Как да подберете подходящото напрежение на постояннотоковия двигател за малки вентилатори за охлаждане на шкафове

Малките вентилатори за охлаждане на шкафове поддържат шкафовете, панелите за управление и шкафовете за честотни преобразуватели в безопасни температурни граници, а постояннотоковият двигател зад всеки вентилатор трябва да работи при напрежението, което системата действително доставя. Изборът на 12 V постояннотоков двигател с постоянни магнити за 24 V шина или принудителното използване на 24 V устройство при 12 V захранване променят тока, топлината и експлоатационния живот по начини, които лесно се подценяват по време на проектирането на панела. Правилното напрежение не е второстепенна настройка; то е основа за надеждност.

Защо изборът на напрежение определя тока, топлината и надеждността

Връзката между напрежение, ток и загуби в медта

Двигателът с постоянните магнити (PMDС) и постояннотоковият двигател с еднаква механична мощност изразходват приблизително постоянна мощност във вата от източника. Намаляването наполовина на напрежението на захранването удвоява тока, необходим за осигуряване на тази изходна мощност, тъй като мощността е равна на напрежението, умножено по тока. Допълнителният ток протича през намотките на якора, където загубите в медта нарастват пропорционално на квадрата на тока. Следователно постояннотоков двигател с постоянните магнити (PMDC), проектиран за 12 V и определен дебит на въздуха, изисква приблизително два пъти по-голям ток от еквивалентен модел за 24 V, което води до по-голямо топлинно отделяне в същата маса от намотки и повишава температурата, която трябва да бъде отстранена от вентилатора за охлаждане на шкафа.

Поле от постоянни магнити, обратна ЕДН и поведение при об/мин

Постоянният магнитен статор на щетково устройство създава фиксирано магнитно поле, поради което електромагнитната обратна ЕДН е директно пропорционална на оборотите в минута (rpm). При зададено напрежение на захранването вентилаторът достига равновесие там, където сумата от обратната ЕДН и пада на напрежението в намотките съответства на напрежението в шината. При намаляване на напрежението оборотите в минута намаляват; при увеличаване на напрежението малкият вентилатор работи с превишена скорост, което води до повишаване на акустичния шум и натоварването върху лагерите. Затова вентилаторът за охлаждане на шкаф трябва да се подбира според наличното напрежение в шината, а не да се адаптира по-късно, тъй като силата на магнитното поле не може да бъде повторно настроена в машина с постоянни магнити.

12 V срещу 24 V — Потребление на ток, избор на калибър на жицата и намаляване на мощността на ИЗП

Потребление на ток, избор на калибър на жицата според AWG и пад на напрежението

Когато дълги кабелни трасета захранват ред вентилатори, токовата загуба при нисковолтов шинен проводник се превръща в проблем с електропроводката. 12 V постояннотоков двигател с постоянни магнити в верига от вентилатори консумира приблизително два пъти повече ампери от 24 V единица, затова проводниците трябва да са по-дебели, за да се запазят в рамките на ограниченията за падане на напрежението. Изборът на калибър AWG според номиналния ток и дължината на трасето предотвратява ситуация, при която далечният край на веригата за охлаждане на шкафа получава понижено напрежение на шината, което забавя всеки малък вентилатор. Недостатъчно дебелите проводници също допринасят за собствено I²R загряване в рамките на кабелната група.

Деградация на изходната мощност на захранващото устройство и пусков ток

Импулсните и линейните захранващи устройства имат непрекъснато номинално напрежение, както и по-високо връхно напрежение при включване. 12 V постояннотоков двигател с перки потребява голям ток при заключен ротор през първите мигове, а няколко такива двигателя, стартирани едновременно, могат да надвишат капацитета на захранващо устройство с тясна мощностова граница. Намаляването на изходната мощност на захранващото устройство до приблизително 70–80 % от номиналната му стойност и предвиждането на едновременен старт осигуряват стабилност на шината. Това отговаря на практиката за намаляване на мощността, описана в IEC 61800 за регулируеми по скорост задвижвания, където източникът трябва да осигурява както работно, така и преходно натоварване без спад на напрежението.

Контрол на скоростта, перки и дългосрочна надеждност

ШИМ контрол на скоростта и резерв по напрежение

Управлението на скоростта чрез ШИМ (широчинно-импулсна модулация) прекъсва захранването, за да се промени ефективното напрежение, без да се губи топлина в серийно включено съпротивление. Постояннотоков двигател с постоянните магнити (PMDC), задвижван от 24 V шина чрез ШИМ, запазва пълен въртящ момент при ниска скорост и работи по-студено, отколкото би позволявал резистивен понижаващ елемент. Компромисът е наличието на превключвателен шум и допълнително напрежение върху комутационните четки при ниско време на импулс. Изберете контролер за ШИМ с номинален ток, подходящ за двигателя, и подходящ за електромагнитната среда в панела; разположете контролера далеч от чувствителни измервателни кабели.

Ефективност, топлина и аргументите в полза на по-високо напрежение

Ефективността благоприятства по-високото напрежение, когато електрическата инсталация го позволява. Двигател с постоянно магнитно поле (PMDC), работещ при 24 V DC и половината ток на аналогичен двигател при 12 V при същата натовареност, има по-малки загуби в кабелите и намотките, поради което корпусът остава по-студен, а източникът на захранване работи по-леко. Двигателите с постоянно магнитно поле вече са ефективни; предимството от използването на 24 V се дължи предимно на намаляване на загубите I²R и по-малки проводници. Където пространството и захранващото напрежение позволяват, 24 V е по-хладната опция за непрекъснато охлаждане на шкафове чрез вентилатори, а класовете за ефективност според IEC 60034 осигуряват обща терминология за сравнение на загубите при различни номинали.

