Wentylator chłodzący musi być znany każdemu. Komputery, dystrybutory wody, lodówki, klimatyzatory, oczyszczacze powietrza, samochody itp. będą miały go w środku i jest to popularne urządzenie chłodzące w wielu branżach. Jak dużo wiesz o podstawach wentylatorów chłodzących? Jaka jest jego struktura, zasada działania lub wydajność różnych typów wentylatorów chłodzących?

1. Struktura wentylatora chłodzącego

Proces obrotu wentylatora chłodzącego jest procesem, w którym obracające się pole elektromagnetyczne generowane przez elektryfikację cewki stojana i pierścień magnesu trwałego wciśnięty w łopatki wentylatora odpychają się wzajemnie. Wentylator chłodzący składa się głównie z czterech części: wirnika, stojana, silnika i ramy zewnętrznej.

1.1 Skład silnika bezszczotkowego DC

Składa się z wirnika z magnesem trwałym, wielobiegunowego stojana uzwojenia, czujnika położenia i elektronicznego obwodu sterowania napędem komutacyjnym.

1.2 Skład wirnika

Składa się z obudowy silnika + pierścienia magnetycznego + rdzenia wału + łopatek wentylatora. Wśród nich łopatki wentylatora służą do tworzenia przepływu powietrza, a rdzeń wału służy do podtrzymywania i równoważenia obrotu łopatek wentylatora.

Pierścień magnetyczny jest obiektem z resztkowym magnetyzmem. Po namagnesowaniu przez silne pole magnetyczne, obiekt nadal zachowuje właściwości magnetyczne, gdy nie ma zewnętrznego wzbudzenia pola magnetycznego, to znaczy, że bieguny jednoimienne odpychają się, a bieguny różnoimienne przyciągają się. Zewnętrzna rama pierścienia magnetycznego (obudowa silnika) służy do mocowania pierścienia magnetycznego.

1.3 Część stojana

Stojan składa się z drutu emaliowanego + blachy stalowej krzemowej powlekanej tworzywem sztucznym + łożyska + wykrywania czujnika Halla + płytki obwodu napędowego + łożyska. Rolą łożyska jest zwiększenie prędkości, zmniejszenie tarcia i zapewnienie, że wentylator może działać przez długi czas. Sprężyna podtrzymująca służy do oddzielenia łożyska od wału równoważącego. Pierścień ustalający służy do zabezpieczenia całej obracającej się części.

1.4 Rama zewnętrzna

Zewnętrzna część ramy wentylatora chłodzącego pełni głównie funkcję podtrzymywania i prowadzenia przepływu powietrza.

2. Jak działa wentylator chłodzący

Zgodnie z zasadą prawej dłoni Ampère'a, gdy prąd przepływa przez przewodnik, wokół niego generowane jest pole magnetyczne. Jeśli przewodnik zostanie umieszczony w innym stałym polu magnetycznym, zostanie wygenerowane przyciąganie lub odpychanie, powodując ruch obiektu.

Wewnątrz wentylatora chłodzącego przymocowany jest magnes gumowy, otaczający blachę stalową krzemową. Dwa zestawy cewek są nawinięte wokół rdzenia stojana, a komponent czujnika Halla jest używany jako synchroniczne urządzenie wykrywające do sterowania zestawem obwodów.

Obwód ten sprawia, że dwa zestawy cewek nawiniętych wokół rdzenia stojana działają naprzemiennie, dzięki czemu blacha stalowa krzemowa wytwarza różne bieguny magnetyczne, które generują siłę odpychającą z magnesem gumowym. Gdy siła przyciągania i odpychania jest większa niż tarcie statyczne wentylatora, łopatki wentylatora obracają się naturalnie.

3. Prędkość wentylatora chłodzącego

Prędkość wentylatora chłodzącego odnosi się do liczby obrotów łopatek wentylatora na minutę, a jednostką jest obr./min. Prędkość wentylatora jest określana przez liczbę zwojów cewki wewnętrznej silnika, napięcie robocze, liczbę łopatek wentylatora, kąt nachylenia, wysokość, średnicę i system łożyskowy.

Prędkość obrotową wentylatora chłodzącego można zmierzyć za pomocą wewnętrznego sygnału prędkości obrotowej lub można ją zmierzyć zewnętrznie. Pomiar zewnętrzny polega na użyciu innych instrumentów (takich jak anemometr termiczny), aby zobaczyć, jak szybko obraca się wentylator, a pomiar wewnętrzny można sprawdzić bezpośrednio w BIOS-ie lub za pomocą oprogramowania.

Wraz ze zmianą temperatury otoczenia, czasami wymagane są wentylatory o różnych prędkościach, aby sprostać zapotrzebowaniu. Niektóre wentylatory mogą automatycznie kontrolować prędkość wentylatora w zależności od aktualnej temperatury pracy (np. temperatury radiatora). Jeśli temperatura jest wysoka, prędkość zostanie zwiększona, a jeśli temperatura jest niska, prędkość zostanie zmniejszona.

4. Objętość powietrza wentylatora chłodzącego

Objętość powietrza wentylatora chłodzącego odnosi się do całkowitej objętości powietrza wydalanego lub zasysanego przez wentylator chłodnicy chłodzonej powietrzem na minutę. Jeśli jest obliczana w stopach sześciennych, jednostką jest CFM. Jeśli jest obliczana w metrach sześciennych, jest to CMM. Jednostką objętości powietrza często używaną w produktach chłodniczych jest CFM (około 0,028 metrów sześciennych na minutę).

