直流風扇工作原理及應(yīng)用

時間：2015-07-08作者：深圳市深風達科技有限公司瀏覽：112

	根據(jù)供電方式的不同，電機有直流電機和交流電機兩種類型。電腦中使用的風扇電機為直流電機，供電電壓為＋12V，轉(zhuǎn)速在1000～10000轉(zhuǎn)／分之間。


	   直流電機是將直流電能轉(zhuǎn)換為機械能的旋轉(zhuǎn)機械。它由定子、轉(zhuǎn)子和換向器三個部分組成。


	      有刷直流電機的構(gòu)造：


	      定子（即主磁較）被固定在風扇支架上，是電機的非旋轉(zhuǎn)部分。


	   轉(zhuǎn)子中有兩組以上的線圈，由漆包線繞制而成，稱之為繞組。當繞組中有電流通過時產(chǎn)生磁場，該磁場與定子的磁場產(chǎn)生力的作用。由于定子是固定不動的，因此轉(zhuǎn)子在力的作用下轉(zhuǎn)動。


	  換向器是直流電動機的一種特殊裝置，由許多換向片組成，每兩個相鄰的換向片中間是絕緣片。在換向器的表面用彈簧壓著固定的電刷，使轉(zhuǎn)動的電樞繞組得以同外電路聯(lián)接。當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定角度后，換向器將供電電壓接入另一對繞組，并在該繞組中繼續(xù)產(chǎn)生磁場。可見，由于換向器的存在，使電樞線圈中受到的電磁轉(zhuǎn)矩保持不變，在這個電磁轉(zhuǎn)矩作用下使電樞得以旋轉(zhuǎn)。


	     無刷直流電機原理圖：


	     轉(zhuǎn)子利用軸承與外殼之間實現(xiàn)動配合。風扇的扇葉固定在轉(zhuǎn)子上，因此，當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，扇葉將與轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動起來。普通風扇一般采用滾珠軸承而高檔風扇為了提高運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和增加使用壽命，通常采用較為**的液態(tài)軸承。


	     液態(tài)軸承的結(jié)構(gòu)：


	     有刷電機與無刷電機


	  如前所述，直流電機是利用碳刷實現(xiàn)換向的。由于碳刷存在摩擦，使得電刷乃至電機的壽命減短。同時，電刷在高速運轉(zhuǎn)過程中會產(chǎn)生火花，還會對周圍的電子線路形成干擾。為此，人們發(fā)明了一種*碳刷的直流電機，通常也稱作無刷電機（brushless motor）。


	  無刷電機將繞組作為定子，而*磁鐵作為轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)上與有刷電機正好相反。無刷電機采用電子線路切換繞組的通電順序，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，推動轉(zhuǎn)子做旋轉(zhuǎn)運動。


	      無刷直流電機原理圖：


	   無刷電機由于沒有碳刷，*維護壽命長，速度調(diào)節(jié)精度高。因此，無刷電機正在迅速取代傳統(tǒng)的有刷電機，帶變頻技術(shù)的家用電器（如變頻空調(diào)、變頻電冰箱等）就是使用了無刷電機，目前散熱風扇中幾乎全部使用無刷電機。


	       變頻電機工作原理：


	      是拆開的風扇電機的照片，風扇采用的是變頻電機，這從線圈所在的位置就可以辨認出來。變頻電機控制電路板，控制芯片將集DSP功能與驅(qū)動器于一體，簡化了電路結(jié)構(gòu)。通過對控制芯片編程，可改變電機轉(zhuǎn)速。


	       直流


	       電機的構(gòu)造   


	       變頻電機具有直流電機特性、卻采用交流電機的結(jié)構(gòu)。也就是說，雖然外部接入的是直流電，卻采用直流-交流變壓變頻器控制技術(shù)，電機本體完全按照交流電機的原理去工作的。因此，變頻電機也叫“自控變頻同步電機”，電動機的轉(zhuǎn)速n取決于控制器的所設(shè)定的頻率f。


