Undocumented: способы снижения оборотов вентиляторов

Undocumented: способы снижения оборотов вентиляторов

Мы уже не раз на страницах журнала "Компьютерра" и сайта Ferra.ru обращались к теме шума компьютера вообще и снижения шума вентиляторов и кулеров в частности (см., например, "КТ" #381, www.ferra.ru/online/supply/5961, www.ferra.ru/online/supply/9668 и www.ferra.ru/online/supply/20793). Предлагаем вашему вниманию еще один краткий взгляд на эту проблему.

Помнится, в конце 1980-х один мой приятель жаловался, что его «Спектрум» не дает спать соседям: шаговый двигатель пятидюймового флоппи-дисковода, лежащего на столе (а где вы тогда видели «Спектрум» в корпусе?), входил в резонанс с этим самым столом и был слышен этажом ниже ничуть не хуже электродрели.

Позже уже мои соседи наслаждались воем подшипников пятидюймового двадцатимегабайтного винчестера Seagate, и его приходилось укутывать в два слоя пористой резины. Сейчас времена не те, основные компоненты компьютеров стали «тише воды, ниже травы», но для людей, работающих ночами, особенно когда остальные члены семьи уже спят, шум компьютера, как и раньше, выходит на первое место. Приходится выбирать «мягкую» клавиатуру, переключать винчестеры в Acoustic mode в ущерб производительности (звук головок, кстати, бывает очень разным: на мой изощренный слух сухой «треск» дисков от IBM или Maxtor значительно приятнее, например, «консервной банки» Seagate U-серии, но в «тихом» режиме все они практически беззвучны), воздерживаться от установки пиратских CD-ROM с огромным эксцентриситетом.

Впрочем, есть компоненты, с шумом которых приходится мириться, — это вентиляторы. Обычно их два: в блоке питания и на процессоре. И тот и другой можно заменить более тихими, но, если для процессорных кулеров можно найти хоть какие-то результаты тестов с указанием шумности, то вентилятор блока питания приходится выбирать «на глаз» или путем перебора вариантов. Единственное, что может помочь, — указанная на этикетке мощность: чем она выше, тем производительнее и, соответственно, шумнее вентилятор («на глаз» могу отметить лишь, что прямые «рубленые» лопасти издают больше шума, нежели гнутые серповидные).

В большинстве случаев создаваемый вентилятором процессорного кулера воздушный поток избыточен, особенно учитывая, что он циркулирует в замкнутом пространстве корпуса. Воздух, продуваемый через ребра радиатора, просто не успевает нагреваться. Гораздо большее значение имеет площадь поверхности и материал радиатора, плотность прилегания к кристаллу, а также температура внутри корпуса (вернее, разность температуры радиатора и воздуха); обороты же вентилятора зачастую можно снизить вдвое, при этом температура процессора возрастет лишь на вполне безопасные 3–5 градусов.

С вентиляторами блоков питания дело обстоит сложнее. Вопреки распространенному мнению, вентилятор этот охлаждает не только и не столько блок питания, сколько обеспечивает циркуляцию воздуха внутри корпуса (обычно в корпусах ATX блок питания размещен сверху, и вентилятор работает на вытяжку), которая сильно влияет на эффективность работы процессорного кулера. Здесь вмешивается еще и сам корпус: его объем и высота, размещение блока питания, наличие и расположение вентиляционных отверстий. Обладателям мощных процессоров, желающим снизить шум вентилятора блока питания, могу рекомендовать снижать его обороты, компенсируя воздушный поток установкой в нижней части корпуса дополнительного нагнетающего вентилятора (его тоже можно не «крутить на всю катушку»).

Теперь перейдем к способам снижения оборотов вентиляторов.

Один из самых простых — переключение на пониженное напряжение питания. Штатно все вентиляторы запитаны от 12 В, но большинство вполне работоспособно и при питании 5 В. Для процессорного кулера достаточно лишь извлечь наконечник среднего провода (обычно красный) из трехконтактного вентиляторного разъема и вставить его в 5-вольтовое гнездо свободной «фишки» питания (тоже красный провод). В блоке питания — перепаять красный провод вентилятора со штатного места на выход 5 В (опять же красные силовые провода). Работоспособность схемы контроля оборотов при этом сохраняется. Шум падает почти до нуля, впрочем, и обороты снижаются слишком сильно, поэтому способ годится разве что для маломощных систем.

