فن خنک کننده باید برای همه آشنا باشد. کامپیوترها، آبسردکن‌ها، یخچال‌ها، کولرهای گازی، دستگاه‌های تصفیه هوا، خودروها و غیره، شکل آن را در خود خواهند داشت و یک وسیله خنک کننده محبوب در بسیاری از صنایع است. چقدر در مورد اصول اولیه فن‌های خنک کننده می‌دانید؟ ساختار، اصل کار یا عملکرد انواع مختلف فن‌های خنک کننده چیست؟

1. ساختار فن خنک کننده

فرآیند چرخش فن خنک کننده، فرآیندی است که در آن میدان الکترومغناطیسی چرخشی تولید شده توسط برق‌رسانی سیم‌پیچ استاتور و حلقه مغناطیسی دائمی فشرده شده در پره فن، یکدیگر را دفع می‌کنند. فن خنک کننده عمدتاً از چهار قسمت تشکیل شده است: روتور، استاتور، موتور و قاب بیرونی.

1.1 ترکیب موتور DC بدون برس

این موتور از یک روتور مغناطیسی دائمی، یک استاتور سیم‌پیچ چند قطبی، یک سنسور موقعیت و یک مدار کنترل درایو کموتاسیون الکترونیکی تشکیل شده است.

1.2 ترکیب روتور

این موتور از محفظه موتور + حلقه مغناطیسی + هسته شفت + پره‌های فن تشکیل شده است. در این میان، پره‌های فن برای ایجاد جریان هوا استفاده می‌شوند و هسته شفت برای پشتیبانی و تعادل چرخش پره‌های فن است.

حلقه مغناطیسی، شیئی با مغناطیس باقیمانده است. پس از مغناطیسی شدن توسط یک میدان مغناطیسی قوی، شیء همچنان خواص مغناطیسی را حفظ می‌کند، زمانی که هیچ تحریک میدان مغناطیسی خارجی وجود نداشته باشد، یعنی قطب‌های مشابه یکدیگر را دفع می‌کنند و قطب‌های مخالف یکدیگر را جذب می‌کنند. قاب بیرونی حلقه مغناطیسی (محفظه موتور) برای ثابت کردن حلقه مغناطیسی استفاده می‌شود.

1.3 قسمت استاتور

استاتور از سیم لعابی + ورق فولادی سیلیکونی با روکش پلاستیکی + بلبرینگ + تشخیص سنسور Hall + برد مدار درایو + بلبرینگ تشکیل شده است. نقش بلبرینگ افزایش سرعت، کاهش اصطکاک و اطمینان از این است که فن می‌تواند برای مدت طولانی کار کند. فنر نگهدارنده برای جدا کردن بلبرینگ از شفت تعادل استفاده می‌شود. حلقه نگهدارنده برای محکم کردن کل قسمت چرخشی استفاده می‌شود.

1.4 قاب بیرونی

قسمت قاب بیرونی فن خنک کننده عمدتاً به عنوان پشتیبانی و هدایت جریان هوا عمل می‌کند.

2. نحوه عملکرد فن خنک کننده

طبق قانون دست راست آمپر، هنگامی که جریانی از یک هادی عبور می‌کند، یک میدان مغناطیسی در اطراف آن ایجاد می‌شود. اگر هادی در یک میدان مغناطیسی ثابت دیگر قرار گیرد، یک جاذبه یا دافعه ایجاد می‌شود که باعث حرکت شیء می‌شود.

در داخل فن خنک کننده، یک آهنربای لاستیکی متصل شده است که ورق فولادی سیلیکونی را احاطه کرده است. دو مجموعه سیم‌پیچ در اطراف هسته استاتور پیچیده شده‌اند و یک جزء سنسور Hall به عنوان یک دستگاه تشخیص همزمان برای کنترل مجموعه‌ای از مدارها استفاده می‌شود.