	   三相星形接法的變頻電機控制電路，直流供電經(jīng)MOS管組成的三相變流電路向電機的三個繞組分時供電。每一時刻，三對繞組中僅有一對繞組中有電流通過，產(chǎn)生一個磁場，接著停止向這對繞組供電，而給相鄰的另一對繞組供電，這樣定子中的磁場軸線在空間轉(zhuǎn)動了120°，轉(zhuǎn)子受到磁力的作用跟隨定子磁場作120°旋轉(zhuǎn)。將電壓依次加在A+B-、A+C-、B+C-、B+A-、C+A-、C+B-上，定子中便形成旋轉(zhuǎn)磁場，于是電機連續(xù)轉(zhuǎn)動。


	      無刷直流電機工作原理 ：


	  變頻電機的驅(qū)動電路由主回路和控制回路兩部分組成，現(xiàn)在已經(jīng)將這兩部分集成到同一個芯片中，這樣只要使用一個器件便可實現(xiàn)變頻電機的全部控制功能，簡化了電路結(jié)構(gòu)，常用的控制芯片有日本三洋公司的LB1964、美國MAXIM公司的MAX6625、和意法半導體公司的ST72141等。隨著工業(yè)界對節(jié)能和噪聲抑制的日益重視，許多工業(yè)產(chǎn)品都趨向采用無刷電機，對電機微控制器提出了較高要求。作為新一代電機控制DSP芯片，TI公司高性價比的TMS320C240 非常適合于完成這一任務(wù)。


	       變頻電機的電路組成


	    為了對風扇電機的運行狀況進行監(jiān)控，需要從風扇電機向主板輸出速度信號，實現(xiàn)風扇運行情況的監(jiān)控。監(jiān)控電路用來顯示風扇轉(zhuǎn)速，并可實現(xiàn)報警和電電腦的自動停機，以防止因風扇停轉(zhuǎn)而燒毀CPU或其它器件的情況出現(xiàn)。現(xiàn)在變頻電機普遍采用集成功率器件來實現(xiàn)這一功能，使控制線路大為簡化。


	   為了實現(xiàn)精確控制效果，必須向集成功率器件輸入反映轉(zhuǎn)子位置的信號，因此變頻電機必須具有電機位置反饋機制。目前通常使用霍爾元件或和光電傳感器兩種手段進行位置和轉(zhuǎn)速檢測。


	   霍爾器件是一種基于霍爾效應(yīng)的磁傳感器，霍爾效應(yīng)是美國科學家愛德文·霍爾于1879年發(fā)現(xiàn)的。目前，使用霍爾效應(yīng)的磁傳感器產(chǎn)品已得到廣泛的應(yīng)用。


	   霍爾效應(yīng)原理圖。在一塊通電的半導體薄片上，加上和片子表面垂直的磁場B，在薄片的橫向兩側(cè)會出現(xiàn)一個電壓（圖中的Vh稱為霍爾電壓）。


	      霍爾效應(yīng)


	   變頻電機利用霍爾器件測量轉(zhuǎn)子的相對位置，所獲得的信號輸入到控制芯片中，驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)。同時，還可將該信號通過主板輸出，作為測速信號使用，可謂一箭雙雕。由于換向脈沖為方波信號，在主板上經(jīng)過簡單處理便可輸送給主板進行顯示和控制。由于電機的相數(shù)一般在2個以上，換向信號的頻率為電機的轉(zhuǎn)速的若干倍，因此，如果利用換向脈沖作為測速信號，必須經(jīng)過除法運算才能得到真實的電機轉(zhuǎn)速。


	
		     為霍爾鎖定型開關(guān)電路CS2018構(gòu)成的無刷電機控制電路，CS2018內(nèi)部集成了霍爾電壓發(fā)生器、差分放大器、史密特觸發(fā)器和集電極開路的輸出級等，它可直接驅(qū)動小功率的電機繞組。
	
