背景介绍   　　光伏逆变器现有常用挂墙支架如图1和图2，承载结构为钣金小折边，在力学上可等效为悬臂梁。图1的悬臂梁截面宽度为钣金壁厚，图2的悬臂梁截面高度为钣金壁厚。为获得足够强度，或者如图1采用高低重复的小折边（造成轮廓尺寸加大，与之配合的散热器或者钣金件高低均需开槽），或者如图2增加钣金厚度。而且，为了方便作为挂墙孔的划线标尺，图1的轮廓内必须覆盖上部和下部所有挂墙孔，也必然增大轮廓尺寸。18年1月本人提出“分体式二次承载挂墙支架组件”后（基于ANSYS WORKBENCH的光伏逆变器挂墙支架轻量化研究），业内已出现采用”墙面上支架+墙面下支架”的逆变器产品，但由于墙面上支架和墙面下支架没有直接连接，又增加了一个“挂墙孔划线专用”硬纸板，如图3。   　　已出现的一种墙面下支架钣金件如图4，必须采用焊接工艺，填补逆变器与墙面间空隙的钣金折边的法线方向与重力方向平行，为了不阻挡自下而上的冷却气流又加工出足够多的孔，加工成本高。   　　针对上述不足，本文提出新型挂墙支架组件必须满足的4个设计目标：   　　1）不采用重复小折边，依然满足IEC 62109规定的“3倍附加自重”承载测试标准；   　　2）墙面上支架轮廓内仅覆盖上部挂墙孔，不需要额外的由逆变器卖家提供的零件也可以作为下部挂墙孔划线标尺；   　　3）墙面下支架不需焊接，不需多孔结构同时不影响散热；   　　4）为最大程度降成本，墙面上下支架材料同箱体，并可以同箱体（或前盖）钣金套料加工。   　　利用“分体式二次承载”的设计理念，本文先完成新型挂墙支架组件的结构设计，再利用有限元法做强度和刚度校核，最后通过了实物样机测试。已申请实用新型专利，申请号201920806157.1，发明创造名称：一种挂墙支架组件及具有其的光伏逆变器。   　　 宽矮17kg逆变器挂墙支架组件设计与仿真   　　如图5，新型挂墙支架组件承载某型宽矮外形的逆变器，已知发热量经过优化（利用响应面优化评估150KW逆变器散热方案）后，散热器截面宽403，底板厚10，肋高40，拉伸长度222，质量5.2kg。箱体宽403，高402，深94，质量11.8kg。墙面下支架为不阻挡气流去掉图4中的多孔平板结构，又为了避免长方形的不稳定性，综合考虑采用如图6的等腰梯形轮廓，无需焊接，标记B的折边填补逆变器与墙面间空隙，法线方向与重力垂直，对冷却气流无阻挡，展开后轮廓尺寸30 x224。挂墙前需先固定于箱体，挂墙后，在A处用螺钉固定于墙面。挂锁盖板如图7，外形配合墙面下支架，螺钉头部被钣金折边覆盖于标记A的空间内。   　　墙面上支架如图8，底板（轮廓尺寸410 x45）与2侧的承重钣金件固定连接。承重钣金件如图9，利用钣金冲压工艺获得扩展截面空心悬臂梁结构，在截面内宽度和厚度均大于1个钣金壁厚，大大增加了强度。散热器最外侧肋片需加工出与悬臂梁匹配的凹槽。   　　挂墙孔标记划线操作如图11，以墙面上支架为标尺，标出上部挂墙孔A、C、F和定向孔D的位置，之后，墙面上支架转90度，使A与C的标记重合，定向孔B与D的标记重合（设计上C与D孔距等于A与B孔距），利用定距孔E即可标出下支架挂墙孔G的位置（设计上C和G孔距等于A和E孔距）。图11中，散热器肋片最高点与墙面上支架底板间距8mm，足够容纳3合一M6螺钉头部，如果用膨胀螺栓固定墙面上支架，应选用如图10的内膨胀螺丝螺栓（M6）。图11中墙面下支架下沿与箱体的下沿平齐，间隙为58mm，足够容纳棘轮扭矩扳手和M6螺钉套筒。如果因其它原因限制墙面下支架下沿必须更低时，则可采用如图12形式（相应的为保持C孔和G孔间距，墙面上支架也要下移），挂锁盖板通用，墙面固定用紧固件同墙面上支架。全部钣金件壁厚2mm。   　　力学仿真的边界条件为：孔C处不固定，只固定孔A、F和G，考虑螺栓预紧力，考虑G处的“二次承载”，设置4个载荷步，逆变器自重在第二步施加，3倍重量在第四步施加在箱体顶面。箱体和散热器设为刚体，墙面上下支架的材料为非线性铝合金5052H32。最大总体变形0.44mm如图13，悬臂梁最大变形0.24mm如图14，悬臂梁最大等效应力191.23MPa如图15。墙面下支架最大变形0.44mm如图16，墙面下支架最大等效应力193.31MPa如图17。墙面下支架如图12时，计算结果变化很小。
 
  　　 窄高40kg逆变器挂墙支架组件设计与仿真   　　如图18，新型挂墙支架组件承载某型窄高外形的逆变器，散热器截面宽450，底板加肋高80，拉伸长度350，质量12.4kg。箱体宽470，高600，深175，质量27.6kg。墙面上下支架结构形式同前，展开后轮廓尺寸30 x286,挂墙孔标记方式同前，悬臂梁尺寸不变。因结构限制不在散热器开槽，增加2个箱体支架如图19，钣金材料同前。力学仿真的边界条件同前，孔C处不固定。
    　　最大总体变形1.0mm如图20，悬臂梁最大变形0.64mm如图21，悬臂梁最大等效应力198.45MPa如图22。墙面下支架最大变形0.91mm如图23，墙面下支架最大等效应力196.89MPa如图24。箱体支架最大变形1.0mm如图25，箱体支架最大等效应力214.14MPa如图26。   　　如果由于结构限制墙面上支架必须尽量靠近箱体上沿时如图27，上下挂墙孔间距已大于上支架轮廓，可在上支架设一定向用销子，再利用铅锤线法标记下部挂墙孔位置如图28。力学仿真后发现计算结果变化甚微，最大总体变形0.91mm如图29，其它略。   　　 17kg逆变器挂墙支架组件样机验证   　　17kg逆变器样机如图30，B为散热器等效配重，A和C为2侧铝板连接梁，A还起到等效肋片顶部与上支架底板折边发生接触作用。墙面上支架安装后如图31，可见中间挂墙孔未固定。加上配重后逆变器总重17kg如图32。等效3倍自重的配重如图33。3倍重量承载实验如图34，一分钟后，挂墙支架组件无明显变形，无垮塌。实验视频请在优酷搜索“逆变器 悬臂梁”。
    　 　基于钣金加工的降成本思路   　　如图35，以前述17kg逆变器为例，由于采用相同的钣金材料，相同壁厚，墙面下支架、悬臂梁、挂锁盖板的原材料均可从箱体加工时散热器缺口处的落料中获得，之后采用冲压模加工。墙面上支架的底板较长，但展开后形状规则，可考虑从箱体或前盖落料工序的边角料获得。

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