W przypadku tego samego materiału radiatora, objętość powietrza jest najważniejszym wskaźnikiem do pomiaru zdolności rozpraszania ciepła radiatora chłodzonego powietrzem. Oczywiście, im większa objętość powietrza radiatora, tym wyższa zdolność chłodzenia wentylatora chłodzącego. Dzieje się tak dlatego, że współczynnik ciepła właściwego powietrza jest stały, a większa objętość powietrza, to znaczy więcej powietrza na jednostkę czasu, może zabrać więcej ciepła.

Oczywiście, przy tej samej objętości powietrza, efekt rozpraszania ciepła jest związany z trybem przepływu wiatru. Objętość powietrza i ciśnienie wiatru to dwie względne koncepcje.

5. Sygnał sterujący wentylatora chłodzącego

Najbardziej powszechny jest wentylator 2-przewodowy. 2 przewody to przewód zasilający (czerwony) i przewód uziemiający (czarny). Wentylator 2-przewodowy pracuje z pełną prędkością po włączeniu zasilania, a płyta główna procesora nie może kontrolować prędkości wentylatora, ani nie wie, czy wentylator aktualnie pracuje.

Trochę bardziej zaawansowany jest wentylator 3-przewodowy. 3 przewody to przewód zasilający (czerwony), przewód uziemiający (czarny), przewód pomiaru prędkości (żółty).

Linia pomiaru prędkości jest linią wyjściową, która wysyła sygnał do procesora, aby poinformować o aktualnej prędkości wentylatora.

Na koniec porozmawiajmy o wentylatorze 4-przewodowym. Jak pokazano na poniższym rysunku, jest to również najczęściej używany wentylator z regulacją prędkości.

Wentylator 4-przewodowy ma jeden sygnał sterujący więcej niż wentylator 3-przewodowy, a procesor wysyła fale PWM (regulowany cykl pracy), aby kontrolować prędkość wentylatora.

6. Charakterystyka 4 typów wentylatorów chłodzących

Poniżej przedstawiono głównie klasyfikację zgodnie z różnymi kierunkami wlotu i wylotu powietrza wentylatora chłodzącego.

6.1 Wentylator osiowy

Łopatki wentylatora osiowego pchają powietrze, aby płynęło w tym samym kierunku co wał (kierunek równoległy). Wirnik wentylatora osiowego jest nieco podobny do śmigła. Podczas pracy kierunek przepływu większości powietrza jest równoległy do wału.

Wentylatory osiowe zużywają najmniej energii, gdy wlot powietrza jest wolnym powietrzem przy zerowym ciśnieniu statycznym. Podczas pracy zużycie energii wzrośnie wraz ze wzrostem ciśnienia zwrotnego przepływu powietrza.

Ponieważ wentylator osiowy charakteryzuje się zwartą konstrukcją, oszczędnością miejsca i łatwą instalacją, jest szeroko stosowany. Wentylatory osiowe są zwykle instalowane na obudowie urządzeń elektrycznych i elektronicznych, a czasami zintegrowane z silnikiem.

Głównymi cechami wentylatorów osiowych są wysoki przepływ i średnie ciśnienie wiatru, które spełniają wymagania dotyczące rozpraszania ciepła w środowisku ogólnym.

6.2 Wentylator poprzeczny

Wentylatory poprzeczne mogą generować duży przepływ powietrza i są zwykle używane do chłodzenia dużych powierzchni urządzeń. Wlot i wylot tego wentylatora są prostopadłe do wału.

Wentylator poprzeczny wykorzystuje stosunkowo długi, beczkowaty wirnik wentylatora do pracy. Średnica beczkowatego wirnika wentylatora jest stosunkowo duża. Ze względu na dużą średnicę możliwe jest użycie stosunkowo niskiej prędkości, zapewniając jednocześnie ogólną cyrkulację powietrza, zmniejszając w ten sposób hałas spowodowany pracą z dużą prędkością. Jest on najczęściej używany w windach, klimatyzatorach, samochodach i innych urządzeniach.

Głównymi cechami wentylatorów poprzecznych są niski przepływ, niskie ciśnienie wiatru i duża powierzchnia rozpraszania ciepła.

6.3 Wentylator mieszany

Wentylator mieszany jest również nazywany wentylatorem diagonalnym. Ten rodzaj wentylatora mieszanego nie różni się wyglądem od wentylatora osiowego. W rzeczywistości kierunek wlotu powietrza wentylatora mieszanego jest wzdłuż wału, ale kierunek wylotu powietrza jest wzdłuż kierunku przekątnej między wałem a linią prostopadłą do wału.

Ze względu na stożkowy kształt wirnika i obudowy tego wentylatora, ciśnienie wiatru jest stosunkowo wysokie.

Głównymi cechami wentylatorów mieszanych są wysoki przepływ i stosunkowo wysokie ciśnienie wiatru, aby uzyskać lepsze rozpraszanie ciepła.

6.4 Wentylator odśrodkowy

Gdy wentylator odśrodkowy pracuje, łopatki pchają powietrze, aby płynęło w kierunku prostopadłym do wału (to znaczy w kierunku promieniowym). Kierunek wlotu powietrza jest wzdłuż wału, a kierunek wylotu powietrza jest prostopadły do kierunku wału.

W większości przypadków efekt chłodzenia można osiągnąć za pomocą wentylatora osiowego. Jednak czasami, jeśli przepływ powietrza musi być obrócony o 90 stopni w celu rozładowania lub wymagane jest większe ciśnienie wiatru, należy użyć wentylatora odśrodkowego.

Głównymi cechami wentylatorów odśrodkowych jest zmiana kierunku przepływu wiatru, stosunkowo ograniczony przepływ i wysokie ciśnienie wiatru.