CN101233518B

CN101233518B - 用于文档化变压器设计的自动化方法和工具

Info

Publication number: CN101233518B
Application number: CN2006800274645A
Authority: CN
Inventors: 大卫·N·科克斯; 托马斯·J·拉努
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland; ABB Research Ltd Sweden
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2026-07-28
Also published as: WO2007016391A3; EP1910950A2; WO2007016391A2; US7721241B2; CN101233518A; US20070027883A1

Abstract

一种用于创建变压器设计的文档的方法和工具使用变压器设计过程中所创建的设计文件以生成绘图和对于填充文档所需的其它信息。这些设计文件包含涉及线圈的所有组件以及绕组的电连接的物理布局。该方法和工具检索设计信息、构造相关绘图、将绘图格式化到合适的尺寸和显示任何相关文本。

Description

用于文档化变压器设计的自动化方法和工具

技术领域

本发明涉及一种变压器，更具体而言，涉及变压器设计的自动文档化。

背景技术

电压变压器用于将电能从一个电压电势转换到另一个电压电势。变压器范围从小型120VAC至220VAC转换器到用于将电压从1kV(千伏特)转换到1000kV或更高的大功率变压器。此外，变压器也可分为标准与非标准变压器。标准变压器是大量制造的具有非独特设计的变压器。独特的或非标准的变压器典型地是单独设计和制造的。

当前用于构造独特变压器的设计和制造程序利用手动文档生成过程。这种手动过程经常造成与变压器制造相关的文档中的错误。这些错误可能会在使用这样的文档制造的变压器中产生问题。如果变压器未被正确地制造并且不符合特定的设计规范，则在连接到该变压器的配电网络中的附加设备可能会受到不利的影响。本发明创建了一种对手动文档过程的替换方案。本发明通过提供自动文档过程来克服任何与手动生成的文档相关的错误。

电压变压器具有两个主要部分：芯和线圈。芯由例如铁或钢的材料制成。根据变压器的类型，芯有单芯柱和多芯柱。芯柱通过磁轭连接在一起，并且芯柱和磁轭之间的连接产生闭合磁路。堆叠式变压器芯通过堆叠多层晶粒取向钢片来形成。可替换地，在缠绕式变压器芯中，钢片绕芯缠绕。

变压器的线圈由绕芯的芯柱缠绕的导电材料构成。在其最简单的形式中，变压器的线圈具有单个初级绕组和单个次级绕组。初级绕组连接到电源(典型为AC)，而次级绕组连接到负载。当电流流经初级绕组时，在芯中所产生的磁场导致在线圈的次级绕组中形成电流。

变压器被制造以满足不同客户的要求。根据应用，公用事业公司可能需要具有独特kVA等级的符合特定占位面积(footprint)的变压器。变压器制造商获得客户的要求并设计变压器以满足这些要求。在设计变压器时，制造商设法创建一种不仅满足客户要求而且节省成本的设计。

为了创建节省成本的设计和制造流程，变压器制造商尽可能地使该过程自动化。自动化工具被开发来辅助设计流程以及制造流程。例如，代替手工计算低压绕组所需的匝数，利用计算机程序来执行该功能。此外，可开发图形显示来在创建设计中辅助设计者。

本发明被设计为：通过消除以前被执行用来生成制造规范和支持文档的手动步骤而进一步使变压器设计过程自动化。本发明链接到变压器设计流程中的其它过程、提取文档信息和将其存放在文件中。最终结果是以对于文档化和构造变压器所需的所有信息填充的文件。