     霍爾開關(guān)鎖定電路直接驅(qū)動電機
	
		有些風扇采用光電傳感器來檢測風扇的速度，具體做法是：在電動機轉(zhuǎn)子上設(shè)置一個遮光板，這樣電機每轉(zhuǎn)過一圈，遮光板就會將發(fā)光二極管照射到光敏管上的光線阻斷一次，光敏管的集電極上電壓改變一次，這樣便可得到反映電機轉(zhuǎn)速的脈沖信號。
	
      光電傳感器原理
	
		   　從上面的介紹可以看出，利用霍爾傳感器和光電傳感器所得到的測速信號是有區(qū)別的。利用光電傳感器測速，速度信號的頻率與電機轉(zhuǎn)速相同，而利用霍爾器件輸出的換向信號作為測速信號時，兩者相差若干倍：如果是兩相電機，換向信號的頻率為轉(zhuǎn)速的2倍，三相電機中換向信號的頻率則是轉(zhuǎn)速的3倍。在這里，BIOS中顯示的速度是不是真實的風扇轉(zhuǎn)速，在使用中務(wù)必請大家注意！
	
      轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方法 ：
	
		   　直流電機調(diào)速方式有兩種：調(diào)壓調(diào)速和調(diào)頻調(diào)速。采用有刷電機的普通風扇可以通過調(diào)壓方式改變轉(zhuǎn)速，而采用變頻電機的風扇，只能通過調(diào)頻方式進行調(diào)速。
	
	
		 對于有刷電機來說，改變供電電壓，則是改變轉(zhuǎn)子繞組中電流從而改變磁場強度和轉(zhuǎn)矩，電機的轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而升高，隨著轉(zhuǎn)矩的減小而降低。這種電機在負載阻力增大時，電機的轉(zhuǎn)速會隨之下降。要想在荷載變化時維持轉(zhuǎn)速不變，必須采用閉環(huán)控制，通過速度負反饋來實現(xiàn)，因此控制電路比較復雜。
	
	
		     是一個實用的有刷電機控制方案，它是利用MIC501**芯片為**結(jié)合一些外圍元件實現(xiàn)的。和圖10所示的無刷電機控制電路進行一個簡單的比較，便可發(fā)現(xiàn)兩者電路結(jié)構(gòu)的明顯區(qū)別。   
	
      調(diào)壓調(diào)速電路 ：
	
		  　 在有刷電機電路中，電機主回路中與功率晶體管VT串聯(lián)，VT的作用相當于一個可變電阻，芯片7腳輸出的信號通過基較電阻Rb與其基較相連，對VT的導通程度進行控制，電機轉(zhuǎn)速隨VT的導通程度的變化而變化。VT截止時，電機停轉(zhuǎn)；VT飽和導通時，電機全速（Full Speed）旋轉(zhuǎn)。圖中T1為熱敏電阻，接入控制芯片的**個控制端VT1，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速-溫度自動控制；從*二個控制輸入端接入一個由可變電阻組成的偏置電路，可實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的手動控制。
	
	
		
			   由于有刷電機的轉(zhuǎn)速受到荷載大小的影響，采用這種電機的風扇在使用過程中容易因為灰塵和潤滑不良等因素造成轉(zhuǎn)速下降甚至停轉(zhuǎn)，對CPU等昂貴部件的安全構(gòu)成威脅。在電腦故障中，因為風扇轉(zhuǎn)速下降導致的電腦死機、藍屏和重啟動等故障經(jīng)常發(fā)生，其中也有因風扇停轉(zhuǎn)而導致芯片燒毀的案例。
		
		
			   變頻電機則很少出現(xiàn)這些問題，因為其轉(zhuǎn)速只與所設(shè)定的頻率有關(guān)，而與載荷和供電電壓無關(guān)，*轉(zhuǎn)速反饋控制，即可實現(xiàn)恒定轉(zhuǎn)速，因此風扇運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和可靠性大大增強。
		
