Kodėl nuolatinės srovės be šepetėlių variklis sumažina pramoninio spintelės aušinimo ventiliatoriaus virpesių amplitudę.

Bežadinis nuolatinės srovės servomotoras suteikia pramoniniam spintos aušinimo ventiliatoriui galimybę išlaikyti sukimosi dažnį be mechaninių iškrovų ir šepetėlių triukšmo, kurį sukelia senesni motorai. Uždaroje elektros spintoje kiekvienas virpėjimo impulsas perduodamas į pritvirtintus varikliukus, relės ir pagrindinę plokštę. Supratimas, kodėl šis motorų tipas sumažina virpėjimo amplitudę, prasideda nuo jo konstrukcijos ir valdymo principų.

Atvejis iš serverių spintų gamybos linijos

Skundas iš gamybos aikštės

Duomenų centro spintos eilutėje vasaros apkrovos viršūnių metu buvo fiksuojami periodiški įspėjamieji signalai kintamosios dažnio varikliuose. Techninės priežiūros vadovas įtardavo aušinimo ventiliatorių prieš bet kurį variklį ir paprašė komandos įvertinti bešepetinio nuolatinės srovės servorajaus variklio naudojimą kaip senėjančio ašinio ventiliatoriaus pakaitalą. Įtarimas buvo paprastas: įspėjamieji signalai dažnėjo kartu su spintos temperatūros kilimu, o garsiausia spinta taip pat turėjo netiksliausiai veikiantį ventiliatorių.

Ką darė pradinis ventiliatorius

Originalus ventiliatorius naudojo šepetinį variklį su nusidėvėjusiais kolektoriumi kontaktais. Veikdamas pilna apsukta jis skleisdavo pastovų ūžimą bei aukštesnio dažnio spragtelėjimus dėl šepetėlių. Pagal pagrindo spintos paviršiaus pagrečio matavimus akcelerometru buvo nustatyta aiški viršūnė arti ventiliatoriaus sukimosi dažnio, o jos amplitudė didėjo, kai guoliai laikui bėgant suprastėdavo. Ši viršūnė atitiko skundus dėl susilankstytų jungiklių korpusų, kurie buvo aptikti per kasdienius tikrinimus.

Perėjimas prie bešepetinio nuolatinės srovės servorajaus variklio

Po keitimo tas pats akcelerometras parodė, kad vyraujantis smailės dydis sumažėjo daugiau kaip per pusę. Be šepetėlių nebuvo jokio „tik“ garselio, o elektroninė komutacija užtikrino tolygų sukimo momentą. Operatoriai pastebėjo, kad šaukštai tapo tylesni, o variklio signalizacija nutrūko per kitą karščiosios bangos laikotarpį. Šis keitimas tiesiogiai iliustravo, kaip variklio projektavimas perkėlia vibracijos problemą į „aukštupio“ vietą – dar prieš tai, kai ji pasiekia jautriąją elektroniką.

Rizikos analizė

Kodėl vibracija žaloja šaukštus

Vibracija – tai ne tik triukšmo problema. Kartotinis mikrojudėjimas atsukdina jungtukus, sukelia nuovargį lituojamiems sujungimams ir pasislenka optinį daviklių, sumontuotų šalia, išdėstymą. Valdymo šaukšte rezonanso sąlygomis drebantis relės įtaisas gali prarasti signalą netinkamiausiu metu. Jei paliekama be priežiūros, amplitudė auga, kai tvirtinimo elementai atsukdami, kuriant grįžtamąjį ryšį, kuris baigiasi neplanuotu simplyjimu ir sudėtingu šaknies priežasties nustatymu. Šio gedimo sąnaudos vėliau pasireiškia kaip atliekos, viršvalandžiai ir patikimumo nuostoliai klientui, kuris tikėjosi tylesnio ir stabilaus šaukšto.

Iš kur kyla triukšmas ir dilimas

Dauguma ventiliatoriaus virpėjimų prasideda rotoriuje. Neprilygintas ratas kiekvieną apsisukimą perduoda jėgą korpusui, o ši jėga auga proporcingai apsisukimų dažnio kvadratui. Šepečių varikliai prideda antrą šaltinį: patį komutavimo įvykį. Blogai sureguliuoto valdiklio sukeltas „cogging“ reiškinys sukuria kartą per polių atsirandančią sukimo momento bangą, kuri konstrukcijai jaučiama kaip žemas burzgesys. Guolių dilimas tada stiprina viską, paverčiant nedidelį defektą garsiu, nebegyvuojančiu vienetu.