发明内容

一种文档化变压器设计的自动化方法，该方法包括：

a)生成包括变压器设计信息的电子文件，

b)分析电子文件，

c)根据变压器设计信息创建绘图，

d)将绘图导入文档。

一种设计变压器的自动化方法，该方法包括：

a)生成包括所述变压器设计的分级数据模型的文件；

b)读取该文件；

c)分析该文件；

d)打开文档；

e)将绘图插入所述文档，所述绘图根据所述分级数据模型构成。

一种包含计算机代码的计算机可读介质，该计算机代码指示处理器：

a)生成包括变压器设计信息的电子文件，

b)分析所述电子文件，

c)根据所述变压器设计信息创建绘图，

d)将所述绘图导入文档。

附图说明

在接下来的详细说明中，参照附图通过本发明的非限制性、说明性的实施例进一步说明本发明，其中贯穿附图的几个视图，同样的参考标号表示相似的元件，其中：

图1示出了变压器的横剖面视图。

图2示出了变压器软件设计工具的GUI(图形用户界面)的屏幕截图。

图3示出了概述根据本发明的一个实施例的物理设计软件过程的流程图。

图4示出了通过本发明创建的变压器的物理布局的绘图。

图5示出了以变压器芯的物理设计信息填充的文档。

图6示出了通过本发明创建的变压器线圈的电路图。

图7示出了概述根据本发明的另一实施例的电气设计软件过程的流程图。

图8示出了以变压器芯的电路信息填充的文档。

具体实施方式

本申请通过引用将美国专利申请No.10/933,535(“‘535申请”)完全结合于此。在图1中示出变压器横截面的几何布局，该图1除参考标号120外与‘535申请的图1相同。变压器包括芯100和绕组部分120。绕组部分120包含隔板(barrier)B1-B5及绕组W1-W2。隔板B1-B5使绕组W1-W2相互绝缘并且包括绝缘材料，例如树脂、电工用玻璃、纸等。

隔板B1-B5和绕组W1-W2的物理布局可使用‘535申请中所描述的分级数据模型来描述并且在该图中以及下面几个图中予以重复。数据模型包括称为块的抽象组件以垂直或水平地布置隔板和绕组。块可以是垂直的块或水平的块。块也可以包含有子块。例如，在图1，块110包括隔板B3、绕组W1、隔板B4、绕组W2和隔板B5。水平块中的子块水平地布置，垂直块中的子块垂直地布置。块可以包含隔板、绕组及子块。

使用以下一般性分级数据模型可定义图1中的物理布局：

垂直块

隔板B1

水平块110

隔板B3

绕组W1

隔板B4

绕组W2

隔板B5

隔板B2

垂直块限定整个物理布局。水平块110限定在顶部隔板与底部隔板之间的物理布局的中间部分。由于块可以包含子块，所以任何物理布局都可以用分级数据模型来描述。任何为描述该物理布局而创建的元数据必需反映该数据模型和其分级特性。

以下示出了数据模型，该数据模型使用XML(eXtensible MarkupLanguage：可扩展标记语言)、元数据标记语言将图1的电气设备的物理布局的几何图形定义为块和子块：

例子1：

<winding＝″W1″/>

<winding＝″W2″/>

</block>

</physicalLayout>

数据模型包括用于每个块的元数据元素和用于与相应块相关的每个子块的元数据元素(在此称作子元数据元素)。在元数据元素中有标签，软件代码使用标签来解释在元素中所包含的信息。描述每个元素的元数据信息的解释在随后的段落中更详细地说明。

元数据元素以分级格式布置。例如，如图1所示，在元数据元素<blocklayout＝”horizontal”>下以如下顺序缩排子元数据元素，即隔板B3、绕组W1、隔板B4、绕组W2和隔板B5。每个子元数据元素在数据模型中位于元数据元素的首标签和尾标签之间。

图2除元件的编号之外与‘535申请的图3相同。本申请的图2示出了计算机图形窗口200，该窗口示出了用于创建与变压器线圈的物理布局的几何图形对应的元数据文本文件的图形用户界面(GUI)。窗口200被显示在用户访问的计算机上。该计算机可以是在网络配置中或孤立环境中运行的膝上型计算机或桌上型计算机。在窗口200的左窗格210中，是示出块标识符的分级结构的树形图。右窗格220示出了物理布局的图示。

