De koelventilator moet iedereen wel bekend zijn. Computers, waterdispensers, koelkasten, airconditioners, luchtreinigers, auto's, enz. zullen het in zich hebben, en het is een populair koelapparaat in veel industrieën. Hoeveel weet u over de basis van koelventilatoren? Wat is de structuur, het werkingsprincipe of de prestaties van verschillende soorten koelventilatoren?

1. Structuur van de koelventilator

Het rotatieproces van de koelventilator is een proces waarbij het roterende elektromagnetische veld dat wordt gegenereerd door de elektrificatie van de statorwikkeling en de permanente magnetische ring die in de ventilatorbladen is geperst, elkaar afstoten. De koelventilator bestaat voornamelijk uit vier delen: de rotor, de stator, de motor en het buitenframe.

1.1 Samenstelling van de borstelloze gelijkstroommotor

Deze bestaat uit een permanente magneetrotor, een meerpolige wikkelstator, een positiesensor en een elektronisch commutatie-aandrijvingscircuit.

1.2 Rotor samenstelling

Deze bestaat uit motorbehuizing + magneetring + as + ventilatorbladen. De ventilatorbladen worden gebruikt om luchtstroom te creëren, en de as dient om de rotatie van de ventilatorbladen te ondersteunen en in evenwicht te brengen.

Een magneetring is een object met restmagnetisme. Nadat het door een sterk magnetisch veld is gemagnetiseerd, behoudt het object nog steeds magnetische eigenschappen wanneer er geen externe magnetische veldexcitaties zijn, dat wil zeggen, gelijke polen stoten elkaar af en ongelijke polen trekken elkaar aan. Het buitenframe van de magneetring (de motorbehuizing) wordt gebruikt om de magneetring te fixeren.

1.3 Stator deel

De stator bestaat uit geëmailleerde draad + met plastic gecoate siliciumstaalplaat + lager + Hall-sensordetectie + printplaat van het aandrijfcircuit + lager. De rol van het lager is om de snelheid te verhogen, wrijving te verminderen en ervoor te zorgen dat de ventilator lange tijd kan draaien. De steunveer wordt gebruikt om het lager van de balansas te scheiden. De borgring wordt gebruikt om het hele roterende deel vast te zetten.

1.4 Buitenframe

Het buitenframe van de koelventilator fungeert voornamelijk als ondersteuning en luchtstroomgeleiding.

2. Hoe de koelventilator werkt

Volgens de rechterhandregel van Ampère wordt er een magnetisch veld gegenereerd rond een geleider wanneer er een stroom doorheen gaat. Als de geleider in een ander vast magnetisch veld wordt geplaatst, wordt er aantrekking of afstoting gegenereerd, waardoor het object beweegt.

In de koelventilator is een rubberen magneet bevestigd, die de siliciumstaalplaat omringt. Er zijn twee sets spoelen rond de statorkern gewikkeld en een Hall-sensorcomponent wordt gebruikt als een synchroon detectieapparaat om een set circuits te besturen.

Dit circuit zorgt ervoor dat de twee sets spoelen die rond de statorkern zijn gewikkeld, afwisselend werken, zodat de siliciumstaalplaat verschillende magnetische polen produceert, die afstotingskracht genereren met de rubberen magneet. Wanneer de aantrekkings- en afstotingskracht groter is dan de statische wrijving van de ventilator, zullen de ventilatorbladen vanzelf draaien.

3. Snelheid van de koelventilator

De snelheid van de koelventilator verwijst naar het aantal keren dat de ventilatorbladen per minuut draaien, en de eenheid is rpm. De ventilatorsnelheid wordt bepaald door het aantal windingen van de binnenste spoel van de motor, de bedrijfsspanning, het aantal ventilatorbladen, de hellingshoek, de hoogte, de diameter en het lagersysteem.

De rotatiesnelheid van de koelventilator kan worden gemeten via een intern rotatiesignaal, of kan extern worden gemeten. De externe meting is om andere instrumenten (zoals een draad anemometer) te gebruiken om te zien hoe snel de ventilator draait, en de interne meting kan direct in de BIOS of via software worden gecontroleerd.

Naarmate de omgevingstemperatuur verandert, zijn soms ventilatoren met verschillende snelheden vereist om aan de vraag te voldoen. Sommige ventilatoren kunnen de snelheid van de ventilator automatisch regelen op basis van de huidige bedrijfstemperatuur (zoals de temperatuur van de heatsink). Als de temperatuur hoog is, wordt de snelheid verhoogd, en als de temperatuur laag is, wordt de snelheid verlaagd.

4. Luchtvolume van de koelventilator

Het luchtvolume van de koelventilator verwijst naar het totale volume lucht dat per minuut door de luchtgekoelde radiatorventilator wordt afgevoerd of opgenomen. Als het in kubieke voet wordt berekend, is de eenheid CFM. Als het wordt berekend in kubieke meter, is het CMM. De luchtvolume-eenheid die vaak wordt gebruikt in radiatorproducten is CFM (ongeveer 0,028 kubieke meter per minuut).

