直流变频空调室外机电控箱的设计数值模拟分析研究

马焕桥，马丽华

(广东美的暖通设备有限公司，广东佛山，528311)

直流变频空调室外机电控箱的设计数值模拟分析研究

马焕桥，马丽华

(广东美的暖通设备有限公司，广东佛山，528311)

以美的某型号直流变频空调室外机电控箱为研究对象，利用Flotherm软件,用热设计和热分析数值计算的方法预测确定模块中温度的最高点，通过对模块布局进行修改或采取必要的散热措施，消除其热问题，防止热失效对于我公司产品可靠运行具有及其重要的意义。

电控箱；热设计；热分析

0 前言

随国家节能减排政策的推广，人们节能意识的提高，直流变频技术了迅猛发展，国内产品与国际高端品牌的竞争已从单纯的价格战上升到品质攻坚战了。因此，产品运行的可靠性问题成为众多厂家比拼的焦点。而电控箱内部各种元器件的运行可靠性比起之前有了更苛刻的要求。直流变频空调，其电控箱内的大功耗发热较多，电控空间需在满足抗干扰和 EMC 标准的情况下越小越好，电控散热性能的好坏直接影响到电子元器件的工作状态、工作性能以及工作寿命。

1 电控箱热设计基本理论

电控箱安装受空间和环境限制，要考虑防水、防沙和电磁兼容设计， 因此，电控盒采用半密封结构，目前电控箱内散热通道有四种方式。一是与箱内其它组件辐射换热；二是通过安装铝制散热器传导到箱体外，通过空气强制对流或用冷媒冷却换热；三是将热量传导到箱体上，箱体外表面与空气换热和热辐射散热；四是通过设计风道进行散热。产品结构组成如图 1 所示。

图1 室外机及变频电控箱仿真模型

2 模型选择

Flotherm 软件电控板及其元器件的模型一般在FloEDA模块中进行，FloEDA模块是电子电路设计软件（EDA）高级接口，既可以通过自带的模型库进行简单建模，也可以通过导入CSV表格的方式建立模型，还支持EDA软件的IDF格式PCB板模型导入。鉴于美的中央空调电控板比较复杂，一块电路板上动辄几十甚至几百个元器件，如采用自带模型库进行建模需要大量时间。而用IDF格式导入时，原文件经常会出现一些错误，往往需要找到这些错误并进行更正才能使用。导入CSV表格的方式，在数据库比较完善的情况下，与上述两种方式比较，相对容易。只需将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导入即可。

3 计算模型及网格划分

复杂结构件模型一般在FloMCAD Bridge模块中进行，FloMCAD Bridge模块是机械设计CAD（MCAD）软件接口模块，用于CAD软件模型导入和导出。该模块完全支持Pro/ENGINEER、SolidWorks等 CAD软件几何模型的直接调用并自动简化,还可通过 IGES、STEP 等格式读入如UG、I-DEAS 等 CAD 软件建立的三维几何实体模型,可大幅度减少对复杂几何模型建模时间。

本公司一般使用UG软件，因此CAD软件的模型导入步骤为在工具栏中选择External—import STEP。导入的模型需要进行简化和分解才能转移至Project Manager。

4 边界及流场计算条件设置

计算需要的各个边界条件的设定,包括分析模型的类型、流体流动类型、重力加速度的大小和方向的设置、环境的温度、材料特性、初始流体的速度等。（如图2所示）

图2 边界条件参数设置

边界环境条件是连接求解区域和外部环境的过渡条件，直接影响着求解结果收敛程度。在项目管理窗口(PM)中，通过System(系统)项上单击鼠标右键，选取Ambient(环境)即进入设置面板，单击 New(新建)按钮会出现 Ambient Attribute(环境属性)对话框，进行相关参数设置。

5 结果分析

图3 室外机电控板表面温度显示

如图3所示，通过软件得到关键零部件的温度，调整各零部件在电控箱里面的发热温度，得出电控箱内各组件的最佳放置位置布局，然后进一步在实验室中布点测试。

6 结论

表1 仿真结果与实验结果对比

（1）通过对仿真结果与实验结果的对比可知，目前仿真结果与实验结果的偏差可以控制在15%以内。

（2）借助仿真分析软件的这种辅助手段，可以可视化、形象化地展示内部结构的热源分布以及散热性能特性等细节特征，为电控尺寸小型化设计以及布局改进提供参考依据，大大缩短产品设计周期，节省实验资源。

[1] QMZ-J34.050-2015美的中央空调电子元器件热可靠性仿真设计指引(修订稿) .

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