最初，左窗格210仅仅包含单个的块，称为“物理布局”，右窗格220不包含隔板、绕组或块。当用户将块标识符添加在左窗格210中时，相关的块被显示在右窗格220中。这些块标识符根据物理布局的几何图形顺序地定位。当块包含子块时，表示子块的子块标识符被添加。例如，B3、W1、B4、W2和B5是子块标识符。它们在左窗格210中全部用250标识。子块标识符根据在块内的物理布局的几何图形顺序地定位在左窗格210中，在本例中从左到右地定位。每个块或者子块都可以具有多个特征(例如形状、位置、取向和尺寸，在示例性实施例中形状可以假定为特定的形状，如矩形)，这些特征被存储在文件中，该文件在用户选择块或者子块时通过下拉菜单(未示出)来访问。从计算机的存储器访问对应的文件，以使块或子块的图像呈现在窗格220中。

涉及这些块的附加信息也可以使用在GUI的左窗格210中的下拉菜单中来输入。例如，绕组W1可以被指定唯一的名称，例如“LV Winding”。这反映在例子#1中，如“<property name＝”DESCRIPTION”type＝”TEXT”value＝”LVWINDING”/>。其它信息，例如绕组类型、导线类型、隔板类型等可经下拉菜单添加到该设计。当这些属性中的每一个被添加到变压器设计时，元数据文件被更新。

相关的元数据文本文件被变压器设计程序保存。这发生在用户在用户接口中发出命令(图2中未示出)时，例如，在选择文件菜单命令来保存元数据文本文件时。可替换地，当最后的组件被添加并且文件被关闭时，元数据文件自动地被变压器设计程序保存。

当用户确定物理布局的设计已完成并想要生成制造文档时，用户在GUI(未示出)中选择命令。该命令自动地生成反映变压器线圈的物理布局的制造文档。制造人员使用该制造文档来组装线圈。理想地，制造文档反映了在窗口200的右窗格220中所示的物理布局的图像。在本发明的一个实施例中，软件例程创建物理布局文档。在图3中示出了一流程图，该流程图概述了由运行在用户计算机上的物理布局软件例程300所执行的步骤。使用来自元数据文件的数据，软件例程300自动地创建以变压器物理设计信息填充的文档。该文档包括绘图和文本。在图4中示出了通过本发明创建的并且被插入文档中的示例性绘图400。在该实施例中，软件例程300以预定的位置将绘图400及相关文本放置到文档中。

自动创建以变压器设计信息填充的文档从图3中的步骤301开始。软件例程300中的下一个步骤302是读取元数据文件。出于说明的目的，例子#1的元数据文件在软件例程300中被读取。当在步骤302中软件例程300读取元数据文件时，如在步骤304中所示软件例程300还分析该文件内的元素。

在步骤304中，软件例程300从元数据文件中提取了功能和关系信息。参考例子#1，元数据元素“<physicalLayout layout＝vertical>”标识该特定元数据文件(例子#1)用于生成变压器线圈的物理布局的绘图400。此外，该元数据元素包含两部分信息。第一部分“physicalLayout”标识跟随在该标签之后的包含在括号“<>”内的任何信息为物理布局提供了取向信息。第二部分“layout＝vertical”定义了后面的任何元素将被垂直堆叠。

在步骤306中，软件例程300确定水平隔板的总数。在例子#1中，有两个水平隔板，B1和B2。接下来，在步骤308中，软件例程300确定块的数量、块内子块的数量和子块内子块的数量等。对于例子#1，软件例程确定存在一个块(图2的240)，该块由五个子块组成，分别是B3、W1、B4、W2和B5。

