载自: 根据供电方式的不同,电机有直流电机和交流电机两种类型。电脑中使用的风扇电机为直流电机,供电电压为+12V,转速在1000~10000转/分之间。 直流电机是将直流电能转换为机械能的旋转机械。它由定子、转子和换向器三个部分组成,如图3。
转子利用轴承与外壳之间实现动配合。风扇的扇叶固定在转子上,因此,当转子旋转时,扇叶将与转子一起转动起来。普通风扇一般采用滚珠轴承(如图5),而xx风扇为了提高运转的稳定性和增加使用寿命,通常采用更为先进的液态轴承(如图6)。
直流电机是利用碳刷实现换向的。由于碳刷存在摩擦,使得电刷乃至电机的寿命减短。同时,电刷在高速运转过程中会产生火花,还会对周围的电子线路形成干扰。为此,人们发明了一种无需碳刷的直流电机,通常也称作无刷电机(brushless motor)。
无刷电机将绕组作为定子,而{yj}磁铁作为转子(如图7),结构上与有刷电机正好相反。无刷电机采用电子线路切换绕组的通电顺序,产生旋转磁场,推动转子做旋转运动。
图(a)是拆开的风扇电机的照片,风扇采用的是变频电机,这从线圈所在的位置就可以辨认出来。图(b)是变频电机控制电路板,控制芯片将集DSP功能与驱动器于一体,简化了电路结构。通过对控制芯片编程,可改变电机转速。
为了对风扇电机的运行状况进行监控,需要从风扇电机向主板输出速度信号,实现风扇运行情况的监控。监控电路用来显示风扇转速,并可实现报警和电脑的自动停机,以防止因风扇停转而烧毁CPU或其它器件的情况出现。现在变频电机普遍采用集成功率器件来实现这一功能,使控制线路大为简化。
为了实现xx控制效果,必须向集成功率器件输入反映转子位置的信号,因此变频电机必须具有电机位置反馈机制。目前通常使用霍尔元件或和光电传感器两种手段进行位置和转速检测。 霍尔器件是一种基于霍尔效应的磁传感器,霍尔效应是美国科学家爱德文·霍尔于1879年发现的。目前,使用霍尔效应的磁传感器产品已得到广泛的应用。 图为霍尔效应原理图。在一块通电的半导体薄片上,加上和片子表面垂直的磁场B,在薄片的横向两侧会出现一个电压(图中的Vh称为霍尔电压)。
图 用CS2018霍尔开关锁定电路直接驱动电机 有些风扇采用光电传感器来检测风扇的速度,具体做法是:在电动机转子上设置一个遮光板,这样电机每转过一圈,遮光板就会将发光二极管照射到光敏管上的光线阻断一次,光敏管的集电极上电压改变一次,这样便可得到反映电机转速的脉冲信号
直流电机调速方式有两种:调压调速和调频调速。采用有刷电机的普通风扇可以通过调压方式改变转速,而采用变频电机的风扇,只能通过调频方式进行调速。
对于有刷电机来说,改变供电电压,则是改变转子绕组中电流从而改变磁场强度和转矩,电机的转速随着转矩的增加而升高,随着转矩的减小而降低。这种电机在负载阻力增大时,电机的转速会随之下降。要想在荷载变化时维持转速不变,必须采用闭环控制,通过速度负反馈来实现,因此控制电路比较复杂。 下图是一个实用的有刷电机控制方案,它是利用MIC501专用芯片为核心结合一些外围元件实现的。和上图所示的无刷电机控制电路进行一个简单的比较,便可发现两者电路结构的明显区别。
图为 venus12型风扇调速器 其实不然,与有刷电机控制电路输出模拟信号不同,变频电机的转速控制xx基于DSP(数字信号处理)控制过程。电位器本身实现的直流电压调节,它从DSP芯片的模拟信号输入端接入,其参数经过A/D转换后,控制芯片的输出仍为数字信号。简言之,有刷电机的控制过程,从输入到输出是xx模拟的,而变频电机的控制电路输入模拟信号(如温度、电压或PWM信号),而输出数字信号。 一些xx风扇可根据被散热设备的温度变化自动调节转速,其过程是:利用温度传感器(热敏电阻等)测量被散热设备的温度,并将其数值反馈给风扇控制电路,控制电路根据所设定的温度-转速特性曲线(如图15)调节风扇转速。风扇的这种自适应功能既能有效地保护被散热设备,又能在温度较低时减少耗电和噪音。一些厂商之所以给他们的产品冠以“智能风扇”的美名(如曜越科技的SMART CASE FAN II风扇),正是因为具有这种功能。
尽管变频电机有很高的可靠性,但它仍然是机械器件,在长时间使用时,其速度可能会下降甚至停转,所以{zh0}对风扇的运行状态进行实时监测,便于及时发现问题。
目前,对风扇自身的监控方式有报警传感器和速度传感器两种类型,利用报警传感器可在风扇速度低于某个门限值时给出报警信号,而速度信号输出则可实现风扇速度的实时监控。 从风扇电路输出的报警信号有“高电平”和“低电平”两种状态,两种电平所代表的意义一般按照正逻辑体制,高电平表示“故障”,“低电平”表示“正常”。 从风扇电路输出的转速信号通常为脉冲形式,每个波头表示风扇转过一圈,这样的信号可直接通过数据总线提供给主机进行显示。某些风扇输出的转速信号并不是风扇的真实转速,而是转速的倍数,譬如每转一圈产生2个、4个或6个脉冲,必须经过处理才能形成反映风扇的真实转速信号。如欲辨别风扇转速是真实转速还是某个倍数,可使用转速表测量实际转速,然后与显示的数据进行比较。 风扇的测速信号一般从三引线插头输出,三根引线中黄色和黑色分别为+12V电源和接地,另外一种颜色的线则是转速信号输出线。应该注意的是,某些三引线风扇的第三根引线并不是测速信号输出线,而是转速控制信号线,通过它向风扇电机输入调速控制信号。 |