更換電子換向電機的直流風扇應用設計方案

將傳統的冷卻和通風風扇升級為電子換向等效產品，不僅可以提高效率，而且可以使運行更安靜，更可靠。

從計算機 系統、工業自動化到住宅和商業建筑，全世界各種能耗中有很大一部分是用于為風扇供電以進行冷卻和通風。將常規的直流或交流供電電機更換成電子換向電機，它們也可變得更安靜、更可靠，從而可提高效率并節省大量的電能。

無刷直流風扇

無刷直流 （BLDC ） 電機已在許多使用低壓直流風扇的領域中取代了傳統的有刷電機，例如冷卻電子部件。它們更高的效率帶來了諸多優勢，其中包括提高了電器能效等級，并且可延長電池 供電的設備運行時間。另外，沒有碳刷則消除了常見的缺點，例如機械 磨損和電弧。此外，由于動力線圈位于轉子外部，可通過傳導進行冷卻，從而使電機能夠保持密封性，以防止灰塵或其他污染 物進入內部?？墒褂秒妷嚎刂疲ɡ绯Ｒ姷?1-10V 信號）或者使用由微控制器或電機驅動電路 生成的 PWM 信號，來調節風扇的轉速。

使用 1-10V 模擬控制，可通過熱敏電阻 電路輕松地隨著溫度的升高或降低，而增加或降低風扇的轉速。圖 1 顯示了負溫度系數（NTC）的熱敏電阻，如何確保所施加的電壓隨著，熱敏電阻的電阻隨溫度的升高，而線性增加，從而提高風扇速度以增加冷卻能力。

圖 1. 使用 NTC 熱敏電阻進行溫度相關的電壓控制。

或者，可將固定頻率的脈沖寬度調制（PWM）方波，應用于風扇轉速控制的導線（圖 2）。風扇轉速和，導通時間與 PWM 周期之比，成正比。

圖 2. 電子換向風扇的簡單 PWM 控制。來源：Delta fans

電子換向風扇助推交流應用

作為傳統交流風扇的替代品，集成了交流 / 直流轉換和電動馬達 驅動電路的電子換向風扇，是一項相對較新的選擇。采用最新的電子技術和葉輪空氣動力學特性，Sunon 的 EBM-Papst 和 CF4113 系列的 K3G、R3G、ACI44 和 S3G 系列的電子換向風扇可實現高達 90％的效率，而最好的 50Hz 交流風扇效率只有 70-80％。除了幫助降低公用事業成本并進一步遵守生態設計法規（例如適用于額定功率從 125W 到 500kW 的所有應用的歐盟 ERP 法規）外，能耗的大幅度降低還降低了自發熱，從而有助于提高設備的可靠性。另一個優點是，根據 EBM-Papst 發布的信息，在可比的空氣性能下，電子換向風扇的噪聲通常約為交流風扇的一半，并且在某些工作場所可降低至 6dB 的低噪音，從而為工作人員或居住場所創造了更舒適的環境。

通過集成電源轉換和電機控制電子設備（使設備直接連接到交流電源），電子換向風扇簡化了設計并節省了空間。選擇電子換向風扇的工程師們，可以設定數據表的效率將代表整個系統的效率。而無需考慮傳統交流風扇必須附帶的外部電源和控制電子設備的額外影響。通常還內置了基本保護功能、干擾抑制功能、軟啟動電路和通信端口。但電子換向風扇的尺寸可與類似的交流風扇相似或相同。此種物理兼容性可以輕松替換現有設備設計中的交流風扇，因此升級到電子換向技術可以快速直接地進行。

傳統的交流風扇，以相對于交流電源頻率固定的轉子速度運行。如果需要變速，則需要使用三端雙向可控硅 開關 以斬波輸入的交流波形（圖 3）或使用逆變器 變頻驅動器（圖 4）進行相位控制。

圖 3. 相位控制會截斷交流波形，以改變提供給電機的功率。

更高效率，更低噪音

采用相位控制，隨著電機速度的降低，則電能效率會顯著地降低，但電子換向風扇則在很寬的負載范圍內以接近最高效率的轉速連續運行。另一種選擇是逆變器驅動，這增加了系統的成本，并且還帶來了額外的電能損耗。而且，可能需要額外的保護以防止有害的軸電壓和相關的雜散電流 ，這些雜散電流會導致軸承腐蝕并產生早期的故障。

圖 4. 用于交流電機變頻控制的變頻驅動器。

利用其內置的電子控制器，電子換向風扇允許使用簡單的模擬或 PWM 波形以與直流風扇相同的方式控制風扇的轉速。電機速度與電源頻率無關，并且不受交流電源電壓波動的影響。電子速度控制為產品開發人員提供了前所未有的靈活性，可以在應用領域級上最大程度地節省電能，確保安靜運行并創建諸如遠程控制和監視之類的額外增值功能。

EBM-Papst 聲稱，在空調 冷凝器中，與傳統的相控交流電機在標稱速度下相比，電子換向風扇能耗降低了 10％以上，而在其他工作點上則降低了 50％。

例如，在空調或機械通風應用領域中，可能需要系統隨著氣流的變化在管道中保持恒定的壓力。相反，在過濾系統中，隨著工作壓力在過濾器服務間隔之間的變化，可能要求風扇保持恒定的氣流。如果風扇速度恒定，則使用阻尼系統來調節氣流，這有效地浪費了一部分提供給風扇的電能。通過響應壓力傳感器 數據改變電子換向風扇的轉速，可以在任何給定時間內調整氣流和壓力以滿足確切的要求，從而保持一致的性能并使能耗與系統需求相匹配，從而最大限度地提高效率并降低使用成本。

除了避免電能浪費之外，降低風扇轉速還可以減少來自電機和空氣運動的噪聲。

以恒定的電機速度改變氣流的另一種方法是開關多電機陣列。冷凝器可能有四個以恒定速度運行的交流風扇。關閉兩個風扇可將氣流減少 50％，同時還降低 50％的能耗。噪音降低約 3dB。相比，當速度降低到 50％氣流時，可比的四個電子換向風扇陣列消耗的電能不到最高能耗的三分之一，而噪音降低了 15dB。

結論

最大限度地提高冷卻和通風系統中使用的風扇的效率，可顯著降低整體的能耗。有效利用設備外殼內部的空間和降低可聽見噪聲，是采用改進冷卻風扇技術可獲得另外兩大潛在優勢。電子換向（EC）風扇可以實現這些目標，并在外形不超過可比的常規交流電機的外形下，結合了交流和直流電機的優點。

編輯：hfy