)相應的裝配工藝，以該零件為基準然后開始另一個零件的設計，以此來完成電力電子設備中所有零件的設計，最后組裝成實際所需的電力電子設備。其二，自下而上的設計理念。該理念主要要求設計人員按照各零件的功能需求進行設計，然后將所有零件按照裝配關系組裝成產(chǎn)品。雖然從理念上存在不同，但在實際的設計中，兩種理念常相互配合應用，且對實際設計效果的提升有較多的幫助。

在設計電力電子設備的相關零件時，應當對其中的繪畫基準面做出確定，然后利用三維軟件來進行特征草圖的繪制，使設計出來的零件能夠在功能上滿足實際需求。零件設計是產(chǎn)品三維設計的基礎，在完成零件設計后，就可以開始對產(chǎn)品的零部件進行裝配，并且按照所需要的視角來完成三維圖紙的繪制。在實際的設計應用中，為有效提升設計的效果，還需對其中的技巧進行靈活的把握，從具體來看，主要可以進行如下的操作：（1）對工作模板做對應的設置，以保證設計零件能夠滿足企業(yè)標準和國家標準；（2）設定自身熟悉的快捷鍵操作模式，三維設計在電力電子設備中的應用，通常是一個較為復雜的設計過程，合理應用快捷鍵能夠提升設計的效率；（3）采用延緩配合法。在裝配過程中，常常會遇到許多配合上的問題，此時采用延緩配合法能夠有效提升裝配的速率，使電力電子設備裝配設計具有更高的效率。

4 結(jié)語

三維設計技術在現(xiàn)代各領域的設計中已越來越被廣泛的采用，而要真正掌握此項設計方法，還需要研發(fā)人員全面的了解設計對象及三維設計軟件的功能，在實際設計中不斷的體會、應用和總結(jié)。

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