在确定了水平隔板的数量、块数量和子块数量之后，软件例程300为每个部分分配空间。在本发明中，软件例程300被编程来使用实际装配的比例来显示组件。例如，当装配时，图2中所示的线圈的每个水平隔板B1、B2是线圈高度的大约10％。基于线圈的这种设计，软件例程300被编程以将可用垂直显示的全部20％分配给水平隔板B1、B2。由于在例子#1中只有两个隔板B1和B2，所以如图4所示，在步骤310中它们每个都分配有可用垂直显示空间的10％。剩余80％的垂直显示空间被分配来显示块和子块。

在步骤308中，软件例程300确定在块240中存在两个绕组W1和W2以及存在三个隔板B3、B4和B5。基于块和子块的这种配置，软件例程300在步骤312中将10％的水平可用显示空间分配给每个隔板(B3、B4和B5)而将35％的水平显示空间分配给每个绕组(W1和W2)(也在图4中示出)。类似于对水平隔板(B1，B2)的空间分配，为块和子块分配的百分比根据实际设计被预编程到软件例程300中。当完全组装好时，百分比值对应于块部分的实际物理尺度。

在步骤314中，软件例程300打开将以绘图400和相关文本填充的文档。例如，该文档可能是Word^TM文档、Excel^TM文档、Word Perfect^TM文档或Power Point^TM文档。在打开该文档后，在步骤316中软件例程300确定绘制多大的绘图。软件例程300被编程以根据绘图所导入的文档的格式来改变绘图的尺寸。例如，如果绘图被导入到81/2″×11″纵向文档，则该绘图可被格式化以适合400×400像素ActiveX窗口。本领域技术人员应理解的是，在软件应用产业中使用ActiveX窗口将信息导入文档是普遍的。在图4中，包围图400的虚线410示出了ActiveX显示窗口。

在确定图形尺寸后，在步骤318中，软件例程300在ActiveX窗口中创建绘图400。软件例程300在窗口400的左上角402中的参考点处开始并且绘制这些块。对于例子#1的元数据文件，包括10％的垂直显示和100％的水平显示的矩形框被绘制用于表示第一隔板层B1。当B1的框被绘制时，标记“B1”被插入该框中。然后，软件例程300根据如以前在步骤310和312中所说明的已确定百分比来绘制包括五个子块(B3、W1、B4、W2和B5)的水平块。块240按下列顺序来绘制：隔板层B3、绕组W1、隔板层B4、绕组W2及隔板B5。在每个子块被绘制之后，该软件将适当的标记插入相应部分。接着，该软件绘制最后的隔板B2、插入标记“B2”和关闭ActiveX窗口。该绘图是完整的。绘图400反映了如图2的右窗格230所示的GUI图。

在步骤318中绘图完成之后，软件例程300在步骤320中检索在元数据文件内所嵌入的任何附加文本信息。存储在元数据文件内的文本的例子包括(但并非限制于)隔板或绕组名称、电气容限、绝缘特性等等。当从元数据文件中提取信息时，该信息以预定位置被插入文档。当所有信息都被插入该文档时，在步骤322中关闭该文档并且该软件例程在步骤324处结束。

在图5中示出了自动地以变压器物理设计信息填充的文档的示例性页面500。页面500具有变压器绘图502和相关文本段506。在该实施例中，相关文本506描述了线圈的各个部分的特征。除了在图5中LV和HV绕组由用户指定的唯一名称来标识之外，变压器绘图502基本上与图2的计算机图形窗口200的右窗格220中向用户显示的图像相似。除绘图502之外，文本“LV WINDING”和“HV WINDING”被提取并被插入描述线圈的每个绕组的页面500的文本段506。为便于说明，所插入的文本以粗体示出在文本段506中。

在本发明的另一实施例中，自动地生成涉及变压器的电连接的文档。当描述用于线圈的电连接的分级模型时，分级结构的顶部是线圈的整个电路布局。分级结构的下一级由绕组和电路组成。在绕组的分级下是段而在段下是起始导线和结束导线。在这些电路的分级下是节点。在每个节点下是节点的源头和目的地。

