适用于所有直流风扇的PWM调速方案以及由此产生噪音的解决 

——使本身不具备PWM调速功能的风扇使用外部PWM信号调速并尽可能解决其产生的开关噪音。 

 

本篇测试只针对其中比较不常用的一种调速方式:即本身不具备PWM功能的风扇(可能是2线或者3线)的普通风机利用开关其供电电路实现PWM调速(原理图可参见本文中图一),并尽可能解决由此产生的在调速过程中的额外噪音。 

请注意:本次测试之结果只代表在测试环境下使用本次待测样品:日本SANYO DENKI的9G0948G103无刷直流风机,而得到之结果,不同环境、不同参数的样品所得到之结果可能会有很大差异。由于测试设备有限,测试中某些判断基于主观感受,但由于本次测试的目的是以降低噪音为主,故,主观判断也有其一定合理性。 

测试背景:在PWM电源(开关管加在风扇主电源两侧直接开关风扇供电之48V)调速模式下,经客户测试反映在调速过程中风扇出现异响,影响风扇噪音水平和整体效果。 

测试目的:在不改变(或者不需要大规模改变)客户目前供电以及控制电路的情况下,实现风扇稳定调速的同时消除或降低风扇产生的异响。 

被测风扇:日本SANYO DENKI 山洋电机出品 9G0948G103 主要性能参数:

 

测试一:模拟客户环境使用PWM电源直接控制风扇转速  

此测试的基本电路图请参加下(图一):

 

 

驱动电路简要说明:模拟中使用一OMRON欧姆龙PLC来产生PWM信号,DC12V电源

经过上拉电阻得到PWM信号后触发一NPN型功率管,借此功率管的开闭来模拟客户目前PWM电源情况。图中A和B两点既是风扇+(红线)和-(黑线)连接至客户供电电路之位置。PWM频率保持和客户使用频率一致:75Hz。  

测试一 测试结果:调整PWM占空比,风扇在约10-100%占空比可调速,低于10%占空比风扇无法启动。风扇转速随着占空比变化明显,基本可以实现线性调速。风扇在调速过程中全程存在抖动,越低的占空比抖动现象越加明显;在占空比低于70%以后,由于转速降低,可以听到风扇马达在主电源开关时产生的噪音,噪音频率应与PWM频率一致;此噪音在调速低于50%以后非常明显,在低占空比的情况下甚至超过了风扇出风产生的噪音,而且风扇抖动加剧。本测试结果基本与客户描述一致。  

测试二:改进后的测试  

改进方案:我们在开关供电两端,也即是图一的A和B两端加如下电路:

 

测试说明:在A和B两端做如上改动后,我们希望能尽量减小纹波,从而减小或消除开关风扇供电电路对风扇的影响。 

风扇测速说明:由于风扇本身输出的脉冲信号在调速过程中输出不准确,故使用一光电开关检测风扇标记位的方式测速。测速为每1秒变化,所以风扇转速是以每60转为一变化单位。即测速的准确度为60/5000~=1.2%. 

关于风扇状态说明:测试中风扇本身正常的切风产生的噪音与电源开关时马达产生的噪音在高转速时不易分辨,我们的记录多凭人耳判断,其具体噪音表现如果需要,还是需要有专业设备测试;风扇在调速中的抖动问题可以很直观的判断。我们尽量将这些感官判断写的明确,但由于无法量化,难免会有不清楚的地方,在此表示歉意,还请谅解。 

测试二 风扇随PWM变化转速表

 

 

 

测试二 测试结果:从测试二的测试过程来看,本LC滤波电路基本可以做到降低风扇在调速过程中风扇马达的噪音和抖动问题,比之测试一 风扇表现有较大差异,应该说:已经达到“可用”的状态。 

从以上“9G0948G103 改进后调速曲线0-100% ”的曲线图中可以看到,风扇速度变化呈指数趋势。我分别用不同深度的背景表示了基于风扇表现的转速工作区:从左到右的区域中,由浅到深表示了风扇的噪音表现,越深的区域风扇工作越稳定,噪音和抖动越小。而中间区域(15-20%占空比左右)虽表现不是很好,但应也可以使用。 

由于风扇调速的指数效应,我希望下面即在稳定工作区域,风扇转速变化又比较明显的区域的转速变化可以对客户在设定PWM占空比的时候可能会有一定帮助:

 

 

测试总结: 

可能由于风扇启动扭矩的不同,不同参数的风扇在使用PWM电源通过开关风扇两端供电电路的形式调速时的表现差异很大,就目前本次测试的9G0948G103这款风扇,如不做任何电路上的改动去调速,风扇产生的噪音和振动将比较大,直接影响风扇噪音表现,不能很好的达到调速降低噪音的目的(但是节能还是应该可以做到的) 

在增加LC滤波电路以后,电路会消耗一点电能,同时风扇转速的控制不再趋于线性,给控制转速增加了一些难度。但作为改善风扇在调速过程中的振动和噪音,确实起到很大的左右,具体的改善我想可能还是实地测试才能比较直观的体会。而且从可行性上,在目前现有的风扇上改造,或者在风扇接插件与客户供电板之间加装一个电路是完全可行的,且体积应不会超过客户要求之体积。 



适用于直流风扇PWM调速

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