		
			   讀到此處，細心的讀者也許要問，金星12型風扇配件中用來調(diào)速的旋鈕是一個電位器，難道這款風扇采用了技術(shù)落后的有刷電機而不是變頻電機嗎？因為有刷電機通常通過調(diào)節(jié)串聯(lián)電阻來調(diào)節(jié)供電電壓，以實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)整，調(diào)節(jié)電阻阻值實際上就是調(diào)節(jié)供電電壓。
		
     venus12型風扇調(diào)速器：
		
			   　其實不然，與有刷電機控制電路輸出模擬信號不同，變頻電機的轉(zhuǎn)速控制完全基于DSP（數(shù)字信號處理）控制過程。電位器本身實現(xiàn)的直流電壓調(diào)節(jié)，它從DSP芯片的模擬信號輸入端接入，其參數(shù)經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)換后，控制芯片的輸出仍為數(shù)字信號。簡言之，有刷電機的控制過程，從輸入到輸出是完全模擬的，而變頻電機的控制電路輸入模擬信號（如溫度、電壓或PWM信號），而輸出數(shù)字信號。
		
		
			     一些高檔風扇可根據(jù)被散熱設(shè)備的溫度變化自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，其過程是：利用溫度傳感器（熱敏電阻等）測量被散熱設(shè)備的溫度，并將其數(shù)值反饋給風扇控制電路，控制電路根據(jù)所設(shè)定的溫度-轉(zhuǎn)速特性曲線調(diào)節(jié)風扇轉(zhuǎn)速。風扇的這種自適應(yīng)功能既能有效地保護被散熱設(shè)備，又能在溫度較低時減少耗電和噪音。一些廠商之所以給他們的產(chǎn)品冠以“智能風扇”的美名（如曜越科技的SMART CASE FAN II風扇），正是因為具有這種功能。
		
      溫度－轉(zhuǎn)速曲線
		
			      風扇的監(jiān)控與保護：
		
		
			   盡管變頻電機有很高的可靠性，但它仍然是機械器件，在長時間使用時，其速度可能會下降甚至停轉(zhuǎn)，所以較好對風扇的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，便于及時發(fā)現(xiàn)問題。
		
		
			    目前，對風扇自身的監(jiān)控方式有報警傳感器和速度傳感器兩種類型，利用報警傳感器可在風扇速度**某個門限值時給出報警信號，而速度信號輸出則可實現(xiàn)風扇速度的實時監(jiān)控。
		
		
			    從風扇電路輸出的報警信號有“高電平”和“低電平”兩種狀態(tài)，兩種電平所代表的意義一般按照正邏輯體制，高電平表示“故障”，“低電平”表示“正常”。 
		
		
			    　從風扇電路輸出的轉(zhuǎn)速信號通常為脈沖形式，每個波頭表示風扇轉(zhuǎn)過一圈，這樣的信號可直接通過數(shù)據(jù)總線提供給主機進行顯示。某些風扇輸出的轉(zhuǎn)速信號并不是風扇的真實轉(zhuǎn)速，而是轉(zhuǎn)速的倍數(shù)，譬如每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生2個、4個或6個脈沖，必須經(jīng)過處理才能形成反映風扇的真實轉(zhuǎn)速信號。如欲辨別風扇轉(zhuǎn)速是真實轉(zhuǎn)速還是某個倍數(shù)，可使用轉(zhuǎn)速表測量實際轉(zhuǎn)速，然后與顯示的數(shù)據(jù)進行比較。
		
		
			   　風扇的測速信號一般從三引線插頭輸出，三根引線中黃色和黑色分別為＋12V電源和接地，另外一種顏色的線則是轉(zhuǎn)速信號輸出線。應(yīng)該注意的是，某些三引線風扇的*三根引線并不是測速信號輸出線，而是轉(zhuǎn)速控制信號線，通過它向風扇電機輸入調(diào)速控制信號。
		