Лучшие результаты дает переключение питания на 7 В. Надеюсь, читатели уже догадались: это разность между 5- и 12-вольтовым питанием. Выполняется аналогично первому варианту, за исключением того, что к 5-вольтовому питанию подключается не красный, а черный провод вентилятора. Недостаток — перестает работать схема контроля оборотов.

Более грамотное решение — снижение тока с помощью резистора, включенного в разрыв провода питания вентилятора. Номинал зависит от мощности вентилятора и степени снижения оборотов; для типовых кулеров применимы резисторы от 10 до 75 Ом мощностью 0,25 Вт. Подобный способ применяется не только на любительском уровне: промышленно выпускаются переходники (на фото); обычно там используется резистор 10 Ом, который снижает обороты незначительно. Недостаток такого решения — сильное ограничение пускового тока вентилятора. В один прекрасный момент забившийся пылью подшипник может не позволить ротору сдвинуться с места.

Самое же корректное, на мой взгляд, решение — включение в разрыв цепи питания вентилятора стабилитрона с напряжением стабилизации 3–6 В. Подбором типа стабилитрона можно выбрать нужные обороты, при этом сохраняется и большой пусковой ток, и работоспособность схемы контроля оборотов.

Используя подобные решения, не забывайте о программах мониторинга, контролирующих вентиляторы. Если монитор системной платы плохо совместим с низкооборотным вентилятором, обновите BIOS: большинство производителей добавили в последнее время поддержку низкооборотных кулеров.

Напоследок расскажу одну историю. Месяц назад, покупая самый дешевый привод CD-RW, я спросил продавца: что взять при равной цене — NEC или Mitsumi? И без всяких наводящих вопросов получил ответ: конечно же, Mitsumi — он тише, а скорость… да что тебе скорость?

Устройство управления вентилятором для охлаждения усилителя

В настоящее время выходная мощность усилителей и ресиверов достигает сотен ватт, а число каналов – пяти-семи. Это приводит к значительному выделению тепла выходными каскадами, поэтому все большую популярность приобретает активное охлаждение усилительных устройств. Обдув радиаторов вентиляторами давно стал нормой в профессиональной аппаратуре, однако для бытовой техники он имеет и ряд недостатков:

• повышенный уровень шума в паузах и на малой громкости;
• запыление радиаторов и устройства в целом, что приводит к ухудшению теплоотдачи;
• запыление самого вентилятора ускоряет его износ и снижает срок службы, а отказ вентилятора приводит к выходу усилителя из строя вследствие перегрева.

Поэтому оптимальным представляется следующее решение: пассивного охлаждения должно быть достаточно для работы усилительного устройства на холостом ходе и на небольшой громкости, когда нагрев выходных транзисторов (работающих в классе АВ или В) невысок. При дальнейшем повышении выходной мощности, включается вентилятор. Плюсы тут очевидны: отсутствует лишний шум, уменьшается запыление усилителя, повышается ресурс вентилятора, усилитель не повреждается при отказе вентилятора (при работе на холостом ходу и на небольшой громкости).

Существуют разные способы управления вентилятором системы охлаждения. В промышленных ресиверах вентилятор обычно включается при установке регулятора громкости в положение, близкое к максимуму. В любительской практике находят применение схемы, включающие вентилятор при большом уровне сигнала. По мнению автора, все подобные системы имеют один принципиальный недостаток – информация о нагреве устройства носит косвенный характер. При большом уровне входного сигнала высокая выходная мощность достигается даже при положении регулятора громкости далеком от максимума. А вентилятор при этом не включается. Или другой пример: эксплуатация усилителя в жарком климате, либо установка его в такое место, где затруднена естественная циркуляция воздуха (в нишу) приведет к тому, что он перегреется и при низком уровне выходного сигнала.

Наилучший вариант – использовать датчик температуры, и управлять вентилятором непосредственно от температуры радиатора выходных транзисторов. В этом случае охлаждение производится именно тогда, когда оно необходимо, вне зависимости от причин, вызвавших перегрев. Кроме того, информация о перегреве, снимаемая с датчика температуры, может быть использована для управления системой защитного отключения («спасающей жизнь» усилителю) и соответствующей индикации.

