Powszechna wiedza dotycząca wyboru wentylatorów chłodzących

I. Ogólna wiedza podstawowa dotycząca doboru wentylatora chłodzącego

Przy wyborze wentylatorów należy potwierdzić następujące istotne informacje:

★ Rozmiar wymiaru wentylatora

★ Sprawdź, czy wentylator jest typu DC (prąd stały) czy AC (prąd przemienny).

★ Znamionowe napięcie zasilania:

Opcje prądu przemiennego: 220 V, 110 V, 380 V; Opcje prądu stałego: 5 V, 12 V, 24 V, 36 V, 48 V

★ Typ łożyska: łożysko kulkowe lub łożysko ślizgowe

★ Natężenie przepływu powietrza i prędkość obrotowa (np. metry sześcienne na minutę, stopy sześcienne na minutę)

★ Wartość ciśnienia statycznego

Zakres parametrów wyboru wentylatora

- Napięcie: 3 V ~ 220 V

- Wymiary: 20 mm ~ 280 mm

- Prędkość obrotowa: 2000 ~ 25000 obr./min

- Minimalny poziom hałasu: 20 dBA

- Funkcje funkcjonalne: regulacja prędkości PWM, wykrywanie sygnału prędkości FG, alarm utraty obrotów RD, automatyczne-restart AS, zabezpieczenie przed odwrotną polaryzacją

- Stopień ochrony: automatyczne-odzyskiwanie, ochrona pod-napięciem, ochrona-przepięciowa, wodoodporność IP68, odporność-na wilgoć,-korozja, odporność na mgłę solną

- Materiał: tworzywo sztuczne PBT (ognioodporność UL94V-0, zgodność z dyrektywą środowiskową RoHS 2.0)

- Kategorie łożysk: łożysko kulkowe, łożysko hydrauliczne, łożysko ślizgowe

II. Wprowadzenie do typów łożysk

Łożysko tulejowe

W tradycyjnej konstrukcji bezszczotkowego silnika wentylatora na prąd stały zespół wirnika wentylatora i jego centralny wał przechodzą przez łożysko ślizgowe, które jest zamocowane obrotowo pośrodku stojana silnika. Utrzymywany jest odpowiedni luz pomiędzy wirnikiem a stojanem, a także pomiędzy rdzeniem wału a łożyskiem, aby uniknąć zakleszczenia wału i zablokowania obrotu.

Po wejściu zasilania stojan wytwarza indukowany strumień magnetyczny pomiędzy wirnikiem a stojanem. Kontrolowane przez obwód napędowy, to pole magnetyczne napędza obrót wentylatora. Konwencjonalna konstrukcja silnika wentylatora obejmuje tylko jeden wirnik wentylatora, jeden stojan i jeden obwód napędowy; obraca się poprzez indukcję magnetyczną z wałem obracającym się wewnątrz łożyska ślizgowego.

Zalety łożyska ślizgowego

A. Odporny na uderzenia fizyczne, mniej uszkodzeń podczas transportu

B. Niski koszt i duża przewaga cenowa w porównaniu z łożyskami kulkowymi

Wady łożyska ślizgowego

A. Pył z otoczenia jest wciągany do rdzenia silnika podczas pracy wentylatora, mieszając się ze smarem wokół łożyska, tworząc osad, który powoduje hałas podczas pracy lub nawet całkowicie blokuje wentylator

B. Wewnętrzny otwór łożyska łatwo się zużywa, co prowadzi do krótszej żywotności

C. Nie nadaje się do produktów przenośnych

D. Wąski luz pomiędzy łożyskiem a rdzeniem wału powoduje słabą wydajność rozruchu silnika

E. Gaz o wysokiej-temperaturze powstający w wyniku tarcia między rdzeniem wału a łożyskiem jest blokowany przez elementy ustalające oleju i podkładki na obu końcach łożyska, tworząc azotki, które zatykają luz i utrudniają płynny obrót wentylatora

Łożysko kulkowe

Łożyska kulkowe opierają się na toczących się metalowych kulkach o styku punktowym, co umożliwia łatwy rozruch. Sprężyna jest dopasowana do łożyska kulkowego tak, aby dociskać jego zewnętrzny metalowy pierścień, dzięki czemu cały ciężar wirnika wentylatora spoczywa na łożysku kulkowym z pośrednim wsparciem sprężyny. Konstrukcja ta pasuje do produktów przenośnych używanych pod różnymi kątami nachylenia, jednakże należy zapobiegać upadkom i silnym wstrząsom, aby uniknąć uszkodzenia łożysk, nadmiernego hałasu i skrócenia żywotności.