این مدار باعث می‌شود دو مجموعه سیم‌پیچ پیچیده شده در اطراف هسته استاتور به طور متناوب کار کنند، بنابراین ورق فولادی سیلیکونی قطب‌های مغناطیسی متفاوتی تولید می‌کند که نیروی دافعه را با آهنربای لاستیکی ایجاد می‌کنند. هنگامی که نیروی جاذبه و دافعه بیشتر از اصطکاک استاتیک فن باشد، پره‌های فن به طور طبیعی می‌چرخند.

3. سرعت فن خنک کننده

سرعت فن خنک کننده به تعداد دفعاتی که پره‌های فن در دقیقه می‌چرخند اشاره دارد و واحد آن دور در دقیقه است. سرعت فن با تعداد دورهای سیم‌پیچ داخلی موتور، ولتاژ کاری، تعداد پره‌های فن، زاویه شیب، ارتفاع، قطر و سیستم بلبرینگ تعیین می‌شود.

سرعت چرخش فن خنک کننده را می‌توان از طریق یک سیگنال سرعت چرخش داخلی اندازه‌گیری کرد یا می‌توان آن را به صورت خارجی اندازه‌گیری کرد. اندازه‌گیری خارجی استفاده از ابزارهای دیگر (مانند یک دماسنج سیم داغ) برای دیدن سرعت چرخش فن است و اندازه‌گیری داخلی را می‌توان مستقیماً در BIOS یا از طریق نرم‌افزار بررسی کرد.

با تغییر دمای محیط، گاهی اوقات برای برآورده کردن تقاضا به فن‌هایی با سرعت‌های مختلف نیاز است. برخی از فن‌ها می‌توانند سرعت فن را با توجه به دمای عملیاتی فعلی (مانند دمای هیت سینک) به طور خودکار کنترل کنند. اگر دما بالا باشد، سرعت افزایش می‌یابد و اگر دما پایین باشد، سرعت کاهش می‌یابد.

4. حجم هوای فن خنک کننده

حجم هوای فن خنک کننده به حجم کل هوای تخلیه شده یا گرفته شده توسط فن رادیاتور خنک‌شونده با هوا در دقیقه اشاره دارد. اگر بر حسب فوت مکعب محاسبه شود، واحد آن CFM است. اگر بر حسب متر مکعب محاسبه شود، CMM است. واحد حجم هوای که اغلب در محصولات رادیاتور استفاده می‌شود CFM است (حدود 0.028 متر مکعب در دقیقه).

در مورد مواد هیت سینک یکسان، حجم هوا مهم‌ترین شاخص برای اندازه‌گیری ظرفیت اتلاف حرارت هیت سینک خنک‌شونده با هوا است. بدیهی است که هر چه حجم هوای رادیاتور بیشتر باشد، ظرفیت خنک‌کنندگی فن خنک کننده بیشتر است. این به این دلیل است که نسبت ظرفیت حرارتی هوا ثابت است و حجم هوای بیشتر، یعنی هوای بیشتر در واحد زمان می‌تواند گرمای بیشتری را از بین ببرد.

البته، تحت حجم هوای یکسان، اثر اتلاف حرارت به حالت جریان باد مربوط می‌شود. حجم هوا و فشار باد دو مفهوم نسبی هستند.

5. سیگنال کنترل فن خنک کننده

رایج‌ترین فن 2 سیمه است. 2 سیم، سیم برق (قرمز) و سیم زمین (مشکی) هستند. یک فن 2 سیمه با حداکثر سرعت کار می‌کند و مادربرد CPU نمی‌تواند سرعت فن را کنترل کند و همچنین نمی‌داند که آیا فن در حال حاضر در حال کار است یا خیر.

کمی پیشرفته‌تر فن 3 سیمه است. 3 سیم، سیم برق (قرمز)، سیم زمین (مشکی)، سیم اندازه‌گیری سرعت (زرد) هستند.

خط اندازه‌گیری سرعت یک خط خروجی است که سیگنالی را به CPU خروجی می‌دهد تا سرعت فعلی فن را نشان دهد.

در نهایت، بیایید در مورد فن 4 سیمه صحبت کنیم. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، این نیز پرکاربردترین فن با سرعت قابل تنظیم است.