本发明从与变压器电气设计对应的元数据文件中提取连接信息并以绘图和文本信息填充文档。下面示出这样的元数据文件的例子：例子#2：

</Segment>

</Winding>

</Node>

</Circuit>

</CircuitLayout>

为便于解释，例子#2的电路说明仅包含单个低压绕组的说明。例子#2的低压绕组可以是单相变压器的低压绕组或三相变压器的三个低压绕组之一。如果在元数据文件中描述了三相变压器，则对于每个相都有低压绕组项。对于每个相也有用于段的相关项和用于每个低压绕组的电路。

在例子#2中，绕组1被定义为由段S1组成，该段具有起始导线s和结束导线f。绕组可具有多个段，但为便于说明，在例子#2中仅描述了一个段。段S1的连接被定义在电路描述下。与绕组1相关的电路C1具有两个节点N1和N2。节点N1被定义段S1的源头并连接到起始导线s。节点N2被定义为目的地并连接到段S1的结束导线f。

例子#2的XML文件可使用与在前面所说明的图2中所示的物理布局工具类似的变压器设计工具来生成。在电路设计已完成之后，变压器设计工具生成元数据文件。可替换地，设计者可以通过手动创建描述电路的元数据文件来设计变压器线圈的电路。当元数据文件被创建时，本发明使用元数据文件内的信息来自动地生成相关的电路文档。

图6是低压绕组的示例性电路绘图600，该电路绘图使用例子#2的元数据文件通过本发明的一个实施例创建。绘图600示出了绕组1的各个组件和取向。围绕绘图600的虚线示出了ActiveX窗口610的边界，在该边界内创建绘图600。以下解释了在创建绘图600中本发明所实施的过程。

本发明利用与图3中所描述的物理布局软件例程300相似的电气布局软件例程。在图7中示出了描述电气布局软件例程700的流程图。软件例程700使用电路元数据文件，在本例中为例子#2，创建图6的绘图600。

参考图7，在步骤701至704中，类似于图3中的对应步骤，软件例程700读取并分析元数据文件(例子#2)。在步骤706中，软件例程700根据元数据信息确定电路中的绕组数量。在确定绕组数量之后，在步骤708中软件例程700确定每个绕组中的段数量。在步骤710中，软件例程700确定电路中的节点数量。对于例子#2，存在一个绕组(Winding 1)、一个段(S1)和两个节点(N1，N2)。

在软件例程700已确定电路中的元件数量之后，接着在步骤712中该软件例程建立连接。对于例子#2，软件例程700确定节点1(N1)是起始导线s的源头，而节点2(N2)是结束导线f的目的地。

接下来，在步骤714中，软件例程700分配用于显示绘图中的每个绕组的空间。在图6的实施例中，软件例程700将绘图窗口中的可用垂直可显示空间的75％分配给绕组空间602。接着，水平显示空间606均匀地分布在线圈的所有绕组之间。基于实际线圈设计，75％的值被编程到软件例程700中。通过为绕组分配75％的垂直显示，软件例程700能清楚地显示更复杂的线圈设计，该线圈设计包含多个段，这些段可以具有多个连接。在例子#2中，整个绕组空间602和水平显示空间606在步骤714中被分配给绕组1。显示窗口中剩余的25％的可用垂直空间缺省地被分配给节点显示空间604。

如果有多于一个的绕组，则在步骤714中软件例程700将水平显示空间606均匀地分配在每个绕组之间。例如，如果线圈电气设计包含三个绕组，则所有三个绕组将绘制在绕组空间602中，但每个绕组将分配有大约33％的水平显示空间606。

在步骤716中，软件例程700将绕组中的空间分配给段。段覆盖在绘图600中的绕组上。对于例子#2，仅有一个段S1。由于仅有一个段S1，所以软件例程700将整个段空间608(图6)分配给段S1。如果在线圈中定义了多个段，则这些段将均匀地分布在绕组内。

