散热风扇|直流风扇|交流风扇|EC风扇|鼓风机|协恒达电子

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散热风扇的分类及其原理性能

发布时间: 2014-08-29    来源: 深圳协恒达电子

散热风扇的原理

原理:

散热风扇的工作原理实际上就是能量转化的过程,即:电能→电磁能→机械能→动能。其电路原理一般分为多种形式,采用的电路不同,能量的利用率,风扇的性能就会有差异。

轴流式风扇的组成:

外框、扇叶、轴承、PCB控制电路、驱动电机等

转速:

转速指风扇旋转的速度,通常以1分钟内转动的圈数来衡量,即:rpm。转速与机电绕线匝数、线径、扇叶叶轮外径与底径,叶片形状及所用轴承等因素有关。在相同条件下,扇叶转速增大,风量相应增大。

转速值的大小,在一定程度上代表了风量的大小,在条件一定时,转速越大,则噪音及振动会相应加大,因此,在风量满足散热要求的情况下,应尽量使用低转速风扇。一般转速大小(以DC轴流风扇为例):2510风扇7000~12000rpm;3010风扇5000~9000rpm;4010风扇5000~7000rpm;5010风扇3500~5000rpm;6025风扇2600~4500rpm;7025风扇2400~3600rpm;8025风扇2000~3500rpm;9225风扇1600~3100rpm;12025风扇1500~2500rpm;12038风扇2000~3200rpm。

风扇转速可以通过转速测试仪测试,也可通过外加功能线来测得。

风量与风压:

风量与风压的测试方法有两种,一是用风洞仪测试,另一种是用双箱法测。但对于一般用户而言,没有这样的设备。只能根据厂家提供的数据作为参考,最终要看降温效果。

风量:

风量是指风扇通风面积平面速度之积。通风面积是出口面积减去涡舌处的投影面积。平面速度是气流通过整个平面的气体运动速度,单位是m3/s。平面速度一定时,扇叶叶轮外径越大,通风面积越大,风量则越大。平面速度由转子的转速和风压决定。通风面积一定时,平面速度越大,风量越大。风量越大,空气吸热量则越大,空气流动转移时能够带周能带走更多的热量,扇热效果越明显。

风压:

为进行正常通风,需要克服风扇通风行程内的阻力,风扇必须产生克服送风阻力的压力,测量到的压力的变化值称为静压,即最大静压与大气压的差压。它是气体对平行于物体表面作用的压力,静压是通过垂直于其表面的孔测量出来的。 把气体流动中所需要动能转化为压力形式称为动压。

为实现送风的目的,需要有静压和动压。全压为静压与动压的代数和,全压是指由风扇所给定的的全压增加量,即风扇的出口和进口之间的全压之差。在实际应用中,标称的最大风量值并不是实际扇热片得到的送风量,风量大,并不代表通风能力强。因空气流动时,气流在其流动路径会遇上扇热稽片或元件的阻扰,其阻抗会限制空气自由流通。即风量增大时,风压会减小。因此必须有一个最佳操作工作点,即风扇性能曲线与风阻曲线的交点。在工作点,风扇特性曲线之斜率为最小,而系统特性曲线之变化率为最低。注意此时的风扇静态效率(风量×风压÷耗电)为最佳。 当然有时为了能减少系统阻抗,甚至选用尺寸较小的风扇,也可以获得相同的风量。

散热风扇的主要性能参数:

散热风扇的主要参数包括风量、风压、转速、功率等…

风扇的轴承系统:

风扇的轴承系统一般建议最好选用滚珠轴承,因为扇热风扇的寿命通常取决于其轴承的可靠性,滚珠轴承系统已被证实具有高效率与低生热的特点。滚珠轴承属滚动摩擦,由金属珠滚动,接触面小,摩擦系数小;而含油轴承为滑动摩擦,接触面大,长期使用后,油会挥发,轴承容易磨损,摩擦系数大,后期噪音较大,寿命短。品质好的风扇除了通风量大、风压高以外,可靠性也是非常重要的,风扇使用的轴承形式在此显得非常重要。

高速风扇一律使用滚珠轴承(Ball bearing)而低速风扇则使用成本低廉的含油轴承(Sleeve bearing)。含油轴承风扇只用一个轴承;而滚珠轴承风扇都需要两个轴承,单滚珠轴承,是“1 Ball + 1 Sleeve”,依然带有含油轴承的成分。比单滚珠更高级的是双滚珠轴承,即Two Balls。含油轴承寿命一般为10000小时,单滚珠轴承为30000小时,双滚珠轴承为50000小时以上(环境温度均设定在25℃以下时)。风扇使用的含油轴承由铜基粉末烧结而成,使用含油轴承需加润滑油以减少滑动摩数,润滑油由锂基润滑脂加特制机油调制而成。随着长时间的运转,轴承内的机油会挥发而变干,摩擦系数增大,风扇运转受影响,可能出现异音,转速偏慢甚至不转现象。而滚珠轴承由滚动摩擦取代了滑动摩擦,摩擦系数小并克服了摩擦系数容易变的缺点,因而运转稳定性强,寿命相对要长得多。