一、项目背景与设计目标：

1. 应用场景：有源电力滤波器广泛应用于工业、商业和机关团体的配电网中,起到保障供电可靠性、降低干扰、提高产品质量、增长设备寿命减少设备损坏等作用。如：电力、石化、大型商场、地铁、机场/港口供电、数据中心、医疗机构等供电系统, 在有人置守的机房或离办公距离近的场所需要噪音尽可远低于通常的75dBA。

 

2. 风冷APF 100A 模块设计目标：

   (1) 风扇散热性能不于产品工作表现性能;

   (2) 降噪要求：整机噪音从75dBA降至65dBA以下,降幅10dBA；

 

3. 约束条件：

(1) 风扇安装面积: 500x190mm 不变.

(2) 成本控制180元内.

(3) 兼容主板目前软硬件控与检测要求。

 

 

二、现状问题深度分析

1. 产品散热性能不降低的检验判定依据:
方案一:  替代前与替代后,相同条件下测试APF 设备关健发热源IGB\电抗\电解电容温升一样或更低;

方案二: 根据散热工程提供的仿傎工作点选型风扇。

方案三: 实测APF模出风口动作风量, 替代风扇的实测动作风量不于被替代品

 

2. 影响动作风量的因素

(1)APF模块系统风阻高,气流克服阻大动作利用率低;

(2)实际工作匹配不当,风扇PQ曲线与系统风阻匹配不当,工作点落在失速区或之后;

(3)风道内气流引导不当,气流不畅乱流;

(4)气流短路,风扇进出风口的气流未有效隔离,出风口气流有流回至入风口现像.

(5)风扇出风口气流不能及时引导排出,风扇气流强迫从进风口倒流.

(4)安装位置受限，影响进风与排风效果。

 

3. 风扇噪音来源拆解

(1) 风扇本体噪音;

A. 扇叶切风;

B. 电机电磁音;

C. 风流风扇工作点落在PQ曲线失速区及以上.

D. 多台风扇并联叠加噪音

 

(2) 安装噪音:

A.风道设计不合理引发气流啸叫；

B.安装共振（风扇与机箱刚性连接）；

C.风扇入风口紧挨着器件物引起气流啸叫声;

三、一般优化方案设计

1. 散热性能提升路径

- 系统风阻优化：

  - 风道流线型设计（消除直角弯头，增加导流板）；

  - 排风口与入风口物理隔离（防倒流设计）；

  - 散热片间距与厚度优化（降低压损）。

- 调整风道布局，减少气流短路和乱流现象，提升散热效率。

 

- 风扇选型与匹配： 

  - 依据系风阻结合风扇PQ曲线选择合适的风扇；

  - 满足动作风昨的前提下,尽可能选择利用率高的风扇.

2. 噪音控制策略

- 低噪音风扇选型：

  - 优先考虑偏静音设计的扇叶与低转速设计；

  - 滚珠选用静音型;

  - 侁先考虑低电磁音电机动驱动板;

  - 扇叶动作平稳加强减减少共振,特别是多个风扇并联安装易产生安装共振;

 

- 系统级降噪：

  - 弹性安装支架（橡胶减震垫/弹簧悬吊）；

  - 风道内壁吸音材料（多孔泡沫或吸音棉）；

  - 风扇转速智能调控（根据温度动态调节转速）

 

- 并联风扇优化：

  - 非对称布局减少气流干涉；

  - 工作点避开失速区,避免可能抢风现象；合理布局风扇间距，减少气流干扰；

 

 

四、实施与验证流程

1. 确定替代前与替代后散热效果判定依据,选用上述分析方案三,比较优化前后查模块的动作同风量.

2. 确认实际工作的动作风量; 风扇工作点\动作风量\系统风阻参数未能提,客户是实测模块关健器件温升做判定,无流体仿真或测试据需用风洞设备实测.

3. 实测动作风量:

(1) 风扇构成: 12038 规格风扇3台并联. 风扇PQ曲线如下:

 

 

(2) 使用风洞仪测整机动作风量为320 CFM. 整机风扇PQ是风扇3并,风量增加3倍,静压不变. 动作风量与PQ曲线交叉点为动作点, 即得出总动作点为320CFM@83Pa; 实测工作点落在失速区,轴流风扇PQ曲线与噪音曲线特性工作于失速区噪音高,建议能辟开.

 

 

 

 

 

 

4. 对模块噪音优化实施:

(1) 系统风阻优化:进风口与出风口饰板开窗面机最大化,饰版开窗改为成如下

                

 

(2) 散热通道的气流减少窜往电气层.

 

 

 

(3) 风扇出风口与进风口做隔断,避回流短路.

 

 

 

 

 

 

5. 风扇初步选型：

（1）风扇考虑用8038或9238尺寸替代12038风扇，原12038出风面到热器基板，一般小尺寸的风扇静压稍大一点。

（2）扇叶选高静压与偏静音型，比较8038和9238成本，选用健策8038-02模系列中转速5个并联，其成本与原12038高转速相近。

 

 

 

6. 验证动作风量需满足320CFM。

  （1）定标满足320CFM时风扇转速, 优化系统风阻后，风阻未知，选用5台 8038  7600RPM测试，得到动作风量350CFM。动作点高于原320CFM, 通过PWM调低风扇转速,当7000RPM 动作点风量为320CFM。

 

 

  

 

2. 数据对比分析

 

 

指标	原方案	优化后	验证方法
整机动作风量	320CFM	320CFM	风洞实测动作风量
整机噪音计算	10log(3)+62dBA=66.77dBA	10Log(5)+50.1dBA=52.31dBA	理论计算
单台风扇噪音	62dBA	50.1dBA	规格书
整机工作点	320CFM @ 162Pa	320CFM @ 85Pa	风洞实测,系统风阻降低明显
动作风量利用率	44.44%	71%	提升26%

 

 

五、关键技术难点与突破

1. 高风阻与低噪音的矛盾平衡：

  - 需要尽可能降低系统风阻,每个地方优化一点整机效果能提升,

 - 风扇精准选型适配,关健是依据动作点；

 

 

六、结论与展望

  成果总结：达成10dBA降噪目标且风量不衰减；