Предлагаемое устройство управления вентилятором охлаждения аппаратуры имеет простую конструкцию, не содержит дефицитных деталей и не требовательно к питанию, обеспечивая при этом интеллектуальное многоступенчатое охлаждение. Принцип его работы иллюстрирует рисунок 1.

При небольшой рассеиваемой мощности напряжение на вентиляторе равно нулю. С ростом мощности температура радиатора растет, и когда она достигает 40 градусов, вентилятор включается. Напряжение на нем составляет 6 вольт, скорость вращения небольшая, и вентилятор не производит шума. Однако эффективность охлаждения заметно возрастает. При мощности порядка 9…12 Вт, эффективность активного охлаждения настолько высока, что через одну-две минуты температура опускается ниже 35 градусов, что вызывает выключение вентилятора. В системе специально предусмотрен гистерезис 5…7 градусов, для того, чтобы снизить частоту включений-выключений вентилятора и диапазон мощностей, когда происходит такое «широтно-импульсное» управление, особенно при неудачном расположении термодатчика. Начиная с мощности 12…15 Вт, вентилятор работает непрерывно (благодаря наличию гистерезиса), при этом температура радиатора оказывается ниже, чем при мощности 8…9 Вт.

Такой «бесшумный» режим работы сохраняется до значения мощности 40 Вт, когда температура радиатора повышается до 50 градусов. При дальнейшем росте рассеиваемой мощности, напряжение на вентиляторе начинает плавно повышаться, и эффективность охлаждения еще больше увеличивается. В результате, в диапазоне мощностей 40…70 Вт температура изменяется от 50 до примерно 53 градусов. Шум работающего вентилятора также возрастает, однако такая ситуация соответствует работе усилителя с большой громкостью, и шум вентилятора не заметен на фоне громкого звука. Причем большинство вентиляторов начинает «громко шуметь» при напряжении питания, превышающем 9 вольт, что соответствует рассеиваемой мощности прядка 60 Вт. При температуре больше 55 градусов напряжение на вентиляторе максимально и охлаждение производится наиболее интенсивно, уровень шума при этом несущественен – речь идет о сохранении работоспособности усилителя.

Пунктирные линии на графике показывают, как изменялась бы температура, если бы не происходило включение следующей ступени охлаждения. Если принять максимально допустимой температурой радиатора значение 60 градусов, то при естественном охлаждении предельная рассеиваемая мощность была бы равна 20 Вт, а при низкоскоростном активном охлаждении – 65 Вт. При непрерывной работе вентилятора можно было бы получить те же самые максимальные 90…95 Вт, но это сопровождалось бы значительным шумом на малой громкости, тогда как в предлагаемом устройстве шум вообще отсутствует до значения мощности примерно 40…50 Вт, и незначителен до 55…60 Вт.

График на рис.1, получен на макете устройства при использовании радиатора площадью 200см2 и вентилятора размером 60х60 мм. Значения температур включения ступеней охлаждения выбраны достаточно произвольно.

Схема устройства приведена на рисунке 2. В качестве термодатчика используется терморезистор с отрицательным ТКС (термистор) R1, который совместно с резистором R2 образует делитель напряжения. Напряжение с делителя – пропорциональное температуре – подается на триггер Шмитта на транзисторах VT1,VT2. При повышении входного напряжения триггер включается, при этом полевой транзистор VT3 (закрытый в исходном состоянии) открывается и подает напряжение на двигатель вентилятора М1. Поскольку последовательно с двигателем включен мощный стабилитрон VD1, напряжение на вентиляторе меньше напряжения питания на величину напряжения стабилизации стабилитрона. Вентилятор работает на малых оборотах. При дальнейшем росте температуры, напряжение делителя также растет, и при некотором его значении открывается транзистор VT4. Этот транзистор шунтирует цепочку VT3-VD1, и напряжение на вентиляторе повышается. Поскольку в качестве VT4 используется «вертикальный» транзистор, то диапазон входных напряжений, при котором VT4 переходит из закрытого состояния в открытое, небольшой и увеличение скорости вращения вентилятора до максимума происходит при небольшом изменении температуры.

