Conoscenza comune per la selezione delle ventole di raffreddamento

I. Conoscenze generali di base per la selezione della ventola di raffreddamento

Nella scelta dei ventilatori è necessario confermare le seguenti informazioni essenziali:

★ Dimensioni della ventola

★ Verificare se la ventola è di tipo CC (corrente continua) o CA (corrente alternata).

★ Tensione di alimentazione nominale:

Opzioni CA: 220 V, 110 V, 380 V; Opzioni CC: 5 V, 12 V, 24 V, 36 V, 48 V

★ Tipo di cuscinetto: cuscinetto a sfere o cuscinetto a manicotto

★ Portata d'aria e velocità di rotazione (ad es. metri cubi al minuto, piedi cubi al minuto)

★ Valore della pressione statica

Intervallo dei parametri di selezione della ventola

- Voltaggio: 3 V ~ 220 V

- Dimensione: 20 mm ~ 280 mm

- Velocità di rotazione: 2000 ~ 25000 giri/min

- Rumore minimo: 20 dBA

- Caratteristiche funzionali: regolazione della velocità PWM, rilevamento del segnale di velocità FG, allarme di perdita di rotazione RD, riavvio automatico- AS, protezione da inversione di polarità

- Prestazioni di protezione: protezione-ripristino automatico, protezione da sotto-tensione, protezione da sovra-tensione, impermeabile IP68, resistente all'umidità-, anti-corrosione, resistenza alla nebbia salina

- Materiale: plastica PBT (ritardante di fiamma UL94V-0, conformità ambientale RoHS 2.0)

- Categorie di cuscinetti: Cuscinetti a sfere, Cuscinetti idraulici, Cuscinetti a manicotto

II. Introduzione ai tipi di cuscinetti

Cuscinetto a manicotto

Nel tradizionale design del motore della ventola CC senza spazzole, il gruppo rotore della ventola e il relativo albero centrale passano attraverso il cuscinetto a manicotto, che è fissato in modo girevole al centro dello statore del motore. Viene mantenuto un gioco adeguato tra il rotore e lo statore, nonché tra il nucleo dell'albero e il cuscinetto per evitare inceppamenti dell'albero e rotazione bloccata.

Dopo l'ingresso dell'alimentazione, lo statore genera un flusso magnetico indotto tra rotore e statore. Controllato dal circuito di azionamento, questo campo magnetico guida la rotazione della ventola. La struttura convenzionale del motore del ventilatore comprende solo un rotore del ventilatore, uno statore e un circuito di azionamento; ruota per induzione magnetica con l'albero imperniato all'interno del cuscinetto a bussola.

Vantaggi del cuscinetto a manicotto

A. Resistente agli urti fisici, meno danni durante il trasporto

B. Basso costo, con un grande vantaggio di prezzo rispetto ai cuscinetti a sfera

Svantaggi del cuscinetto a manicotto

A. La polvere ambientale viene aspirata nel nucleo del motore durante il funzionamento della ventola, mescolandosi con il lubrificante attorno al cuscinetto per formare fanghi, che creano rumore di funzionamento o addirittura bloccano completamente la ventola

B. Il foro interno del cuscinetto si usura facilmente, riducendo la durata utile

C. Non adatto a prodotti portatili

D. Il gioco stretto tra il cuscinetto e il nucleo dell'albero determina scarse prestazioni di avvio del motore

E. Il gas ad alta-temperatura generato dall'attrito tra il nucleo dell'albero e il cuscinetto viene bloccato dai fermi dell'olio e dalle rondelle su entrambe le estremità del cuscinetto, formando nitruri che intasano il gioco e ostacolano la rotazione regolare della ventola

Cuscinetto a sfere

I cuscinetti a sfera si basano su sfere metalliche rotanti con contatto puntuale, che consente un facile avvio. Una molla è abbinata al cuscinetto a sfere per spingere contro l'anello metallico esterno, in modo che l'intero peso del rotore della ventola poggi sul cuscinetto a sfere con supporto indiretto della molla. Questo design è adatto a prodotti portatili utilizzati con vari angoli di inclinazione, anche se è necessario evitare cadute e forti urti per evitare danni ai cuscinetti, rumore eccessivo e durata di servizio ridotta.

Vantaggi del cuscinetto a sfere

R. Il rotolamento a-contatto puntuale delle sfere metalliche facilita l'avvio

B. Applicabile a prodotti portatili utilizzati frequentemente con diversi angoli di posizionamento (evitare cadute o impatti casuali)

C. Maggiore durata rispetto ai cuscinetti a manicotto

Svantaggi del cuscinetto a sfere

A. Struttura portante fragile che non può sopportare impatti fisici pesanti

B. Le sfere metalliche rotanti producono un rumore più forte durante il funzionamento del motore

C. Costo unitario più elevato, mancanza di competitività in termini di costi rispetto ai cuscinetti a manicotto

D. Fornitura instabile e quantità controllabile di cuscinetti a sfera

E. La progettazione del posizionamento basata su molle- complica il lavoro di assemblaggio

III. Principi di funzionamento del ventilatore

Principio di funzionamento dei ventilatori DC

Per la-regola della mano destra di Ampere, la corrente che passa attraverso un conduttore genera un campo magnetico circostante. Se il conduttore è posizionato all'interno di un altro campo magnetico fisso, verranno prodotte forze attrattive o repulsive per guidare il movimento.