Практики за набавяне, инспекция и поддръжка

Сценарий за производител на панели — съгласуване на напрежението с шината

Работилница за производство на панели в Южна Европа обслужваше линии за преработка на храни с контролни шкафове, монтирани на стената. Първоначалният проект предвиждаше използването на 24 V датчици заедно с 12 V вентилаторна шина, захранвана от обща източник на захранване; през лятото скоростта на вентилаторите намаляваше поради спадане на напрежението по дългите 12 V линии под въздействието на топлината, което довеждаше температурата в шкафовете до критични стойности. Екипът пренасочи охладителния контур към отделен, намален по мощност 24 V източник и съгласува работата на всеки вентилатор за охлаждане на шкафовете с тази шина. След тази промяна температурата в шкафовете остана стабилна дори по време на пиковия сезон, а интервалите между поддръжките на щето-съединенията се удължиха, тъй като намотките работеха при по-ниски температури.

Препоръки за инспекция, използване и поддръжка

При набавката потвърдете, че номиналното напрежение на табелката съответства на планираната автобусна система и проверете дали документацията на доставчика покрива CE и UKCA, където е задължително. На място измерете тока без натоварване и при натоварване спрямо цитираната стойност и проверете сечението на кабела спрямо дължината на трасето и тока. При експлоатация избягвайте работа на щетков двигател с редуктор или вентилатор при напрежение под номиналното, за да спестите енергия, тъй като допълнителният ток само увеличава топлината. По време на поддръжка премахнете праха от работното колело, за да остане моментът на въртене нисък и колекторът да остане в рамките на температурния си диапазон.

Обобщение

Съгласуването на постояннотоковото напрежение на двигателя с напрежението на кабинетното захранване е решение, свързано с надеждността, а не с тонка настройка. Постояннотоков двигател с постоянни магнити (PMDC) на 12 V е подходящ за кратки 12 V шини с намалено захранване и умерени разстояния, докато двигател на 24 V е по-добър при дълги разстояния, по-нисък ток и по-хладни намотки. Потвърдете напрежението при поръчката, изберете сечение на кабела и мощност на захранващото устройство според действителния ток и използвайте широчинно-импулсна модулация (PWM), когато е необходим контрол на скоростта. Следването на насоките в IEC 60034 и UL 1004 относно номиналните стойности и ефективността на двигатели помага при поръчката да се посочват единици, които издържат реалните условия в затворени корпуси.

Често задавани въпроси

Въпрос

Защо намаляването на напрежението на вентилатора увеличава тока?

Отговор: Защото доставената мощност остава почти постоянна; следователно токът трябва да нарасне, когато напрежението спадне (мощността е равна на напрежението, умножено по тока). По-ниско напрежение на шината води до по-голям ток през якора, което увеличава медената загуба I²R и топлината. Вентилаторът за охлаждане на кабинета тогава работи по-бавно, но по-горещо, което оказва допълнително напрежение върху четките и намотките. Изборът на захранващо устройство и кабел с подходящо сечение за по-високия ток при избраното напрежение предотвратява провали в напрежението и осигурява надеждност.

Въпрос

Дали 24 V винаги е по-добро от 12 V за вентилатори за шкафове?

Отговор: Не винаги. Двигател с постоянно напрежение 24 V намалява тока, размера на кабелите и топлината, което улеснява дълги кабелни трасета и непрекъснат режим на работа. Обаче 12 V шина е по-проста там, където панелът вече работи на 12 V и кабелните трасета са кратки. Изборът зависи от дължината на трасето, наличното захранване и амбиентната товарна мощност. Съгласувайте вентилатора за охлаждане на шкафа със съществуващата шина, вместо да налагате преобразуване, което увеличава разходите и броя на възможните точки на отказ.

Въпрос

Как се избира калибърът на жицата за свързване на вентилаторите?

Отговор: Изберете AWG според постоянната токова натовареност и общата дължина на трасето, като поддържате пада на напрежението в рамките на няколко процента при най-отдалечения вентилатор. Шината с ниско напрежение удвоява тока спрямо 24 V, затова за 12 V трасета са необходими по-дебели проводници. Вземете предвид всички вентилатори върху едно и също трасе, както и пиковия ток при стартиране. Недостатъчно дебелата жица добавя собствена топлина и понижава напрежението в шината, забавяйки всеки малък вентилатор и повишавайки температурата в корпуса при натоварване.

Въпрос

Може ли PWM управлението да повреди щето-комутационен двигател?

Отговор: ШИМ е безопасен, когато контролерът е оценен за тока на мотора и електромагнитният шум е контролиран. При много нисък дължителен цикъл четките на колектора се подлагат на повтарящо се напрежение, а малкият вентилатор може да бучи или да спре. Поддържайте честотата на ШИМ, подходяща за мотора, отделяйте управляващите кабели от силовите и избягвайте продължителна работа на ниски скорости с вентилатор за охлаждане на прашен шкаф. При правилно приложение ШИМ удължава живота, като намалява резистивните загуби.

Въпрос

При какви грешки с напрежението се намалява срокът на експлоатация на вентилатора?

Отговор: Постоянномагнитен двигател с 12 V, задължен да работи на 24 V шина, надвишава максималната скорост и изгаря колектора; при работа на проседнала 12 V шина той изтегля излишен ток и прегрява. Често срещани грешки са смесването на различни напрежения в една и съща захранваща линия, пропускането на дерейтиране на ИЗП и пренебрегването на падането на напрежение по кабелите. Изберете вентилатора за охлаждане на шкафа според потвърденото напрежение на шината, измерете тока под натоварване при инсталирането и поддържайте постояннотоковия магнитен двигател в рамките на неговия номинален диапазон на напрежение за дълъг и тих експлоатационен живот.