健策8038散熱風扇在電能質量無功補償中的應用案例
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一、項目背景與設計目標：
1. 應用場景：有源電力濾波器廣泛應用于工業、商業和機關團體的配電網中,起到保障供電可靠性、降低干擾、提高產品質量、增長設備壽命減少設備損壞等作用。如：電力、石化、大型商場、地鐵、機場/港口供電、數據中心、醫療機構等供電系統, 在有人置守的機房或離辦公距離近的場所需要噪音盡可遠低于通常的75dBA。
2. 風冷APF 100A 模塊設計目標：
(1) 風扇散熱性能不于產品工作表現性能;
(2) 降噪要求：整機噪音從75dBA降至65dBA以下,降幅10dBA；
3. 約束條件：
(1) 風扇安裝面積: 500x190mm 不變.
(2) 成本控制180元內.
(3) 兼容主板目前軟硬件控與檢測要求。
二、現狀問題深度分析
1. 產品散熱性能不降低的檢驗判定依據:
方案一: 替代前與替代后,相同條件下測試APF 設備關健發熱源IGB\電抗\電解電容溫升一樣或更低;
方案二: 根據散熱工程提供的仿傎工作點選型風扇。
方案三: 實測APF模出風口動作風量, 替代風扇的實測動作風量不于被替代品
2. 影響動作風量的因素
(1)APF模塊系統風阻高,氣流克服阻大動作利用率低;
(2)實際工作匹配不當,風扇PQ曲線與系統風阻匹配不當,工作點落在失速區或之后;
(3)風道內氣流引導不當,氣流不暢亂流;
(4)氣流短路,風扇進出風口的氣流未有效隔離,出風口氣流有流回至入風口現像.
(5)風扇出風口氣流不能及時引導排出,風扇氣流強迫從進風口倒流.
(4)安裝位置受限，影響進風與排風效果。
3. 風扇噪音來源拆解
(1) 風扇本體噪音;
A. 扇葉切風;
B. 電機電磁音;
C. 風流風扇工作點落在PQ曲線失速區及以上.
D. 多臺風扇并聯疊加噪音
(2) 安裝噪音:
A.風道設計不合理引發氣流嘯叫；
B.安裝共振（風扇與機箱剛性連接）；
C.風扇入風口緊挨著器件物引起氣流嘯叫聲;
三、一般優化方案設計
1. 散熱性能提升路徑
- 系統風阻優化：
- 風道流線型設計（消除直角彎頭，增加導流板）；
- 排風口與入風口物理隔離（防倒流設計）；
- 散熱片間距與厚度優化（降低壓損）。
- 調整風道布局，減少氣流短路和亂流現象，提升散熱效率。
- 風扇選型與匹配：
- 依據系風阻結合風扇PQ曲線選擇合適的風扇；
- 滿足動作風昨的前提下,盡可能選擇利用率高的風扇.
2. 噪音控制策略
- 低噪音風扇選型：
- 優先考慮偏靜音設計的扇葉與低轉速設計；
- 滾珠選用靜音型;
- 侁先考慮低電磁音電機動驅動板;
- 扇葉動作平穩加強減減少共振,特別是多個風扇并聯安裝易產生安裝共振;
- 系統級降噪：
- 彈性安裝支架（橡膠減震墊/彈簧懸吊）；
- 風道內壁吸音材料（多孔泡沫或吸音棉）；
- 風扇轉速智能調控（根據溫度動態調節轉速）
- 并聯風扇優化：
- 非對稱布局減少氣流干涉；
- 工作點避開失速區,避免可能搶風現象；合理布局風扇間距，減少氣流干擾；
四、實施與驗證流程
1. 確定替代前與替代后散熱效果判定依據,選用上述分析方案三,比較優化前后查模塊的動作同風量.
2. 確認實際工作的動作風量; 風扇工作點\動作風量\系統風阻參數未能提,客戶是實測模塊關健器件溫升做判定,無流體仿真或測試據需用風洞設備實測.
3. 實測動作風量:
(1) 風扇構成: 12038 規格風扇3臺并聯. 風扇PQ曲線如下:
(2) 使用風洞儀測整機動作風量為320 CFM. 整機風扇PQ是風扇3并,風量增加3倍,靜壓不變. 動作風量與PQ曲線交叉點為動作點, 即得出總動作點為320CFM@83Pa; 實測工作點落在失速區,軸流風扇PQ曲線與噪音曲線特性工作于失速區噪音高,建議能辟開.
4. 對模塊噪音優化實施:
(1) 系統風阻優化:進風口與出風口飾板開窗面機最大化,飾版開窗改為成如下
(2) 散熱通道的氣流減少竄往電氣層.
(3) 風扇出風口與進風口做隔斷,避回流短路.
5. 風扇初步選型：
（1）風扇考慮用8038或9238尺寸替代12038風扇，原12038出風面到熱器基板，一般小尺寸的風扇靜壓稍大一點。
（2）扇葉選高靜壓與偏靜音型，比較8038和9238成本，選用健策8038-02模系列中轉速5個并聯，其成本與原12038高轉速相近。
6. 驗證動作風量需滿足320CFM。
（1）定標滿足320CFM時風扇轉速, 優化系統風阻后，風阻未知，選用5臺 8038 7600RPM測試，得到動作風量350CFM。動作點高于原320CFM, 通過PWM調低風扇轉速,當7000RPM 動作點風量為320CFM。
2. 數據對比分析
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指標 |
原方案 |
優化后 |
驗證方法 |
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整機動作風量 |
320CFM |
320CFM |
風洞實測動作風量 |
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整機噪音計算 |
10log(3)+62dBA=66.77dBA |
10Log(5)+50.1dBA=52.31dBA |
理論計算 |
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單臺風扇噪音 |
62dBA |
50.1dBA |
規格書 |
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整機工作點 |
320CFM @ 162Pa |
320CFM @ 85Pa |
風洞實測,系統風阻降低明顯 |
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動作風量利用率 |
44.44% |
71% |
提升26% |
五、關鍵技術難點與突破
1. 高風阻與低噪音的矛盾平衡：
- 需要盡可能降低系統風阻,每個地方優化一點整機效果能提升,
- 風扇精準選型適配,關健是依據動作點；
六、結論與展望
成果總結：達成10dBA降噪目標且風量不衰減；
