UPS小機(jī)中直流無刷風(fēng)扇在高海拔應(yīng)用

萬英飛　張良鈺

【摘要】 這篇文章理論分析了在高海拔地區(qū)直流無刷風(fēng)扇轉(zhuǎn)速增加和風(fēng)扇工作電流減少，同時(shí)試驗(yàn)也證明在高海拔地區(qū)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速增加且風(fēng)扇工作電流減小，由于直流無刷風(fēng)扇在UPS小機(jī)中應(yīng)用非常普遍， 且在低成本的UPS小機(jī)中往往檢測(cè)風(fēng)扇的工作電流大小來判斷風(fēng)扇故障，所以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中要考慮高海拔下風(fēng)扇工作電流大小是否會(huì)導(dǎo)致誤判風(fēng)扇故障。

【關(guān)鍵詞】 直流無刷風(fēng)扇 高海拔

一、直流無刷風(fēng)扇工作原理介紹

圖1為風(fēng)扇控制電路圖，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到一定程度后霍爾采樣出的電壓經(jīng)過放大電路放大后再進(jìn)行比較器比較后控制圖1中的開關(guān)管Q1、Q2輪流導(dǎo)通，兩個(gè)開關(guān)管工作的頻率影響風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。

二、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速確定

在兩相控制電路工作情況下，每相繞組中通過1/2周期的矩形波電流。感生電動(dòng)勢(shì)的平均值：

（1）

式中， ZD每相繞組的有效導(dǎo)體數(shù)；L繞組中導(dǎo)線的有效長度，即磁鋼長度；r電動(dòng)機(jī)中氣隙半徑；NS為轉(zhuǎn)速，如果在風(fēng)扇與一個(gè)采樣電阻構(gòu)成回路，當(dāng)線圈導(dǎo)通時(shí)線圈上感應(yīng)的電壓與采樣電阻R的上電壓構(gòu)成：Ea+I*R=U， Ea為線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而I為流過線圈中的電流；

（2）

三、大氣壓對(duì)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速影響

風(fēng)扇比轉(zhuǎn)速計(jì)算式：

（3）

式中：Ns風(fēng)扇的比轉(zhuǎn)速，n主軸轉(zhuǎn)速r/min，Q標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下扇葉進(jìn)口處的流量m3/s，Kp 壓縮性修正系數(shù)

（4）

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)與指定狀態(tài)主要參數(shù)間換算：

（5）

ρ0：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下風(fēng)機(jī)進(jìn)口處氣體的密度Kg/m3，ρ指定條件下空氣密度

ρ=P/（R*T） （6）

R氣體常數(shù)，J/Kg·K與氣體的種類及氣體的組成成份有關(guān)， T進(jìn)口氣體的開氏溫度K.假設(shè)指定狀態(tài)與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)應(yīng)用時(shí)的環(huán)境溫度K不變，氣體常數(shù)R不變，在指定狀態(tài)下風(fēng)扇的比轉(zhuǎn)速為N1，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下風(fēng)扇的比轉(zhuǎn)速為N0，則利用（4）到（6）可以得出

（7）

（8）

ρ0*P1=ρ1*P0 （9）

利用（7）、（8）、（9）得出：

= （10）

由于高度增加時(shí)指定狀態(tài)下P1降低， 從（2）和（10）兩個(gè)式子得出由于當(dāng)海拔高度增加時(shí)NS增加，而在（2））中由于風(fēng)扇檢測(cè)電路的供電恒定，當(dāng)NS增加時(shí)必然采樣電阻R的采樣電壓降低。

四、高海拔UPS小機(jī)風(fēng)扇故障判斷影響實(shí)驗(yàn)

在UPS小機(jī)中往往通過采樣與風(fēng)扇串聯(lián)的電阻R1上的電壓來判斷風(fēng)扇是否故障，當(dāng)檢測(cè)風(fēng)扇采樣電阻電壓值在A電點(diǎn)電壓和B點(diǎn)電壓之間則認(rèn)為正常，當(dāng)高于A點(diǎn)電壓或者低于B點(diǎn)電壓則認(rèn)為風(fēng)扇故障。

五、高海拔采樣電阻電壓試驗(yàn)

（1）4500米海拔，氣壓570mbar， A點(diǎn)電壓：4.39V，采樣電壓：2.94V，B點(diǎn)電壓：2.93V；（2）3500米海拔，氣壓675mbar，A點(diǎn)電壓：4.36V，采樣電壓：3.32V，B點(diǎn)電壓：2.91V總結(jié)為：當(dāng)海拔越高時(shí)風(fēng)扇采樣電阻電壓降低，在設(shè)計(jì)中要正確評(píng)估海拔對(duì)風(fēng)扇采樣電壓的影響以正確設(shè)置判斷點(diǎn)，增加風(fēng)扇故障判斷點(diǎn)裕量。