Zalety łożyska kulkowego

A. Punktowe-toczenie metalowych kul zapewnia łatwe uruchamianie

B. Dotyczy produktów przenośnych często eksploatowanych pod różnymi kątami umieszczenia (unikaj przypadkowego upuszczenia lub uderzenia)

C. Dłuższa żywotność w porównaniu z łożyskami ślizgowymi

Wady łożysk kulkowych

A. Delikatna konstrukcja nośna, która nie wytrzymuje silnych uderzeń fizycznych

B. Toczące się metalowe kulki wytwarzają głośniejszy hałas podczas pracy silnika

C. Wyższy koszt jednostkowy, brak konkurencyjności kosztowej w stosunku do łożysk ślizgowych

D. Niestabilna podaż i kontrolowana ilość łożysk kulkowych

E. Projekt pozycjonowania oparty na sprężynach-komplikuje prace montażowe

III. Zasady działania wentylatora

Zasada działania wentylatorów prądu stałego

Zgodnie z-regułą prawej ręki Ampera prąd przepływający przez przewodnik wytwarza otaczające go pole magnetyczne. Jeśli przewodnik zostanie umieszczony wewnątrz innego stałego pola magnetycznego, powstaną siły przyciągające lub odpychające, które będą napędzać ruch.

Wewnątrz łopatek wentylatora prądu stałego jest przymocowany-wstępnie namagnesowany magnes gumowy. Dwa zestawy cewek są nawinięte wokół rdzenia ze stali krzemowej na osi i połączone z czujnikiem Halla pełniącym funkcję synchronicznej jednostki detekcyjnej do sterowania obwodem przełączającym. Obwód ten zapewnia naprzemienne zasilanie dwóch zestawów cewek, generując naprzemienne bieguny magnetyczne na rdzeniu ze stali krzemowej. Przyciąganie i odpychanie między tymi biegunami a gumowym magnesem pokonuje tarcie statyczne wentylatora, powodując obrót łopatek. Czujnik Halla dostarcza ciągłe, synchroniczne sygnały w celu podtrzymania rotacji, a kierunek rotacji jest zgodny z regułą-prawej dłoni Fleminga.

Zasada działania wentylatorów AC

Wentylatory AC różnią się od wentylatorów DC: napięcie zasilania AC zmienia w sposób ciągły biegunowość dodatnią i ujemną, w przeciwieństwie do stałego napięcia stałego. Do naprzemiennego zasilania cewki i generowania zmiennego pola magnetycznego wymagany jest dedykowany obwód sterujący.

Szybkość przełączania biegunów magnetycznych na rdzeniu ze stali krzemowej jest określona przez stałą częstotliwość sieci prądu przemiennego. Wyższa częstotliwość prowadzi do szybszej zmiany pola magnetycznego i teoretycznie wyższej prędkości obrotowej, podobnie jak większa liczba par biegunów zwiększa prędkość wentylatora prądu stałego. Jednakże zbyt wysoka częstotliwość będzie powodować słabą wydajność uruchamiania.

IV. Specyfikacje hałasu

Hałas wentylatora mierzony jest w komorze bezechowej z hałasem tła poniżej 15 dBA. Wentylator testowy pracuje na wolnym powietrzu, a miernik poziomu dźwięku znajduje się w odległości 1 metra od wlotu powietrza.