Конденсатор С1 форсирует запуск двигателя вентилятора при включении его на пониженном напряжении. Это позволяет надежно запускать вентилятор даже при его износе и запылении, когда момент трения на валу повышен, что повышает надежность системы охлаждения. Конденсатор С2 снижает пульсации напряжения на вентиляторе при регулировании напряжения. Если устройство питается от отдельного самостоятельного источника, то С2 можно исключить.

Подстроечными резисторами R3 и R9 устанавливают пороги срабатывания ступеней охлаждения. Светодиод HL1 – индикатор, причем его яркость сигнализирует о напряжении на вентиляторе, а, следовательно, и о температуре. При желании получить больше информации, узел индикации можно усложнить, применив, например, два светодиода с разным цветом свечения.

Если необходимо контролировать температуру нескольких радиаторов, то можно использовать несколько однотипных термисторов, включенных параллельно (пропорционально уменьшив сопротивление R2). При этом, вследствие нелинейности температурной характеристики, система будет в большей степени реагировать на наиболее горячий объект, что повысит надежность устройства в целом.

Схему можно питать и от источника с меньшим напряжением, но при этом снизится максимальная эффективность охлаждения.

Конструкция и детали.

Биполярные транзисторы – любые маломощные с коэффициентом h21Э не менее 150, например, КТ3102 (я использовал импортные ВС546В). Полевые транзисторы – любые средней мощности. Из отечественных подойдут КП740-КП743. Можно использовать и маломощные КП505А-В, однако ток вентилятора в этом случае не должен превышать 150 мА. Из импортных подойдут практически все транзисторы серий IRF5хх, IRF 6хх. Стабилитрон VD1 должен выдерживать ток вентилятора, который при пониженном напряжении питания составляет 40…50% от номинального (а это порядка 50…150 мА). Напряжение стабилизации выбирается таким образом, чтобы напряжение на двигателе составляло 5…6 вольт (т.е. 6…10 вольт). При более низком напряжении не все вентиляторы устойчиво работают, более высокое напряжение увеличит уровень шума. Если не удастся подобрать подходящий стабилитрон, можно воспользоваться его аналогом (рис.3).

Большое разнообразие термисторов не позволяет указать какой-то конкретный тип. Подойдут практически все в интервале сопротивлений 1…68 кОм. Если сопротивление термистора превышает 20 кОм, то при подборе R2 следует учесть его шунтирование резисторами R3 и R9.

Поскольку основным для усилителя все же является пассивное охлаждение, то следует использовать «конвекционные» (обыкновенные) радиаторы с редкими толстыми ребрами. Вентилятор – корпусной вентилятор подходящего размера от компьютера. Процессорные вентиляторы использовать не рекомендуется, несмотря на их больший воздушный поток – они более шумные. Термистор необходимо установить так, чтобы обеспечивался хороший тепловой контакт с радиатором (с использованием термопасты), и на него не попадал воздушный поток от вентилятора.

Поскольку температура внутри корпуса усилителя может достигать 40…50 градусов, возможна установка дополнительного вентилятора, выдувающего воздух из корпуса. Все вентиляторы включаются параллельно.

Устройство собрано на печатной плате размером 55х30 мм. Добиваться еще большей миниатюрности, используя SMD компоненты, я считаю нецелесообразным – раз используются сравнительно крупногабаритные элементы – радиаторы, то свободное место для устройства управления вентилятором в усилителе найдется. Печатная плата показана на рис. 4 (вид со стороны установки деталей). Красным цветом показан мощный стабилитрон VD1, а светло-зеленым — его аналог на маломощном стабилитроне и транзисторе. Ставится либо одно, либо другое.

Рис. 4.