		
			     高檔風扇的接線：
		
		
			普通風扇只有一個電源插頭，使用起來很簡單。高檔風扇有很多插頭，必須弄清楚它們的功能并進行正確的設(shè)置和連接后，那些**功能才能得以利用。
		
		
			1、測溫信號線的連接。溫度信號一般采用熱敏電阻作為溫度傳感器進行溫度采樣。以Tt金星12型風扇為例，其溫度變化導致熱敏電阻的阻值變化，因此輸入信號是沒有極性的。只要將熱敏電阻置于CPU和散熱片之間，然后拔去風扇上的黃色信號線的跳線，將風扇的黃色信號線插頭，測溫信號線的連接就完成了。
		
		
			       傳感器的連接方法
		
		
			2、調(diào)速器信號線的連接。手動調(diào)速器實際上是一個可變電阻，阻值調(diào)至較?。ɑ蛴锰€短接）時風扇的轉(zhuǎn)速較低，阻值較大時（或拔去跳線）風扇全速運轉(zhuǎn)。Tt金星12型風扇隨機附件中有兩個調(diào)速器，可根據(jù)情況選用其中之一。既可安裝在主機箱**板的3.5"軟驅(qū)的位置，也可安裝在主機箱背后的插槽位置。最后將插頭連接到風扇的紅線插座上即可。
		
	


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• 詞條

  詞條說明

• 含油軸承的特點

  含油軸承(Sleeve Bearing) ????傳統(tǒng)的直流無碳刷風扇馬達設(shè)計時，是扇葉轉(zhuǎn)子(簡稱轉(zhuǎn)子)及其軸芯穿越含油軸承，簡稱SLEEVE軸承，樞接固定在馬達定子之中心位置，使轉(zhuǎn)子與定子之間保持一個適當之間隙，當然軸芯與軸承間亦務(wù)必有間隙之存在，才不會將軸芯死鎖而無法運轉(zhuǎn)；而馬達之定子結(jié)構(gòu)部分(簡稱定子)，在電源輸入之后，就會在轉(zhuǎn)子與定子間產(chǎn)生感應(yīng)磁力

• 直流風扇工作原理及應(yīng)用

  根據(jù)供電方式的不同，電機有直流電機和交流電機兩種類型。電腦中使用的風扇電機為直流電機，供電電壓為＋12V，轉(zhuǎn)速在1000～10000轉(zhuǎn)／分之間。 ?? 直流電機是將直流電能轉(zhuǎn)換為機械能的旋轉(zhuǎn)機械。它由定子、轉(zhuǎn)子和換向器三個部分組成。 ????? 有刷直流電機的構(gòu)造： ?????

• 部分世界**散熱風扇品牌--介紹

  一、美蓓亞NMB ??????日本美蓓亞（MINEBEA）集團在世界17個國家擁有40個生產(chǎn)基地和約70個銷售基地，主要產(chǎn)品有各種滾珠軸承以及各種小型微電機（風扇，步進馬達），F(xiàn)DD部件，PC鍵盤等電子機器零部件，提供給世界各地較**的企業(yè)。 NMB風扇具有品質(zhì)**，使用壽命長，可靠性高的特點，是一個世界公認的優(yōu)秀產(chǎn)品。NMB公司以生產(chǎn)微

• 交流有刷電機和無刷電機的區(qū)別，各自的優(yōu)點和缺點是什么

  有刷電機 電機工作時，線圈和換向器旋轉(zhuǎn)，磁鋼和碳刷不轉(zhuǎn)，線圈電流方向的交替變化是隨電機轉(zhuǎn)動的換相器和電刷來完成的。在電動車行業(yè)有刷電機分高速有刷電機和低速有刷電機。有刷電機和無刷電機有很多區(qū)別，從名字上可以看出有刷電機有碳刷，無刷電機沒有碳刷 無刷直流電機由電動機主體和驅(qū)動器組成，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。由于無刷直流電動機是以自控式運行的，所以不會象變頻調(diào)速下重載啟動的同步電機那樣在轉(zhuǎn)子上另加