In het geval van hetzelfde heatsink-materiaal is het luchtvolume de belangrijkste indicator om de warmteafvoer van de luchtgekoelde heatsink te meten. Het is duidelijk dat hoe groter het luchtvolume van de radiator, hoe hoger het koelvermogen van de koelventilator. Dit komt omdat de warmtecapaciteitsverhouding van de lucht constant is, en een groter luchtvolume, dat wil zeggen, meer lucht per tijdseenheid kan meer warmte afvoeren.

Natuurlijk is het warmteafvoereffect bij hetzelfde luchtvolume gerelateerd aan de stromingsmodus van de wind. Luchtvolume en winddruk zijn twee relatieve concepten.

5. Besturingssignaal van de koelventilator

De meest voorkomende is de 2-draads ventilator. De 2 draden zijn voedingsdraad (rood) en aarddraad (zwart). Een 2-draads ventilator draait op volle snelheid wanneer deze wordt ingeschakeld, en de CPU van het moederbord kan de ventilatorsnelheid niet regelen, noch weet deze of de ventilator momenteel draait.

Iets geavanceerder is de 3-draads ventilator. De 3 draden zijn voedingsdraad (rood), aarddraad (zwart), snelheidsmeetdraad (geel).

De snelheidsmeetlijn is een uitgangslijn, die een signaal naar de CPU stuurt om de huidige ventilatorsnelheid te vertellen.

Laten we tot slot eens kijken naar de 4-draads ventilator. Zoals te zien is in de onderstaande figuur, is dit ook de meest gebruikte snelheidsregelbare ventilator.

De 4-draads ventilator heeft één besturingssignaal meer dan de 3-draads ventilator, en de CPU stuurt PWM-golven (instelbare duty cycle) uit om de snelheid van de ventilator te regelen.

6. Kenmerken van 4 soorten koelventilatoren

Het volgende introduceert voornamelijk de classificatie op basis van de verschillende richtingen van de luchtstroom in en uit de koelventilator.

6.1 Axiale ventilator

De bladen van een axiale ventilator duwen lucht om in dezelfde richting als de as te stromen (parallelle richting). De waaier van de axiale ventilator lijkt enigszins op de propeller. Wanneer deze werkt, is de stromingsrichting van het grootste deel van de luchtstroom parallel aan de as.

Axiale ventilatoren verbruiken het minste vermogen wanneer de inlaatluchtstroom vrije lucht is bij nul statische druk. Tijdens het draaien neemt het stroomverbruik toe met de stijging van de tegendruk van de luchtstroom.

Omdat de axiale ventilator een compacte structuur heeft, ruimte bespaart en gemakkelijk te installeren is, wordt deze veel gebruikt. Axiale ventilatoren worden meestal geïnstalleerd op de kast van elektrische en elektronische apparatuur, en soms geïntegreerd op de motor.

De belangrijkste kenmerken van axiale ventilatoren zijn een hoge stroomsnelheid en een gemiddelde winddruk, en ze voldoen aan de warmteafvoervereisten van de algemene omgeving.

6.2 Dwarsstroomventilator

Dwarsstroomventilatoren kunnen een groot luchtstroomgebied genereren en worden meestal gebruikt om grote oppervlakken van apparatuur te koelen. De inlaat en uitlaat van deze ventilator staan loodrecht op de as.

De dwarsstroomventilator gebruikt een relatief lange cilindervormige ventilatorwaaier om te werken. De diameter van de cilindervormige ventilatorwaaier is relatief groot. Vanwege de grote diameter is het mogelijk om een relatief lage snelheid te gebruiken op basis van het waarborgen van de algehele luchtcirculatie, waardoor het geluid dat wordt veroorzaakt door snelle werking wordt verminderd. Het wordt meestal gebruikt in liften, airconditioners, auto's en andere apparatuur.

De belangrijkste kenmerken van dwarsstroomventilatoren zijn een lage stroomsnelheid, een lage winddruk en een groot warmteafvoergebied.

6.3 Gemengde stroomventilator

De gemengde stroomventilator wordt ook wel de diagonale stroomventilator genoemd. Dit soort gemengde stroomventilator verschilt qua uiterlijk niet van de axiale ventilator. In feite is de luchtinlaatrichting van de gemengde stroomventilator langs de as, maar de luchtafvoerrichting is langs de diagonale richting tussen de as en de lijn loodrecht op de as.

Vanwege de conische vorm van de waaier en de behuizing van deze ventilator is de winddruk relatief hoog.

De belangrijkste kenmerken van gemengde stroomventilatoren zijn een hoge stroomsnelheid en een relatief hoge winddruk om een betere warmteafvoer te bereiken.

6.4 Centrifugaalventilator

Wanneer de centrifugaalventilator werkt, duwen de bladen de lucht om in een richting loodrecht op de as te stromen (dat wil zeggen, radiale richting). De luchtinlaatrichting is langs de as en de luchtafvoerrichting staat loodrecht op de asrichting.

In de meeste gevallen kan het koeleffect worden bereikt door een axiale ventilator te gebruiken. Als de luchtstroom echter 90 graden moet worden gedraaid om af te voeren of als er een hogere winddruk vereist is, moet een centrifugaalventilator worden gebruikt.

De belangrijkste kenmerken van centrifugaalventilatoren zijn het veranderen van de stromingsrichting van de wind, een relatief beperkte stroomsnelheid en een hoge winddruk.