فن 4 سیمه یک سیگنال کنترل بیشتر از فن 3 سیمه دارد و CPU امواج PWM (چرخه کاری قابل تنظیم) را برای کنترل سرعت فن خروجی می‌دهد.

6. ویژگی‌های 4 نوع فن خنک کننده

در زیر عمدتاً طبقه‌بندی با توجه به جهت‌های مختلف جریان هوا در داخل و خارج از فن خنک کننده معرفی می‌شود.

6.1 فن جریان محوری

پره‌های یک فن محوری هوا را به گونه‌ای فشار می‌دهند که در همان جهت شفت (جهت موازی) جریان یابد. پروانه فن جریان محوری تا حدودی شبیه پروانه است. هنگام کار، جهت جریان بیشتر جریان هوا موازی با شفت است.

فن‌های محوری کمترین توان را زمانی مصرف می‌کنند که جریان هوای ورودی هوای آزاد با فشار استاتیک صفر باشد. هنگام کار، مصرف برق با افزایش فشار برگشتی جریان هوا افزایش می‌یابد.

از آنجایی که فن جریان محوری دارای ساختار فشرده، صرفه‌جویی در فضا و نصب آسان است، به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. فن‌های محوری معمولاً روی کابینت تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی نصب می‌شوند و گاهی اوقات روی موتور یکپارچه می‌شوند.

ویژگی‌های اصلی فن‌های جریان محوری، نرخ جریان بالا و فشار باد متوسط است و نیازهای اتلاف حرارت محیط عمومی را برآورده می‌کنند.

6.2 فن جریان متقاطع

فن‌های جریان متقاطع می‌توانند جریان هوای وسیعی ایجاد کنند و معمولاً برای خنک کردن سطوح بزرگ تجهیزات استفاده می‌شوند. ورودی و خروجی این فن عمود بر شفت است.

فن جریان متقاطع از یک پروانه فن استوانه‌ای نسبتاً بلند برای کار استفاده می‌کند. قطر پروانه فن استوانه‌ای نسبتاً بزرگ است. به دلیل قطر زیاد، می‌توان از سرعت نسبتاً کم بر اساس اطمینان از گردش هوای کلی استفاده کرد و در نتیجه سر و صدای ناشی از عملکرد با سرعت بالا را کاهش داد. بیشتر در آسانسورها، کولرهای گازی، خودروها و سایر تجهیزات استفاده می‌شود.

ویژگی‌های اصلی فن‌های جریان متقاطع، نرخ جریان کم، فشار باد کم و ناحیه اتلاف حرارت زیاد است.

6.3 فن جریان مختلط

فن جریان مختلط را فن جریان مورب نیز می‌نامند. این نوع فن جریان مختلط از نظر ظاهری با فن جریان محوری تفاوتی ندارد. در واقع، جهت ورودی هوای فن جریان مختلط در امتداد شفت است، اما جهت خروجی هوا در امتداد جهت مورب بین شفت و خط عمود بر شفت است.

به دلیل شکل مخروطی پروانه و محفظه این فن، فشار باد نسبتاً زیاد است.

ویژگی‌های اصلی فن‌های جریان مختلط، نرخ جریان بالا و فشار باد نسبتاً بالا برای دستیابی به اتلاف حرارت بهتر است.

6.4 فن گریز از مرکز

هنگامی که فن گریز از مرکز کار می‌کند، پره‌ها هوا را به گونه‌ای فشار می‌دهند که در جهتی عمود بر شفت (یعنی جهت شعاعی) جریان یابد. جهت ورودی هوا در امتداد شفت است و جهت خروجی هوا عمود بر جهت شفت است.

در بیشتر موارد، اثر خنک‌کنندگی را می‌توان با استفاده از یک فن محوری به دست آورد. با این حال، گاهی اوقات اگر لازم باشد جریان هوا 90 درجه بچرخد تا تخلیه شود یا فشار باد بیشتری مورد نیاز باشد، باید از یک فن گریز از مرکز استفاده کرد.

ویژگی‌های اصلی فن‌های گریز از مرکز، تغییر جهت جریان باد، نرخ جریان نسبتاً محدود و فشار باد بالا است.