Синим цветом обозначены изолированные проводники, припаянные со стороны дорожек:

Налаживание устройства необходимо, вследствие большого разнообразия термисторов. Оно сводится к подбору резистора R2 и установки порогов срабатывания резисторами R3, R9. Для этого задаются значениями температур включения ступеней устройства (на рис.1 это 40 и 50 градусов) и определяют сопротивление термистора на этих двух температурах. Проще всего определить сопротивление, поместив термистор в стакан с водой требуемой температуры. Допустим, получились значения R1_1 и R1_2. Резистор R2 должен иметь такое сопротивление, чтобы напряжение делителя при включении первой ступени было порядка 2,5 вольт:

После установки R2 соответствующего номинала, вместо термистора подключают переменный резистор с установленным сопротивлением, равным R1_1 и при помощи R3 добиваются включения вентилятора (настраивается именно момент включения, для отключения вентилятора, вследствие гистерезиса, необходимо отключать «термистор»). Аналогично, при помощи R9 добиваются увеличения напряжения на вентиляторе при подключении вместо термистора сопротивления величиной равной R1_2.

Внимание!

Иногда возникает проблема, вроде этой:

«Первая ступень охлаждения выставляется нормально. Вторая — не настраивается. В крайней точке подстроечного резистора R9 напряжение на вентиляторе достигает лишь 3,3 В (при отключенной первой ступени подстроечником R3).»

Скорее всего, причина в сильном различии параметров термисторов разных типов: у некоторых при увеличении температуры сопротивление падает очень сильно, а у некоторых – не очень сильно. При повышении температуры сопротивление термистора уменьшается, а напряжение в точке соединения R1, R2, R3 растет. Когда напряжение в этой точке достигает порога срабатывания одной из ступеней, ступень срабатывает и включается. Для срабатывания триггера Шмитта требуется примерно 2,5 вольта, а для открывания полевого транзистора VT4 – порядка 4…5 вольт (см. типовую передаточную характеристику транзистора IRF630 на рис. 6). Если сопротивление терморезистора падает не сильно, то напряжение на затворе полевого транзистора не достигает требуемой величины, и он не открывается.

В этом случае настройку надо проводить «наоборот»: подбирать резистор R2 таким, чтобы надежно срабатывала вторая ступень управления. Для этого R3 выводят на минимум (движок в нижнем по схеме положении), а R9 на максимум (движок в верхнем по схеме положении). Вместо термистора подключают резистор с сопротивлением, равным сопротивлению термистора при максимальной температуре и подбирают R2 так, чтобы напряжение на вентиляторе было максимальным — примерно равно напряжению питания (можно контролировать напряжение в точке соединения R1, R2, R3, оно должно быть порядка 4…5 вольт). Значение R2 округляют до ближайшего большего. После этого потенциометром R3 устанавливают требуемый порог срабатывания первой ступени. Учтите, что конденсатор С1 создает небольшую задержку во времени, поэтому давайте напряжению установиться примерно 1…2 секунды.

Хорошо бы перед сборкой схемы посмотреть справочные данные полевого транзистора – он должен открываться (ток стока примерно 100 мА) при напряжении на затворе не менее 3 и не более 6 вольт:

Вот фото прототипа (с транзистором вместо мощного стабилитрона). На самом деле, плату можно и уменьшить. Наверное я когда-нибудь это сделаю…

Рис. 7.

На самом деле систему можно упростить, использовав специализированный датчик температуры и микроконтроллер (либо специализированную микросхему), но ИМХО она станет не такой доступной для широкого круга радиолюбителей.

Система автоматического управления вентилятором.

Система автоматического управления вентилятором своими руками.

Часто в радиолюбительской практике возникает необходимость охлаждать методом обдува какие-либо мощные активные элементы: регулирующие транзисторы в блоках питания, в выходных каскадах мощных УНЧ, радиолампы в выходных каскадах передатчиков и т.д.

Конечно, проще всего включить вентилятор на полные обороты. Но это не самый лучший выход-шум вентилятора будет напрягать и мешать.

Система автоматического управления вентилятором-вот что может быть выходом из ситуации.

Такая система автоматического управления вентилятором, будет управлять включением/выключением и оборотами вентилятора в зависимости от температуры.

В данной статье предложен простой, бюджетный выход из ситуации…

Итак, некоторое время тому назад знакомый товарищ попросил изготовить ему систему автоматического регулирования оборотов вентилятора охлаждения для зарядного устройства. Поскольку готового решения у меня не было-пришлось поискать что-либо подходящее в интернете.

Всегда руководствуюсь принципом –«делать жизнь как можно проще», поэтому подыскивал схемы попроще, без всяких там микроконтроллеров, которые сейчас суют где надо, и где не надо. Попалась на глаза статья :http://dl2kq.de/pa/1-11.htm. Решено было испытать описанные в ней автоматы управления вентилятором…

Система автоматического управления вентилятором №1.