Wartości hałasu wentylatora są wykreślane jako poziom ciśnienia akustycznego (SPL) w pasmach oktawowych. Poniżej przedstawiono efekt percepcyjny zmian dBA:

Zmiana A. 3 dBA: Ledwo zauważalna

Zmiana B. 5 dBA: Wyraźnie zauważalna

C. 10 Zmiana dBA: Odczuwana jako dwukrotnie głośniejsza

Klasyfikacja poziomu hałasu

A. 0 ~ 20 dBA: Bardzo słabe

B. 20 ~ 40 dBA: Słabo

C. 40 ~ 60 dBA: Umiarkowane

D. 60 ~ 80 dBA: Głośno

E. 80 ~ 100 dBA: Bardzo głośno

F. 100 ~ 140 dBA: Ogłuszający

V. Natężenie przepływu powietrza i definicje jednostek

(Kliknij: Tabela automatycznej konwersji przepływu powietrza i ciśnienia statycznego)

- CFS: stopy sześcienne na sekundę (ft³/s)

- CFM: stopy sześcienne na minutę (ft³/min)

- CMS: metr sześcienny na sekundę (m³/s)

- CMM: metr sześcienny na minutę (m³/min)

- CMH: metr sześcienny na godzinę (m³/h)

- L/s: litr na sekundę

- L/min: litr na minutę

VI. Ciśnienie statyczne i definicje jednostek

Objaśnienia dotyczące jednostek ciśnienia statycznego

- N (Newton): 1 N=0.101097 kgf

- Pa (paskal): 1 Pa=1 N/m²

- mmAq (Aq=Aqua, co oznacza słup wody, zapisywany także jako mmH₂O): 1 mmAq=1 kg/m²

- atm (standardowe ciśnienie atmosferyczne): 1 atm równa się 760 mmHg w temperaturze 0 stopni suchego powietrza. Rtęć jest 13,5947 razy gęstsza od wody, więc 1 atm odpowiada również 10332 mmH₂O

- bar: 1 bar=10⁵ Pa

Definicja objętości powietrza

Objętość powietrza (ilość powietrza / wydajność) odnosi się do objętości powietrza pobieranego przez dmuchawę w jednostce czasu, oznaczanej jako Q (m³/min) dla powietrza dolotowego. Objętość gazu zmienia się wraz z ciśnieniem i temperaturą; dlatego pomiary objętości powietrza wylotowego muszą określać ciśnienie i temperaturę otoczenia, stąd termin „objętość powietrza dolotowego”.

Standardowa klimatyzacja

Wilgotne powietrze o temperaturze 20 stopni, ciśnieniu atmosferycznym 760 mmHg i wilgotności względnej 65%; ciężar właściwy=1.2 kg/m3

Referencyjny klimatyzator

Suche powietrze o temperaturze 0 stopni, ciśnieniu atmosferycznym 760 mmHg i wilgotności względnej 0%; ciężar właściwy=1.293 kg/m3, wyrażony jako Nm3/min (normalne metry sześcienne na minutę)

VII. Stopień ochrony (IP).

Stopień ochrony IP to zestaw standardów fizycznych zdefiniowanych w normie IEC 60529 (BS EN 60529:1991). Każdy stopień ochrony IP składa się z dwóch cyfr (np. IP55):

1. Pierwsza cyfra określa ochronę przed kontaktem z człowiekiem i cząstkami stałymi

2. Druga cyfra określa zabezpieczenie przed wnikaniem wody płynnej

Odniesienia do klas temperatur izolacji silnika

Maksymalne dopuszczalne temperatury pracy systemów izolacyjnych są znormalizowane przez Krajowe Stowarzyszenie Producentów Elektrycznych (NEMA):

Wzór na przeliczenie temperatury: T(stopień F)=T(stopień) × 9/5 + 32

Dopuszczalny wzrost temperatury jest obliczany w oparciu o bazową temperaturę otoczenia wynoszącą 40 stopni.

Całkowita temperatura robocza=Bazowa temperatura otoczenia + Dopuszczalny wzrost temperatury + Margines gorącego punktu cewki.

Przykład dla izolacji klasy F: 40 stopni + 105 stopni + 10 stopni=155 stopni

Silniki nie powinny pracować w sposób ciągły przy maksymalnej temperaturze znamionowej. Żywotność zmniejsza się o połowę na każde 10 stopni wzrostu powyżej temperatury znamionowej.

Izolacja klasy B jest szeroko stosowana w silnikach północnoamerykańskich 60 Hz; Izolacja klasy F jest standardem dla globalnych silników 50 Hz.