Un magnete in gomma pre-magnetizzato è fissato all'interno delle pale di una ventola CC. Due serie di bobine sono avvolte attorno al nucleo di acciaio al silicio in corrispondenza dell'asse, accoppiate con un sensore ad effetto Hall come unità di rilevamento sincrono per controllare un circuito di commutazione. Questo circuito alterna l'alimentazione ai due gruppi di bobine, generando poli magnetici alternati sul nucleo di acciaio al silicio. L'attrazione e la repulsione tra questi poli e il magnete di gomma superano l'attrito statico della ventola facendo girare le pale. Il sensore Hall fornisce segnali sincroni continui per sostenere la rotazione e la direzione della rotazione segue la regola della mano destra-di Fleming.

Principio di funzionamento dei ventilatori AC

I ventilatori CA differiscono dai ventilatori CC: la tensione di alimentazione CA alterna continuamente la polarità positiva e negativa, a differenza della tensione CC fissa. È necessario un circuito di controllo dedicato per alternare l'eccitazione della bobina e generare campi magnetici alternati.

La velocità di commutazione dei poli magnetici sul nucleo di acciaio al silicio è determinata dalla frequenza fissa della rete CA. Una frequenza più elevata porta a un’alternanza del campo magnetico più rapida e a una velocità di rotazione teoricamente più elevata, in modo simile a come più coppie polari aumentano la velocità della ventola CC. Tuttavia, una frequenza eccessivamente elevata causerà scarse prestazioni di avvio.

IV. Specifiche sul rumore

Il rumore della ventola viene misurato in una camera anecoica con rumore di fondo inferiore a 15 dBA. Il ventilatore di prova funziona in aria libera, con un fonometro posizionato a 1 metro di distanza dalla presa d'aria.

I valori del rumore della ventola vengono tracciati come livello di pressione sonora (SPL) su bande di ottava. L'effetto percettivo delle modifiche dBA è mostrato di seguito:

A. 3 variazione dBA: appena percettibile

Variazione B. 5 dBA: chiaramente evidente

C. 10 variazione dBA: percepito due volte più forte

Classificazione del livello di rumore

A. 0 ~ 20 dBA: estremamente debole

B. 20 ~ 40 dBA: debole

C. 40 ~ 60 dBA: moderato

D. 60 ~ 80 dBA: forte

E. 80 ~ 100 dBA: molto forte

F. 100 ~ 140 dBA: assordante

V. Definizioni di portata d'aria e unità

(Fare clic su: tabella di conversione automatica del flusso d'aria e della pressione statica)

- CFS: piedi cubi al secondo (ft³/s)

- CFM: piedi cubi al minuto (ft³/min)

- CMS: metro cubo al secondo (m³/s)

- CMM: metro cubo al minuto (m³/min)

- CMH: metro cubo all'ora (m³/h)

- L/s: litri al secondo

- L/min: litri al minuto

VI. Pressione statica e definizioni di unità

Spiegazioni sull'unità di pressione statica

- N (Newton): 1 N=0.101097 kgf

- Pa (Pascal): 1 Pa=1 N/m²

- mmAq (Aq=Aqua, che significa colonna d'acqua, scritto anche mmH₂O): 1 mmAq=1 kg/m²

- atm (pressione atmosferica standard): 1 atm equivale a 760 mmHg con aria secca a 0 gradi. Mercurio è 13,5947 volte più denso dell'acqua, quindi 1 atm equivale anche a 10332 mmH₂O

- battuta: 1 battuta=10⁵ Pa

Definizione di volume d'aria

Il volume d'aria (quantità d'aria/capacità) si riferisce al volume d'aria aspirata da un ventilatore per unità di tempo, indicato come Q (m³/min) per l'aria aspirata. Il volume del gas cambia con la pressione e la temperatura; pertanto, le misurazioni del volume dell'aria di scarico devono specificare la pressione e la temperatura ambiente, da qui il termine "volume dell'aria aspirata".

Aria condizionata standard

Aria umida a 20 gradi, pressione atmosferica 760 mmHg e umidità relativa 65%; peso specifico=1.2 kg/m³

Aria condizionata di riferimento

Aria secca a 0 gradi, pressione atmosferica 760 mmHg e umidità relativa 0%; peso specifico=1.293 kg/m³, espresso in Nm³/min (normali metri cubi al minuto)

VII. Grado di protezione dell'ingresso (IP).

Le classificazioni IP sono un insieme di standard fisici definiti nella norma IEC 60529 (BS EN 60529:1991). Ogni grado IP è composto da due cifre (ad esempio IP55):

1. La prima cifra definisce la protezione contro il contatto umano e le particelle solide

2. La seconda cifra definisce la protezione contro l'ingresso di acqua liquida

Classi di temperatura di isolamento del motore di riferimento

Le temperature operative massime consentite dei sistemi di isolamento sono standardizzate dalla National Electrical Manufacturers Association (NEMA):

Formula di conversione della temperatura: T( gradi F)=T( gradi ) × 9/5 + 32

L'aumento di temperatura consentito viene calcolato rispetto a una temperatura ambiente di base di 40 gradi.

Temperatura operativa totale=Temperatura ambiente di base + Aumento della temperatura consentito + Margine punto caldo della bobina.

Esempio di isolamento di Classe F: 40 gradi + 105 gradi + 10 gradi=155 gradi

I motori non devono funzionare continuamente alla temperatura nominale massima. La durata si dimezza per ogni aumento di 10 gradi sopra la temperatura nominale.

L'isolamento di classe B è ampiamente utilizzato per i motori nordamericani a 60 Hz; L'isolamento di classe F è standard per i motori globali a 50 Hz.