Принципиальная схема устройства показана ниже:

В данном случае применен вентилятор с рабочим напряжением 12 В.

Схема питается напряжением 15…18 В. Интегральный стабилизатор типа 7805 задает начальное напряжение на вентиляторе. Транзистор VT1 управляет работой интегрального стабилизатора. В качестве датчиков температуры использованы кремниевые транзисторы (VT2 и VT3) в диодном включении.

Схема работает следующим образом: в холодном состоянии датчиков температуры напряжение на них максимально. Транзистор VT1 полностью открыт, напряжение на его коллекторе ( а значит и на выводе 2 интегрального стабилизатора) составляет десятые доли вольта. Напряжение, подаваемое на вентилятор почти равно паспортному выходному напряжению микросхемы LM7805, и вентилятор вращается на небольших оборотах.

По мере прогрева датчиков температуры ( одного любого из них, или обеих) напряжение на базе VT1 начинает уменьшаться. Транзистор VT1 начинает закрываться, напряжение на его коллекторе увеличивается, а соответственно, увеличивается и напряжение на выходе микросхемы LM7805.

Обороты вентилятора также увеличиваются и плавно достигают максимальных. По мере остывания датчиков температуры происходит обратный процесс и обороты вентилятора уменьшаются.

Количество датчиков может быть от одного до нескольких ( мною опробовано три параллельно включенных датчика). Датчики могут быть установлены как рядом друг с другом ( для повышения надежности срабатывания), так и размещены в разных местах.

Изначально данная схема разрабатывалась для применения в мощном ламповом усилителе мощности КВ диапазона, отсюда большое количество блокировочных конденсаторов. При применении данной системы автоматического управления режимом работы вентилятора, скажем, в блоках питания, или в мощных усилителях НЧ блокировочные конденсаторы можно не устанавливать.

Данная схема интересна еще и тем, что датчики температуры могут быть как закреплены на радиаторах мощных транзисторов, диодов и иметь непосредственный тепловой контакт с ними,так и установлены на весу, в потоке теплого воздуха.

В качестве транзисторов VT1…VT3 можно применить любые кремниевые транзисторы в пластиковом корпусе и структуры n-p-n. Мною успешно испытаны транзисторы КТ503, КТ315, КТ3102, S9013, 2N3904. Подстроечный резистор R2 служит для установки минимальных оборотов вентилятора.

При настройке данной системы автоматического управления режимом работы вентилятора подстроечным резистором R2 устанавливают минимальные обороты вентилятора. Затем, нагревая датчик, или датчики, каким-либо источником тепла убеждаются в работоспособности системы и возможность срабатывания её от разных датчиков независимо.

Данная схема достаточно чувствительна-можно настроить её на срабатывание даже от нагевания датчика температуры рукой. Важное замечание. Схема измеряет не абсолютную температуру, а разность температур между переходами транзистора VT1 и датчиков VT2 и VT3. Поэтому плата устройства должна быть размещена в месте, исключающем дополнительный нагрев. Интегральный стабилизатор должен быть снабжен небольшим радиатором.

Система автоматического управления вентилятором №2.

Здесь описано аналогичное устройство, но имеющее некоторые особенности.

Дело вот в чем. Часто бывают случаи, когда система автоматического управления режимом работы вентилятора установлена в изделии, где имеется всего лишь одно питающее напряжение -12В, но и вентилятор рассчитан на работу от напряжения 12 В.

Для достижения максимальных оборотов вентилятора необходимо подать на него полное напряжение,или, другими словами, регулирующий элемент системы автоматического управления режимом работы вентилятора должен иметь практически близкое к нулю падение напряжения на нем. И в этом смысле схема, описание которой изложено выше, не подходит.

В этом случае применимо другое устройство, схема которого представлена ниже:

Регулирующим элементом служит полевой транзистор с очень низким сопротивлением канала в открытом состоянии. Мною использован транзистор типа PHD55N03.

Он имеет следующие характеристики: максимальное напряжение сток-исток -25 В, максимальный ток стока- 55 А, сопротивлением канала в открытом состоянии -0,14 мОм.