Kaip bešepečių nuolatinės srovės servovariklis kontroliuoja virpėjimus

Elektroninis komutavimas ir Hallo jutiklis

Bešepečių nuolatinės srovės servovariklis mechaninius šepečius keičia Hallo jutiklių masyvu, kuris praneša apie rotorius padėtį variklio valdymo blokui. Valdiklis laiku įjungia tinkamą apviją, todėl neatsiranda iškrovos ir nesigirdi šepečių „tik“ garsas. Kadangi komutavimas yra elektroninis, sukimo momentas lieka pastovus kiekviename žingsnyje. Hallo jutiklis taip pat leidžia sistemai palaikyti tikslų greičio intervalą, dėl ko priverstinio virpėjimo dažnis išlaikomas toli nuo spintos plokščių konstrukcinio rezonanso.

Rotoriaus pusiausvyra ir sukimo momento svyravimai

Sklandus išėjimas priklauso nuo dviejų dalykų: gerai subalansuoto rotoriaus ir valdiklio, kuris riboja sukimo momento svyravimus. Bešepetinio nuolatinės srovės servorajaus pasiekiamas geras dinaminis balansas nupjaunant ratą ir tikrinant jį ant balansavimo įrenginio, dažnai labai tiksliai. Varomosios pusės pusėje sinusinė komutacija formuoja srovę taip, kad svyravimai išlieka maži. Mažesni svyravimai reiškia mažesnę kintamąją jėgą, veikiančią korpusą, todėl korpusas patiria stabilesnę apkrovą vietoj vibracinės.

PWM valdymas ir rezonanso vengimas

Bešepetinis nuolatinės srovės servorajus atitinkamai priskiria ciklo trukmę apsisukimų skaičiui be šuolių ir gali palaipsniui padidinti greitį, kad išvengtų staigaus perėjimo proceso, kuris sužadintų konstrukciją. Kai kurie dizainai tarp ventiliatoriaus ir plokštės įdeda izoliacinį tvirtinimą, nutraukdami kelią, kuriuo energija perduodama į korpusą. Kartu sklandus PWM valdymas ir minkštas tvirtinimas užtikrina, kad vyraujančios dažnio reikšmės nepatenktų į plokštės natūralų rezonansą, todėl korpuso paviršius išlieka ramus visame greičių diapazone.

Standartai, parinkimas ir priežiūra

Ko reikalauja atitinkami standartai

Variklių ir mašinų gamintojai remiasi UL 1004 standartu variklių saugai ir NFPA 79 standartu elektros įrangai, o IEC 60034 nustato sukamųjų mašinų naudingumo koeficientą ir bandymo metodus. Šie dokumentai neįpareigoja nustatyti vibracijos ribos kiekvienam ventiliatoriui, tačiau jie įteisina dokumentuotų bandymų ir deklaruotos našumo charakteristikos praktiką. Pirkimo techninės sąlygos, kuriose nurodyti šie standartai, aiškiai nustato tiekėjui reikalavimus ir pirkėjui suteikia įrodymus priėmus prekę.

Kaip nustatyti ir prižiūrėti

Pirkėjai turėtų reikalauti nurodytos balansavimo klasės, guolių tipo ir vibracijos dydžio nominaliuoju sūkių skaičiumi, tada patikrinti vieną vienetą pristatymo metu paprastuoju akcelerometro tikrinimu. Eksploatacijos metu stebėkite garsų pokyčius ir reguliariai perveržkite tvirtinimo elementus. Ventiliatorių keiskite jau pirmų augančios amplitudės požymių atsiradus, o ne po gedimo. Trumpas pristatymo tikrinimas ir registruota techninė priežiūra apsaugo korpusą žymiai geriau nei reaktyvus remontas.

