变频屋顶机室外机电子元器件散热器性能分析及机组结构优化

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1、变频屋顶机室外机电子元器件散热器性能分析及机组结构优化刘伯春珠海格力电器股份有限公司摘要：利用有限元仿真软件对某商用变频屋顶机室外机的流场进行CTD仿真分析，并利用试验结果证明仿真结果的一致性，基于仿真结果对该机组室外机内部结构进行优化设计，有效解决电子元器件散热器散热性能不足的问题。关键词：变频;屋顶机;数值模拟;温度场;散热器;作者简介：刘伯春，本科，工程师，主要研宄方向为CFD仿真分析、噪声优化。收稿日期：2016-11-11Performanceanalysisonelectroniccomponentsradiato

2、randstructureoptimizationforoutdoorunitoffrequency-conversionrooftopairconditionerLiuBochunGreeElectricAppliances,Inc,ofZhuhai;Abstract：TheCFDsimulationanalysisontheflowfieldoftheoutdoorunitofonecommercialfrequency-conversionrooftopairconditionerisconductedusingANSY

3、Ssoftware.Thesimulationresultisprovedbyexperiment.Theoptimizationdesignontheinternalstructureoftheoutdoorunitisconductedbasedonthesimulationresult,whichimprovestheradiatingperformanceoftheradiatoreffectively.Keyword：frequency-conversion;rooftopairconditioner;numeric

4、alsimulation;temperaturefield;radiator;Received：2016-11-11相对于定频机组，变频机组由于需要控制的零部件较多，功率器通过的电流比较大，因此产生的热量损耗较大。由于这些元器件发热严重，所以要对其进行辅助散热，否则将会影响使用寿命。研宂数据表明，电路板中电子元器件每升高rc，可靠性下降5%U1,而55%的电路板失效问题是电子元器件过热造成的所以电子元器件的散热对机组有着至关重要的作用。电子元器件的辅助散热通常是在发热严重的部位上安装散热器。B前散热器可分为自然对流散热器、强制

5、风冷散热器和强制液冷散热器。考虑到散热效果和性价比，目前空调器最常用的散热器为图1所示的铝制肋片强制风冷散热器。其散热原理为通过风机驱动空气流经发热表面，由扰动空气与散热器表面进行热交换，从而达到降低温度的作用，原理如图2所示。胡广新对肋片式散热器内部各参数选择进行了研宄，对散热器的设计具有指导意义。笔者通过运用CTD技术对某5Rt(1Rt=3.517kW)变频屋顶式空气调节机组(简称“屋顶机”)室外机电子元器件散热器散热性能不足问题进行模拟分析，结合分析结果对室外机内部结构进行优化，从而达到提高散热器散热性能且满足散热0标的

6、要求，并结合试验对优化方案进行验证。阁1铝制肋片强制风冷散热器安装位置示意阁下载原阁图2铝制肋片强制风冷散热器散热示意图下载原图测试该机组电路板上发热较大的电子元器件主要为IPM模块和PFC模块，所以主要对这2个模块进行辅助散热。散热器上的热源也是在只考虑这2种模块的情况下进行分析。散热器翅片方向为竖直，当室内/外温度为27°C/40°C时，在不同压缩机频率下对模块温度进行测定，测试数据如表1所示。按照笔者所在公司QJ/GD41.10.1001《控制器检验规范》中元器件表面温升的限值要求，控制器电路板上TPM模块和PFC模块的

7、表面温度应不超过95°C。从表1的数据看出，压缩机在90llz运行时，PFC温度达到94"C,考虑到不同机组测试时模块温度会浮动r2°c，所以需要对机组结构进行优化，降低模块温度。表1压缩机不同频率下运行时模块的温度变化实测数据下载原表2机组内部流场仿真分析2.1模型简化处理和材料定义屋顶机（如图3所示）包括室外机和室内机两部分，电器盒中需要散热的各功率模块放置在室外机侧，因此笔者只分析屋顶机室外机侧内部流场。流体动力学仿真分析主要关注的是影响流体运动的各零部件，所以为了提高计算效率将其他非主要影响流体运动的零部件删除或简化。

8、冷凝器在流场屮主要对风机的影响是产生风阻，所以结构简化时，把冷凝器简化为一个实体，仿真分析时将该实体定义为多孔介质，设罝惯性阻力系数和黏性阻力系数使简化模型的风阻和实物的风阻相等。简化后室外机主要伍括风机、电机、冷凝器、散热器、电器盒、电抗盒、功率模块以及壳体这几部分，最终简