Подобные транзисторы применяются на материнских платах и платах видеокарт. Я добыл этот транзистор на старой материнской плате:

Цоколевка этого транзистора:

Именно очень низкое сопротивление канала в открытом состоянии и позволяет приложить к вентилятору практически полное напряжение питания.

В этой схеме датчиком температуры служит терморезистор R1 номиналом 10 кОм. Терморезистор должен быть с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления ( типа NTC).

Номинал терморезистора R1 может быть от 10 до 100 кОм, соответственно нужно изменить и номинал подстроечного резистора R2. Так, для терморезистора номиналом 100 кОм, сопротивление подстроечного резистора R2 должно быть 51 или 68 кОм. Подстроечным резистором R2 в данной схеме устанавливается порог срабатывания схемы.

Данная схема работает по принципу термоуправляемого реле: вентилятор включен/выключен в зависимости от температуры датчика.

Конструктивно, терморезистор R1 размещается на радиаторе транзисторов, которые обдувает вентилятор. Подстроечным резистором R2 при настройке схемы добиваются старта вентилятора при пороговой (начальной) температуре.

В качестве VT1 подойдет любой полевой транзистор с напряжением стока выше 20 В и сопротивлением канала в открытом состоянии менее 0,5 Ома.

Если напряжение питания не стабилизировано, то порог срабатывания схемы будет плавать, со всеми вытекающими последствиями. В этом случае полезно будет запитать терморезистор от стабильного источника питания, например -78L09.

Ниже приведен модернизированный вариант этой схемы. В данной схеме предусмотрена возможность независимой регулировки как минимальных оборотов при нормальной температуре, так и температуру, с которой обороты вентилятора начинают увеличиваться.

Здесь цепь R5, R6,VD2 позволяет установить минимальные обороты вентилятора при нормальной ( начальной) температуре при помощи подстроечного резистора R5. А резистором R7 устанавливают температуру, с которой вентилятор переходит на повышенные обороты.

Как и в предыдущих схемах, блокировочные конденсаторы необходимы при эксплуатации устройства в условиях воздействия мощных высокочастотных наводок-например ламповый усилитель мощности КВ диапазона. В других случаях в их установке нет необходимости.

Терморезисторов-датчиков температуры может быть несколько и установленных в разных местах. Вентиляторов тоже может быть несколько. В этом случае возможно ( но необязательно) будет необходимым предусмотреть небольшой радиатор для регулирующего транзистора.

Вид собранной платы системы автоматического управления обдувом, управляющий транзистор установлен со стороны печатных проводников:

Печатная плата, вид со стороны проводящих дорожек:

Все три схемы, приведенные в этой статье мною опробованы и продемонстрировали надежную и стабильную работу.

Обновление от 13.01.2020

Изготовил еще два варианта подобных регуляторов. Без использования терморезисторов.

Статья с подробным описанием здесь.

Дополнение от 19.02.2020.

Проделал лабораторную работу с целью определения возможности работы термоуправляемого регулятора, собранного по схеме №2 (см. текст статьи), от напряжения +27 В вместо штатных +12 В.

Делать эту работу пришлось, так как у некоторых коллег что-то там не получается и работает наоборот, и вовсе не так…

Схему собрал упрощенную-всего три детали. В качестве регулирующего транзистора применил IRF630.

Схема получилась такая:

В качестве нагрузки использован 27-ми вольтовый электродвигатель ДП25-1,6-3-27.

Всё заработало сразу, и как положено-при нагреве терморезистора двигатель начинает вращаться, при охлаждении останавливается. Порог срабатывания устанавливается подстроечным резистором 10 кОм. Причем, можно выставить так, что схема будет срабатывать даже от нагрева терморезистора дыханием.

Охлаждение преобразователя частоты

Такое сложное электронное устройство, как преобразователь частоты (ПЧ), требует тщательного подхода к вопросу охлаждения.

Что и почему греется в ПЧ

В современной электронике сильнее всего нагреваются полупроводники. В случае с преобразователями частоты наибольшее количество тепла выделяют IGBT-транзисторы. Несмотря на то, что они работают в ключевом режиме, их нагрев является определяющим, особенно при работе на мощности, близкой или превышающей номинальную.

