CN109655490A - 一种空调电控部件热性能评价试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空调电控部件热性能评价试验方法，包括以下步骤：确定试验监控对象；对所述试验监控对象分别进行变压缩机频率试验、变供电电压试验和变风机转速试验，通过安装在所述试验监控对象的正表面上的热电偶检测所述试验监控对象的温度值；当所述试验监控对象的温度值均满足下述公式时，判断所述受试空调通过试验，否则，判断所述受试空调没有通过试验，需要整改：P*R+T≤0.65*T_jmax，其中，P为热电偶安装面的热功耗；R为所述试验监控对象的结到壳热阻；T为所检测的试验监控对象的温度值；T_jmax为试验监控对象耐受的最高结温。本发明能够有效并高效地发现空调产品电控部件热设计缺陷和拦截次品。

Description

一种空调电控部件热性能评价试验方法

技术领域

本发明涉及家用空调部件性能评价技术领域，尤其涉及一种空调电控部件热性能评价试验方法。

背景技术

空调产品是一种常用的家电产品，其电控部件是重要的关键部件。由于空调使用环境的复杂性及其电控部件自身的热设计潜在缺陷，相关功率器件如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、桥对、智能功率模块(IPM模块)等经常会由于散热不足而在使用过程中发生烧坏的现象，导致空调不能正常使用，据不完全统计由于电控部件热性能设计问题引起的故障占空调故障总数的50％以上，电控部件热性能设计问题直接影响相关企业空调产品的可靠性水平和市场竞争力。

因此，如何在空调产品的设计及生产阶段通过试验方法有效地发现空调产品电控部分存在的热设计缺陷和拦截次品，提高空调产品电控部分的耐环境能力和可靠性水平，对于国内空调行业来说具有重要的意义。

热性能评价试验是所有空调企业都会针对其空调电控部分开展的型式试验工作，但是目前国内相关空调企业面临的问题是相关热性能评价试验工作耗时较长，而且对于产品热设计潜在缺陷以及次品的发现和暴露上效率不高，经常出现空调产品通过了企业自己的热性能评价试验，但是在空调的使用过程中还是会大量出现电控部件烧坏的现象。

目前国内空调行业缺少一种能够有效并高效地发现其空调产品电控部件热设计缺陷和拦截次品的热性能评价试验方法，国内相关标准、文献资料也尚未专门针对空调电控部件热性能评价方法进行***的研究和论述，导致目前国内空调企业无法有效地针对空调产品电控部分开展相关热性能评价试验工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种空调电控部件热性能评价试验方法，能够有效并高效地发现空调产品电控部件热设计缺陷和拦截次品。

为了实现上述目的，本发明的一个方面提供一种空调电控部件热性能评价试验方法，包括以下步骤：确定试验监控对象；对所述试验监控对象分别进行变压缩机频率试验、变供电电压试验和变风机转速试验，通过安装在所述试验监控对象的正表面上的热电偶检测所述试验监控对象的温度值；当所述试验监控对象的温度值均满足下述公式时，判断所述受试空调通过试验，否则，判断所述受试空调没有通过试验，需要整改：P*R+T≤0.65*T_jmax，其中，P为热电偶安装面的热功耗；R为所述试验监控对象的结到壳热阻；T为所检测的试验监控对象的温度值；T_jmax为试验监控对象耐受的最高结温。

优选地，所述试验监控对象包括绝缘栅双极型晶体管、整流桥堆、快恢复二极管、智能功率模块、风机模块。

优选地，所述方法还包括非接触式热性能试验，所述试验监控对象包括在所述非接触式热性能试验的测试结果中温度超过试验环境温度的空调电控部件。

优选地，所述非接触式热性能试验采用红外热像仪记录空调电控部件正反面的热分布情况，获取空调电控部件的温度。

优选地，所述变压缩机频率试验包括：使受试空调处于最低供电电压、额定风机转速的工况条件下，将压缩机频率在最低频率至最高频率范围内按照预定的频率间隔从最低频率开始变化至最高频率，记录试验过程中各压缩机频率点下所述试验监控对象的温度值；使空调试验样机处于最高供电电压、额定风机转速的工况条件下，将压缩机频率在最低频率至最高频率范围内按照预定的频率间隔从最低频率开始变化至最高频率，记录试验过程中各压缩机频率点下所述试验监控对象的温度值。

优选地，所述变供电电压试验包括：使受试空调处于压缩机额定工作频率、额定风机转速的工况条件下，将供电电压在最低供电电压至最高供电电压的范围内按照预定的电压间隔从最低供电电压开始变化至最高供电电压，记录试验过程中各供电电压点下所述试验监控对象的温度值。

优选地，所述变风机转速试验包括：使空调样机处于额定供电电压、压缩机额定工作频率的工况条件下，将风机转速在最低转速至最高转速范围内按照预定的风速间隔从最低转速开始变化至最高转速，记录试验过程中各风机转速下所述试验监控对象的温度值。

优选地，在所述变压缩机频率试验、所述变供电电压试验、所述变风机转速试验中，将规定时间间隔内的温度数据的平均值作为所述试验监控对象的最终温度值。

优选地，所述方法还包括：建立每个所述试验监控对象不同的温度值与对应工况条件之间的关系。

优选地，从所述温度值与对应工况条件之间的关系中，获得每个所述试验监控对象在最高温度值所对应的工况条件，将该工况条件作为该试验监控对象对应的最恶劣工况。

利用本发明上述方面的空调电控部件热性能评价试验方法，能够有效并高效地发现空调产品电控部件热设计缺陷和拦截次品。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将对本发明作进一步的详细介绍。

本发明一种实施方式提供的空调电控部件热性能评价试验方法包括以下步骤。

步骤1：确定试验监控对象。在具体的方案中，可以将家用空调的电控部件中的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、整流桥堆、快恢复二极管、智能功率模块(IPM模块)或风机模块等部件作为试验监控对象。本领域技术人员还可以根据需要，增加其它还需要进行试验监控的器件作为试验监控对象。

步骤2：进行变压缩机频率试验、变供电电压试验和变风机转速试验，通过安装在所述试验监控对象的正表面上的热电偶检测所述试验监控对象的温度值。在预设试验环境中，通过变化不同的工况条件，如变化环境温度、压缩机频率、空调样机供电电压、风机转速及其它需要监控的工况条件，检测试验监控对象的温度值。

首先，要确定工况条件的变化范围。具体的实施例中，室内机的环境温度可以选择30℃，室外机温度可以选择56℃；压缩机频率的范围可以选择使用过程中会出现的最低频率和最高频率之间的范围；空调样机供电电压范围可以选择150V～264V；风机转速的范围可以选择使用过程中会出现的最低风机转速和最高风机转速之间的范围；如存在其它需要监控的工况条件，其选择范围可以选择其在使用过程中会出现的最低值和最高值之间的范围。

其次，在试验过程中，可以固定设置部分工况条件，单独改变其中一个或者多个工况条件，以形成不同的工况条件，在不同的工况条件下，检测所述试验监控对象的温度值。

步骤3：当在上述变压缩机频率试验、变供电电压试验和变风机转速试验中，所述试验监控对象的温度值均满足下述公式时，判断所述受试空调通过试验，否则，判断所述受试空调没有通过试验，需要整改：

P*R+T≤0.65*T_jmax

其中，

P为热电偶安装面的热功耗；

R为所述试验监控对象的结到壳热阻；

T为所检测的试验监控对象的温度值；

T_jmax为试验监控对象耐受的最高结温。

根据本发明一种实施方式的空调电控部件热性能评价试验方法，所有监控对象在试验过程中的温度值须符合下述表1的要求，如出现不符合表1要求的情况出现，则停止试验对受试空调样机进行整改：

表1温度测量要求

一种优选的方案中，本发明的空调电控部件热性能评价试验方法还包括非接触式热性能试验，所述试验监控对象包括非接触式热性能试验的测试结果中温度超过试验环境温度预设范围的器件。非接触式热性能试验的测试结果中，温度超过试验环境温度预设范围的器件可能会是具有设计缺陷的器件，或者可能是次品，将其作为试验监控对象，可以进一步确认其是否是真正的具有设计缺陷的器件或次品。

具体的方案中，所述非接触式热性能试验采用红外热像仪记录空调电控部件正反面的热分布情况，获取空调电控部件的温度。

在所述非接触式热性能试验中，空调样机运行的工况条件为：室内机和室外机的环境温度为30℃(干球温度，允许误差为±1.0℃)；空调试验样机供电电压为220V；压缩机频率为压缩机额定工作频率；风机转速为额定风机转速；空调室外机电控板部件处于无强迫风冷的状态；空调样机工作状态为制冷模式、最高风挡、换气窗关闭、最低设定温度点。

