馬煥橋，馬麗華

(廣東美的暖通設(shè)備有限公司，廣東佛山，528311)

直流變頻空調(diào)室外機(jī)電控箱的設(shè)計數(shù)值模擬分析研究

馬煥橋，馬麗華

(廣東美的暖通設(shè)備有限公司，廣東佛山，528311)

以美的某型號直流變頻空調(diào)室外機(jī)電控箱為研究對象，利用Flotherm軟件,用熱設(shè)計和熱分析數(shù)值計算的方法預(yù)測確定模塊中溫度的最高點(diǎn)，通過對模塊布局進(jìn)行修改或采取必要的散熱措施，消除其熱問題，防止熱失效對于我公司產(chǎn)品可靠運(yùn)行具有及其重要的意義。

電控箱；熱設(shè)計；熱分析

0 前言

隨國家節(jié)能減排政策的推廣，人們節(jié)能意識的提高，直流變頻技術(shù)了迅猛發(fā)展，國內(nèi)產(chǎn)品與國際高端品牌的競爭已從單純的價格戰(zhàn)上升到品質(zhì)攻堅戰(zhàn)了。因此，產(chǎn)品運(yùn)行的可靠性問題成為眾多廠家比拼的焦點(diǎn)。而電控箱內(nèi)部各種元器件的運(yùn)行可靠性比起之前有了更苛刻的要求。直流變頻空調(diào)，其電控箱內(nèi)的大功耗發(fā)熱較多，電控空間需在滿足抗干擾和 EMC 標(biāo)準(zhǔn)的情況下越小越好，電控散熱性能的好壞直接影響到電子元器件的工作狀態(tài)、工作性能以及工作壽命。

1 電控箱熱設(shè)計基本理論

電控箱安裝受空間和環(huán)境限制，要考慮防水、防沙和電磁兼容設(shè)計， 因此，電控盒采用半密封結(jié)構(gòu)，目前電控箱內(nèi)散熱通道有四種方式。一是與箱內(nèi)其它組件輻射換熱；二是通過安裝鋁制散熱器傳導(dǎo)到箱體外，通過空氣強(qiáng)制對流或用冷媒冷卻換熱；三是將熱量傳導(dǎo)到箱體上，箱體外表面與空氣換熱和熱輻射散熱；四是通過設(shè)計風(fēng)道進(jìn)行散熱。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組成如圖 1 所示。

圖1 室外機(jī)及變頻電控箱仿真模型

2 模型選擇

Flotherm 軟件電控板及其元器件的模型一般在FloEDA模塊中進(jìn)行，F(xiàn)loEDA模塊是電子電路設(shè)計軟件（EDA）高級接口，既可以通過自帶的模型庫進(jìn)行簡單建模，也可以通過導(dǎo)入CSV表格的方式建立模型，還支持EDA軟件的IDF格式PCB板模型導(dǎo)入。鑒于美的中央空調(diào)電控板比較復(fù)雜，一塊電路板上動輒幾十甚至幾百個元器件，如采用自帶模型庫進(jìn)行建模需要大量時間。而用IDF格式導(dǎo)入時，原文件經(jīng)常會出現(xiàn)一些錯誤，往往需要找到這些錯誤并進(jìn)行更正才能使用。導(dǎo)入CSV表格的方式，在數(shù)據(jù)庫比較完善的情況下，與上述兩種方式比較，相對容易。只需將所有元器件按照固定的格式填入CSV表格，然后按File—Import—Import CSV layout導(dǎo)入即可。

3 計算模型及網(wǎng)格劃分

復(fù)雜結(jié)構(gòu)件模型一般在FloMCAD Bridge模塊中進(jìn)行，F(xiàn)loMCAD Bridge模塊是機(jī)械設(shè)計CAD（MCAD）軟件接口模塊，用于CAD軟件模型導(dǎo)入和導(dǎo)出。該模塊完全支持Pro/ENGINEER、SolidWorks等 CAD軟件幾何模型的直接調(diào)用并自動簡化,還可通過 IGES、STEP 等格式讀入如UG、I-DEAS 等 CAD 軟件建立的三維幾何實(shí)體模型,可大幅度減少對復(fù)雜幾何模型建模時間。

本公司一般使用UG軟件，因此CAD軟件的模型導(dǎo)入步驟為在工具欄中選擇External—import STEP。導(dǎo)入的模型需要進(jìn)行簡化和分解才能轉(zhuǎn)移至Project Manager。

4 邊界及流場計算條件設(shè)置

計算需要的各個邊界條件的設(shè)定,包括分析模型的類型、流體流動類型、重力加速度的大小和方向的設(shè)置、環(huán)境的溫度、材料特性、初始流體的速度等。（如圖2所示）

圖2 邊界條件參數(shù)設(shè)置

邊界環(huán)境條件是連接求解區(qū)域和外部環(huán)境的過渡條件，直接影響著求解結(jié)果收斂程度。在項(xiàng)目管理窗口(PM)中，通過System(系統(tǒng))項(xiàng)上單擊鼠標(biāo)右鍵，選取Ambient(環(huán)境)即進(jìn)入設(shè)置面板，單擊 New(新建)按鈕會出現(xiàn) Ambient Attribute(環(huán)境屬性)對話框，進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)置。

5 結(jié)果分析

圖3 室外機(jī)電控板表面溫度顯示

如圖3所示，通過軟件得到關(guān)鍵零部件的溫度，調(diào)整各零部件在電控箱里面的發(fā)熱溫度，得出電控箱內(nèi)各組件的最佳放置位置布局，然后進(jìn)一步在實(shí)驗(yàn)室中布點(diǎn)測試。

6 結(jié)論

表1 仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比

（1）通過對仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對比可知，目前仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的偏差可以控制在15%以內(nèi)。

（2）借助仿真分析軟件的這種輔助手段，可以可視化、形象化地展示內(nèi)部結(jié)構(gòu)的熱源分布以及散熱性能特性等細(xì)節(jié)特征，為電控尺寸小型化設(shè)計以及布局改進(jìn)提供參考依據(jù)，大大縮短產(chǎn)品設(shè)計周期，節(jié)省實(shí)驗(yàn)資源。

[1] QMZ-J34.050-2015美的中央空調(diào)電子元器件熱可靠性仿真設(shè)計指引(修訂稿) .

Numerical Simulation Analysis of Design of Outdoor Electromechanical Control Box for DC Inverter Air Conditioner

Aurelius Ma，Ma Lihua
(GDMidea Heating＆Ventilating Equipment Co., Ltd., Foshan Guangdong, 528311)

Taking a model of DC inverter air conditioner outdoor electromechanical control box as the research object, with Flotherm software, using the method of thermal design and thermal analysis to predict the highest point of temperature in the module, through the module layout to modify or take the necessary cooling measures, eliminate its heat problems, to prevent thermal failure for my company’s products have a reliable operation and its significance

electronic control box; thermal design ;thermal analysis