SANTRAUKA

Bezšepetlinis nuolatinės srovės valdymo variklis sumažina vibracijas spintos aušinimo ventiliatoriuje pašalindamas šepetėlius, subalansuodamas rotorių ir formuodamas sukimo momentą naudojant elektroninį komutavimą bei PWM. Rezultatas – mažesnė amplitudė spintos paviršiuje, mažiau atsiskleidžiančių jungiklių ir tylesnis veikimas. Nurodant balansavimo klasę ir patikrinant vieną vienetą pristatymo metu užtikrinama, kad nauda būtų išlaikyta visoje įdiegtoje įrangos parko sudėtyje.

Dažniausiai užduodami klausimai

Klausimas: Kodėl bešepetlinis nuolatinės srovės variklis vibruoja mažiau nei šepetėlių variklis? Atsakymas: Šepetėlių variklis sukuria papildomą vibraciją dėl kibirkščiavimo ir komutatoriaus „šurmulio“, tuo tarpu bešepetlinis nuolatinės srovės valdymo variklis naudoja elektroninį komutavimą su Hallo jutikliu, kad palaikytų tolygų sukimo momentą. Be šepetėlių nėra „tik“ garsų, o subalansuotas rotorius pašalina pagrindinę jėgą, veikiančią korpusą. Rezultatas – mažesnė amplitudė spintos paviršiuje ir tylesnis veikimas apkrova. Balansavimo klasės nurodymas užtikrina šios pranašumų išsaugojimą.

Klausimas: Kaip tikrinamas rotoriaus balansas žemos vibracijos variklyje? Atsakymas: Ratas montuojamas ant balansavimo įrenginio, kuris sukasi ratą ir rodo, kur reikia pašalinti arba pridėti medžiagos. Gerasis dinaminis balansas sumažina likutinį nebalansą žemiau nustatyto laipsnio, dažnai patvirtinamo esant nominaliam apsisukimų skaičiui minutėje. Gamintojai fiksuoja rezultatus, kad pirkėjas galėtų juos patikrinti. Subalansuotas rotorius į korpusą perduoda žymiai mažesnę jėgą, o tai yra daugumos ventiliatorių virpėjimų priežastis.

Klausimas: Kas sukelia sukimo momento svyravimus ventiliatoriaus variklyje? Atsakymas: Sukimo momento svyravimai kyla iš komutavimo metodo ir valdiklio derinimo. Šešių žingsnių valdymas sukuria didesnius svyravimus nei sinusinis komutavimas, o netinkamai sureguliuota kilpa dar labiau padidina šiuos svyravimus. Šie svyravimai tampa žemos dažnio jėga, kurią korpusas jaučia kaip „buzimą“. Sinusinis valdymas palaiko svyravimus mažais, todėl konstrukcija patiria pastovią apkrovą, o ne pulsacinę apkrovą, kuri sužadina rezonansą.

Klausimas: Ar izoliacinė atrama tikrai gali sumažinti korpuso virpėjimus? Atsakymas: Taip. Izoliacinis tvirtinimas įrengiamas tarp ventiliatoriaus ir plokštės ir sugeria energiją, kuri kitaip patektų į spintos konstrukciją. Minkšti gumos arba elastomero elementai nutraukia standžiąją grandinę, sumažindami perduodamą amplitudę. Tai veiksminga, kai naudojamas subalansuotas rotorius ir lygus PWM valdymas. Montavimo įtaisai turėtų būti reguliariai perverčiami, kad nauda nepradėtų mažėti tarnavimo metu.

Klausimas: Kur reikėtų matuoti virpesius priimančiojoje patikroje? Atsakymas: Matuokite spintos korpuso paviršiuje šalia ventiliatoriaus ir pačiame ventiliatoriaus korpusе, naudodami mažą akcelerometrą nominaliuoju sūkių dažniu. Naujasis ventiliatorius turėtų rodyti ryškų pagrindinį virpesių dažnį žymiai žemiau nei keičiamasis vienetas, be aštrios rezonansinės virpesių bangos arti plokštės savųjų dažnių. Matavimo duomenų įrašymas sukuria priimančiosios patikros įrašą. Patikrą pakartokite techninės priežiūros metu, kad laiku aptiktumėte guolio dėvėjimąši prieš tai, kol jis virsta gedimu.