进一步的方案中，空调样机在上述工况条件下运行30分钟后，再采用红外热像仪记录空调电控部件正反面的热分布情况。所述热分布情况包括每个电控部件正反面的温度值。

作为一种优选的方案，选择非接触式热性能试验的测试结果中，温度超过试验环境温度20℃的电控部件作为试验监控对象，本实施例中，将温度比试验环境温度(30℃)高出20℃的电控部件，也即温度值50℃以上的电控部件作为试验监控对象。

具体的方案中，本发明的空调电控部件热性能评价试验方法采用温度巡检仪对所述试验监控对象的温度进行监控，所述温度巡检仪的热电偶安装在所述试验监控对象的正表面。在一个实施例中，可以通过将温度巡检仪的热电偶粘贴在所述试验监控对象的正表面，对试验监控对象进行接触式的温度检测。

具体的方案中，所述热电偶粘贴面的热功耗通过热流计测试获得，可以通过热流计检测热电偶粘贴面的热功耗。

具体的方案中，变压缩机频率试验的实验流程如下：使空调样机处于150V供电电压、额定风机转速的工况条件下，将压缩机频率在最低频率至最高频率范围内按照预定的频率间隔从最低频率开始变化至最高频率，记录试验过程中各压缩机频率点下所述试验监控对象的温度值；使空调试验样机处于264V供电电压，额定风机转速的工况条件下，将压缩机频率在最低频率至最高频率范围内按照预定的频率间隔从最低频率开始变化至最高频率，记录试验过程中各压缩机频率点下所述试验监控对象的温度值。

具体的方案中，变供电电压试验的实验流程如下：使空调样机处于压缩机额定工作频率、额定风机转速的工况条件下，将供电电压在150V～264V的范围内按照预定的电压间隔从150V开始变化至264V，记录试验过程中各供电电压点下所述试验监控对象的温度值。

具体的方案中，变风机转速试验的实验流程如下：使空调样机处于额定供电电压、压缩机额定工作频率的工况条件下，将风机转速在最低转速至最高转速范围内按照预定的风速间隔从最低转速开始变化至最高转速，记录试验过程中各风机转速下所有监控对象的温度值。

在本发明的空调电控部件热性能评价试验方法中，除了环境温度、压缩机频率、空调供电电压、风机转速外，在存在其它需要监控的工况条件的情况下，还可以进行变其它环境应力或工况试验：使空调试验样机处于压缩机额定工作频率、额定供电电压和额定风机转速的工况条件下，在该其它环境应力或工况会出现的最低值和最高值范围内，按照一定的间隔从最低值开始变化至最高值，记录试验过程中所有监控对象的温度值。

进一步的方案中，在所述变压缩机频率试验、所述变供电电压试验、所述变风机转速试验、所述变其它环境应力或工况试验中，将规定时间间隔内的温度数据的平均值作为所述实验监控对象的最终温度值。

例如：温度记录时间为1小时，1秒钟记录一个温度数据，并取最后15分钟内的温度数据的平均值作为所述试验监控对象的最终温度值。这样可以使得检测到的数据更加准确。

优选的方案中，还可以建立每个所述试验监控对象在不同的温度值与对应工况条件之间的关系，从所述温度值与对应工况条件之间的关系中，获得每个所述试验监控对象在最高温度值所对应的工况条件，将该工况条件作为该试验监控对象对应的最恶劣工况。

进一步的方案中，可以在最恶劣工况下检测所述实验监控对象的温度值，此时试验可以称为最恶劣工况条件试验。

按照空调产品电控部分的一般研发生产特点，把空调产品分成以下三类：

a)电控方案有原理性设计更改的新研空调产品；

b)电控方案没有进行原理性设计更改的新研空调产品；

c)电控部分设计完全一致的同种类空调产品。

针对a)类产品，则需按照上述的空调电控部件热性能评价试验方法开展相关试验工作，并获得新研空调产品的各最恶劣工况条件，后续定型和量产后则只需在各最恶劣工况条件下按照最恶劣工况条件试验的要求和流程开展热评价试验。

针对b)和c)类产品，可以按照上述的最恶劣工况条件试验的要求在对应的最恶劣工况条件下开展热评价试验。

以下结合具体的实施例对上述的方案进行说明。

第一步，进行非接触式热性能试验。

使空调样机处于以下工况条件：

1)室内机和室外机环境温度为30℃(干球温度，允许误差为±1.0℃)；

2)空调试验样机供电电压：220V；

3)压缩机频率：压缩机额定工作频率；

4)风机转速：额定风机转速；

5)使空调室外机电控板部件处于无强迫风冷的状态；

6)试验时使空调样机处于如下工作状态：制冷模式；最高风挡；换气窗关闭；最低设定温度点。

空调样机在上述工况条件下运行30分钟后，利用红外热成像仪对空调室外机电控部分正反面进行拍摄，获得电控部分的整体热分布情况，测试结果显示除了绝缘栅双极型晶体管、整流桥堆、快恢复二极管、智能功率模块、风机模块超过环境温度20℃外，不存在其他超温器件。

第二步进行接触式热性能分析试验，步骤如下：

1)对绝缘栅双极型晶体管、整流桥堆、快恢复二极管、智能功率模块、风机模块正表面粘贴热电偶，用于试验过程实时监控各试验监控对象的温度值，粘贴后把室外机电控部分安装回室外机内部；

2)使空调室内机和室外机分别处于30℃和56℃的环境条件下，压缩机频率变化范围为50Hz～90Hz(压缩机额定工作频率为80Hz)，风机转速变化范围为500r/min～1500r/min(额定风机转速为1100r/min)，待各试验监控对象的温度稳定后，按照如下流程开展相关试验工作：

i)变压缩机频率试验：首先使空调室外机试处于150V供电电压、额定风机转速的工况条件下，通过温度巡检仪获得50Hz、55Hz、60Hz、65Hz、70Hz、75Hz、80Hz、85Hz和90Hz频率下绝缘栅双极型晶体管、整流桥堆、快恢复二极管、智能功率模块、风机模块的温度值；然后使空调室外机试处于264V供电电压、额定风机转速的工况条件下，通过温度巡检仪获得0Hz、55Hz、60Hz、65Hz、70Hz、75Hz、80Hz、85Hz和90Hz频率下绝缘栅双极型晶体管、整流桥堆、快恢复二极管、智能功率模块、风机模块的温度值；通过分析本部分试验以上各器件的温度数值发现，各个器件的正表面温度在两种供电电压状态下呈现出随着压缩机频率增加而升高的变化趋势。

ii)变供电电压试验：使空调试验样机处于压缩机额定工作频率、额定风机转速的工况条件下，通过温度巡检仪获得150V、160V、170V、180V、190V、200V、210V、220V、230V、240V、250V和264V供电电压下绝缘栅双极型晶体管、整流桥堆、快恢复二极管、智能功率模块、风机模块的温度值，通过分析本部分试验以上各器件的温度数值发现，各个器件的正表面温度呈现出随着供电电压的增加而升高的变化趋势。

iii)变风机转速试验：使空调试验样机处于额定供电电压(220V)、压缩机额定工作频率的工况条件下，通过温度巡检仪获得500r/min、700r/min、900r/min、1100r/min、1300r/min和1500r/min的风转速下绝缘栅双极型晶体管、整流桥堆、快恢复二极管、智能功率模块、风机模块的温度值，通过分析本部分试验以上各器件的温度数值发现，绝缘栅双极型晶体管、整流桥堆、快恢复二极管、智能功率模块正表面温度随着风机转速的增加基本不变，而风机模块的温度呈现出随着风机转速的增加而升高的变化趋势。

iv)在开展以上i、ii和iii时，每个工况点的温度记录时间为1h，1秒种记录一个温度数据，并取最后15分钟内的温度数据的平均值作为监控器件的最终温度值；

v)通过对以上i、ii和iii试验的实施和分析，发现上述五个试验监控对象在以下工况时同时达到最高的温度值：

1)压缩机频率：90Hz；

2)风机转速：1500r/min；

3)室外机供电电压：264V；

以上工况即为上述五个试验监控对象的最恶劣工况。

最恶劣工况条件试验：

将上述最恶劣工况作为电控方案没有进行原理性更改的新研室外机产品的型式热试验和电控部分设计完全一致的同种类型室外机产品量产后的抽查检验热试验条件。在开展以上两种试验工作时，在最恶劣工况条件稳定后使室外机连续运行2h，并记录试验过程中五个试验监控对象的温度值，在整个试验过程中五个试验监控对象的温度值小于预设极限温度值，本项试验通过。

本发明提供的空调电控部件热性能评价试验方法，可有效指导相关空调企业在电控部件整个设计和量产阶段开展相关热性能评价试验工作，能有效和高效地拦截存在热性能缺陷的定型量产空调产品，提高相关空调产品的开箱正常率，降低其在全寿命周期内由于热设计缺陷所导致的维修成本；提高家用空调产品的耐环境能力和可靠性水平，增强相关企业空调产品的市场竞争力；能提高相关企业的热性能评价试验的成效和效率，缩短家用空调热性能评价试验时间和量产产品的质量检验周期，提高企业的整体生产效率。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种空调电控部件热性能评价试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

确定试验监控对象；

对所述试验监控对象分别进行变压缩机频率试验、变供电电压试验和变风机转速试验，通过安装在所述试验监控对象的正表面上的热电偶检测所述试验监控对象的温度值；

当所述试验监控对象的温度值均满足下述公式时，判断所述受试空调通过试验，否则，判断所述受试空调没有通过试验，需要整改：

P*R+T≤0.65*T_jmax

其中，

P为热电偶安装面的热功耗；

R为所述试验监控对象的结到壳热阻；

T为所检测的试验监控对象的温度值；

T_jmax为试验监控对象耐受的最高结温。

2.根据权利要求1所述的空调电控部件热性能评价试验方法，其特征在于，所述试验监控对象包括绝缘栅双极型晶体管、整流桥堆、快恢复二极管、智能功率模块、风机模块。

3.根据权利要求1所述的空调电控部件热性能评价试验方法，其特征在于，还包括非接触式热性能试验，所述试验监控对象包括在所述非接触式热性能试验的测试结果中温度超过试验环境温度的空调电控部件。

4.根据权利要求3所述的空调电控部件热性能评价试验方法，其特征在于，所述非接触式热性能试验采用红外热像仪记录空调电控部件正反面的热分布情况，获取空调电控部件的温度。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的空调电控部件热性能评价试验方法，其特征在于，所述变压缩机频率试验包括：使受试空调处于最低供电电压、额定风机转速的工况条件下，将压缩机频率在最低频率至最高频率范围内按照预定的频率间隔从最低频率开始变化至最高频率，记录试验过程中各压缩机频率点下所述试验监控对象的温度值；使空调试验样机处于最高供电电压、额定风机转速的工况条件下，将压缩机频率在最低频率至最高频率范围内按照预定的频率间隔从最低频率开始变化至最高频率，记录试验过程中各压缩机频率点下所述试验监控对象的温度值。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的空调电控部件热性能评价试验方法，其特征在于，所述变供电电压试验包括：使受试空调处于压缩机额定工作频率、额定风机转速的工况条件下，将供电电压在最低供电电压至最高供电电压的范围内按照预定的电压间隔从最低供电电压开始变化至最高供电电压，记录试验过程中各供电电压点下所述试验监控对象的温度值。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的空调电控部件热性能评价试验方法，其特征在于，所述变风机转速试验包括：使空调样机处于额定供电电压、压缩机额定工作频率的工况条件下，将风机转速在最低转速至最高转速范围内按照预定的风速间隔从最低转速开始变化至最高转速，记录试验过程中各风机转速下所述试验监控对象的温度值。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的空调电控部件热性能评价试验方法，其特征在于，在所述变压缩机频率试验、所述变供电电压试验、所述变风机转速试验中，将规定时间间隔内的温度数据的平均值作为所述试验监控对象的最终温度值。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的空调电控部件热性能评价试验方法，其特征在于，还包括：建立每个所述试验监控对象不同的温度值与对应工况条件之间的关系。

10.根据权利要求9所述的空调电控部件热性能评价试验方法，其特征在于，从所述温度值与对应工况条件之间的关系中，获得每个所述试验监控对象在最高温度值所对应的工况条件，将该工况条件作为该试验监控对象对应的最恶劣工况。