在步骤718中，软件例程700将空间分配给节点。在确定节点和连接的数量之后，该软件例程准备开始在文档中创建绘图600。

在步骤720中，软件例程700打开将以变压器电路信息填充的文档。类似于图3的步骤314，软件例程700可以在Word^TM文档、Excel^TM文档、Word Perfect^TM文档或Power Point^TM文档中创建绘图600。在打开文档之后，与图3的步骤316类似地，软件例程700基于文档的特征在步骤722中确定绘制多大的绘图。例如，如果绘图被导入81/2×″11″纵向文档，则绘图可被格式化以适合400×400像素ActiveX窗口。

在步骤722中确定绘图尺寸之后，在步骤724中软件例程700在窗口610中开始绘制组件。软件例程700首先绘制绕组1的本体并接着将段S1覆盖在绕组1上。如前面所讨论的那样，绕组1的本体将拥有绘图600的整个绕组空间602。绕组1的段导线s及f附着到段S1。最后，节点N1和N2被添加到节点空间604中并通过示出电流流动的标有箭头的线612连接到导线s和f。当确定N1和N2节点的位置后，软件例程700如图6所示在节点空间604的边缘定位这些节点。为了便于显示，节点N1和N2被定位在这样的位置。当附加节点被添加到绘图时，这些节点在空间上均匀地定位在水平显示空间606上。

在步骤726中，软件例程700检索在相电路元数据文件中所嵌入的任何文本信息并在文档内的预定位置显示该文本。文本信息的一些例子包括(但不限于)绕组名称、绕组电气特征、绕组材料等等。在所有电气特征的信息被插入到文档中之后，在步骤728中关闭该文档。在步骤730中，结束软件例程700。

图8示出了以图6的绘图600填充的文档的页面800。在页面800内，对源导线s和结束导线f所显示的名称分别是“Src”和“Dst”。在这样的情况下，软件例程700被编程以将线圈的更多描述性的名称替换到页面800中。为进一步说明，绘图的名称“LV1”从例子#2的元数据文件中提取并在位置804被插入文档的页面中。包含图8的绘图页面800的文档可以是包含图4的物理绘图页面400的同一文档。

应理解的是，仅出于解释的目的而提供了上述说明但是上述说明决不能被解释成是对本发明的限制。在参照实施例来说明了本发明的情况下，应理解的是在此所使用的词语是说明和描述的词语，而不是限制的词语。此外，虽然本发明在此参照特定的结构、材料和/或实施例来加以说明，但是本发明并非意图限制于在此公开的细节。相反，本发明延及如在所附权利要求的范围内的所有功能上等效的结构、方法和用途。受益于本说明书的教导，本领域的技术人员可以在各方面对本发明进行许多修改而不脱离本发明的范围和精神。

Claims

1.一种用于文档化变压器设计的自动化方法，该方法包括：

生成包含变压器设计信息的电子文件，其中所述电子文件是元数据文本文件，并且所述变压器设计信息是以元数据标记语言编写的，并包括分别描述所述变压器的组件的组件元素，所述组件元素以分级格式布置，所述分级格式与所述变压器中的组件的物理布置相对应，

分析所述电子文件中的所述变压器设计信息，

根据所述被分析的变压器设计信息来创建所述变压器的物理布局的绘图，以及

将所述绘图导入文档。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：显示所述变压器设计的文本信息，所述文本信息从所述电子文件中被提取。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述文档是Word文档。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述文档是Word Perfect文档。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述文档是Power Point文档。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括：

基于所述组件的数量和类型为图形元素在所述绘图中分配空间。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述空间是基于所述变压器的对应组件的相对比例分配的。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括：从所述电子文件中检索特性数据，并将该特性数据插入到所述文档中，所述特性数据包括所述变压器的组件的性能特性。

9.根据权利要求8所述的方法，其中将所述特性数据以预定位置插入到所述文档中。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述特性数据包括电气容限。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述特性数据包括绝缘特性。

12.根据权利要求7所述的方法，还包括：基于所述文档的类型确定所述绘图的尺寸。