Тормозной резистор во время торможения также может быть мощным источником тепла, поэтому его устанавливают на расстоянии или за пределами электрошкафа.

Что влияет на температуру частотного преобразователя

Температура окружающей среды. В данном случае это не погода за окном, а температура внутри электрошкафа, в котором установлен частотный преобразователь. В нормальных условиях температура внутри шкафа может превышать температуру в помещении на 15…20 °С, доходя до +40…+50 °С. Эти температуры являются максимальными рабочими для большинства частотных преобразователей. Производители рекомендуют снижать номинальный ток частотника при высоких температурах окружающей среды.

Номинальный ток. При низком номинальном токе, когда мощность двигателя и преобразователя выбрана с запасом, нагрев может быть очень незначительным. В этом случае можно обойтись без принудительного охлаждения. Однако при номинальной мощности и перегрузках нагрев ПЧ становится заметным. Именно поэтому производители не рекомендуют частые разгоны и торможения – во время этих режимов происходит особенно интенсивное тепловыделение.

Частота ШИМ. Это рабочая частота IGBT-транзисторов. Чем выше ее значение, тем больше нагревается IGBT-модуль. Не рекомендуется поднимать частоту ШИМ выше 8 кГц, если в этом нет особой необходимости. Некоторые производители в руководствах по эксплуатации приводят таблицы или графики, иллюстрирующие падение номинального выходного тока ПЧ при повышении температуры и частоты ШИМ.

Правильная установка ПЧ

Существуют определенные правила установки частотного преобразователя, соблюдение которых обеспечит его качественное охлаждение.

• ПЧ необходимо монтировать на металлическую поверхность и только в вертикальном положении. Вокруг преобразователя должно быть свободное место для конвекции воздуха.
• Поскольку пыль затрудняет процесс охлаждения, необходимо минимизировать ее попадание в шкаф, где установлен ПЧ. Обычно преобразователи имеют класс защиты IP20, поэтому для их монтажа используют электрошкафы с более высоким уровнем защиты (IP54 и выше).
• Шкаф, в который устанавливается преобразователь, должен иметь внутри свободную конвекцию воздуха. Для лучшего охлаждения необходимо использовать принудительную вентиляцию. В особо тяжелых условиях эксплуатации может потребоваться применение систем кондиционирования.
• Когда в шкафу установлено несколько преобразователей частоты, они должны быть расположены на расстоянии не менее 5 см друг от друга.

Управление охлаждением

Охлаждение частотного преобразователя обеспечивается встроенным вентилятором, который «снимает» горячий воздух с радиаторов IGBT-модулей. Таких вентиляторов может быть несколько, они могут устанавливаться как в верхней, так и в нижней частях ПЧ.

Работа вентилятора в постоянном режиме не всегда целесообразна, ведь при этом он загрязняется и уменьшается его ресурс. Поэтому в ПЧ может быть реализовано несколько режимов работы встроенных вентиляторов, настройка которых производится в программном меню:

• Вентилятор работает всегда, когда на ПЧ подано питание.
• Вентилятор включается при пуске, выключается при остановке привода или по команде “STOP”.
• Вентилятор включается при пуске, выключается через некоторое время после остановки привода.
• Вентилятор включается в зависимости от температуры радиатора (предпочтительный режим).
• Вентилятор выключен всегда (нежелательный режим).

Обычно в частотном преобразователе осуществляется постоянный контроль температуры с помощью встроенных датчиков. При перегреве выдается ошибка, и привод останавливается. Для контроля охлаждения также применяют вентиляторы с обратной связью (контроль вращения).

Стоит сказать, что целесообразно управлять не только встроенными вентиляторами, но и вентиляторами охлаждения шкафа. Для этого можно установить внутрь шкафа термоконтроллер (термореле), по сигналу которого будет подаваться питание на вентилятор. Это особенно полезно, если шкаф установлен в месте, где температура существенно меняется в течение суток или в течение года. Таким образом не только экономится ресурс вентилятора, но и отпадает необходимость технического обслуживания воздушного фильтра в холодное время.

Техническое обслуживание

Чтобы охлаждение преобразователя частоты происходило без проблем, необходимо регулярно проводить техническое обслуживание. ТО включает в себя: