Вентилятор с охлаждением воздуха как работает

Обновлено: 28.04.2024

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

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:

В летнее время, в жаркую погоду, охлаждение помещения выполняется не только кондиционером, но и с помощью вентилятора. Вентилятор намного дешевле и проще в эксплуатации. Особенно эффективны такие приборы в помещениях с небольшими размерами. Несмотря на видимую простоту, вентиляторы отличаются большим разнообразием моделей. Все вентиляторы, по способу их установки и применения, могут быть с увлажнением, настольными, напольными и потолочными. Среди всего многообразия, хорошо зарекомендовали себя дешевые потолочные вентиляторы, наиболее удобные для регулярного использования. Но если установить потолочный вентилятор возможности нет, или от него нет нужного эффекта, то подойдет напольный вентилятор, а лучше всего вентилятор-охладитель, они же вентиляторы-увлажнители который не нужно монтировать и стоит значительно дешевле, чем кондиционер с монтажом.

Несмотря на свои существенные габариты, они обладают большим количеством достоинств, чем другие просто вентиляторы. В первую очередь, это высокая производительность, более высокое число скоростей при обдуве и самое важное охладить помещение без серьезных затрат. Они регулируются по высоте, оборудуются помпой, форсунками и баком для воды. Емкость бака варьируется в зависимости от модели до 40 литров. Для того, чтобы выбрать наиболее подходящий вариант, нужно иметь представление о его технических характеристиках. Все напольные вентиляторы-охладители для летнего кафе, и система туманообразования и представляют собой осевую конструкцию, когда насадка рабочего колеса непосредственно производится на ось двигателя. Перемещение воздуха происходит посредством захвата его лопастями при вращении. Напор воздушного потока полностью зависит от размера лопастей: чем больше размер, тем выше напор.

Чтобы правильно выбрать вентилятор холодного воздуха для дома или веранды, нужно рассчитать его производительность. С этой целью, объем вентилируемого помещения, вычитая мебель, необходимо умножить на количество смен воздуха в течение часа. Полученное значение и будет производительностью будущего напольного вентилятора.

Вентилятор должен выбираться с учетом его предполагаемого места установки. В этом плане, напольный вентилятор-охладитель очень удобен, поскольку его можно как угодно перемещать по комнате и создавать комфорт в необходимых местах. Однако, следует помнить, что максимальный эффект от использования вентиляторов с увлажнителем LC 002 достигается при использовании их в открытых помещениях, таких как: кафе, рестораны, патио. Он оборудован сьемным резервуаром для воды 40 л и прост в эксплуатации. Идеальным решением для увлажнения грибниц, оранжерей, теплиц и зимних садов будет вентилятор-охлаждитель или система туманообразования DB-26 оборудованный 5 форсунками и расчитанный на площадь до 250 м 2 .

При покупке напольного вентилятора-охладителя , желательно сразу проверить его на уровень шума. Повышенный шум не всегда приятен, особенно при наличии маленьких детей. Оптимальный уровень шума должен находиться в пределах от 25-ти до 30-ти децибел. В самых современных моделях устанавливаются электродвигатели с очень низким уровнем шума, с использованием в конструкциях звукоизоляционных материалов. На средних и низких скоростях шум от работы прибора, практически, не слышен.

Суровые зимние морозы остались позади, а вместе с ними ушло и последнее тепло из отопительных батарей квартир. Но прохладные весенние ночи еще дают о себе знать, и в эти моменты всегда хочется поддать жару. Выход есть — включаем кондиционер. Он не только охлаждает, но еще и сушит, проветривает, ионизирует, греет и даже помогает засыпать. Как? Объясняем.

Охлаждение

Охлаждение воздуха в сплит-системе происходит благодаря фазовому переходу. Чтобы разобраться с первого раза, опустим сложные технические подробности и объясним на пальцах. Причем буквально.

Нагрейте воду до 37-38 °C, намочите тряпку и проведите по тыльной стороне руки — тепло? А теперь подуйте на это место — прохладно? Протрите насухо и сравните температуру одной руки с другой. Вода, даже нагретая выше температуры тела, охладила кожу и это не волшебство, а закон природы. Испаряясь в атмосферу, вода прихватывает с собой и часть теплового излучения с поверхности. Так работает штатная система охлаждения человека — перегреваясь, тело избавляется от поверхностного нагрева вместе с испаряющимся потом.

В кондиционере работает похожая система, только вместо пота используется инертный газ, а тепло забирается из комнатного воздуха. Чтобы запустить этот процесс, компрессор сжимает фреон в замкнутой системе до 20-25 атмосфер, тем самым нагревая его до 80-90 °C. После этого в сжатом состоянии газ подается на внешний испаритель (уличный блок), охлаждается и переносится к части внутреннего блока. Затем сильно сдавленный газ встречает препятствие в виде капиллярного дросселя — медной трубки с очень маленьким диаметром, при прохождении через которую фреон снова превращается в газ и начинает активно снимать тепло с внутреннего теплообменника. В результате радиатор быстро отбирает тепло у комнатного воздуха и передает его фреону. Этот процесс повторяется до тех пор, пока кондиционер не охладит воздух в помещении до заданной температуры.

Осушение

В стандартном режиме охлаждения кондиционер перемешивает комнатный воздух в пределах внутреннего блока. В результате попадания теплого воздуха на охлажденные ребра радиатора возникает конденсат — концентрация влаги из воздуха. Этот эффект можно получить, если подышать на стекло — сначала оно запотеет, а затем влага сформируется в капли. Сила эффекта зависит от разности температур, уровня влажности и атмосферного давления. Чем больше влаги в воздухе и выше его температура, тем больше конденсата останется на ледяном радиаторе, а затем попадет на улицу через дренаж.

Вентилятор и фильтрация

В этом режиме сплит-система перестает быть кондиционером и превращается в обычный вентилятор. В распоряжении пользователя с пультом остается лишь пара команд — дуй быстрее и направь поток в потолок. И все же, такая система отличается от классического напольного вентилятора.

Воздух в комнате можно сравнить со слоеным пирогом — вверху жарко, посередине тепло, внизу холодно. И, если зимой в помещении работает отопление, радиаторы которого способствуют перемешиванию, то в межсезонье этот процесс приостанавливается. Тогда в светлой комнате с несколькими окнами становится невыносимо жарко, а в ванной комнате воздух не успевает прогреваться до комфортной температуры. Чтобы выровнять температуру во всем доме, можно быстро бегать по комнатам, размахивая руками или использовать кондиционер.

Вентилятор в сплит-системе легко перемешивает слои: нагретый воздух поднимается к потолку, попадает в воздухозаборник климатической системы и принудительно выталкивается лопастями турбины в заданном шторками направлении — туда, где находится человек. Кроме того, даже самая бюджетная модель кондиционера имеет систему фильтрации — для моделей попроще это сетчатый нейлоновый фильтр, который задерживает крупные фракции пыльной взвеси. Этого достаточно, чтобы сделать воздух чище и полезнее для дыхания.

Отопление

В электротехнике существует понятие КПД — коэффициент полезного действия. Чем он выше, тем выгоднее использовать электрический прибор. Например, стандартный масляный радиатор или конвектор может конвертировать 1 кВт электроэнергии в 900 Вт тепла. Остальные 100 Вт будут затрачены на работу электроники. Максимальный КПД может составлять 100 %, но на практике максимум, который можно получить из современных систем — 95-98 %.

Потребляя из сети 1100 Вт электричества, сплит-система может обеспечить до 3-4 кВт тепла или холода. Выходит, что КПД кондиционера колеблется в районе 300–400 %. Однако такая формула неверна — принцип работы теплового насоса заключается в использовании неучтенных источников. В данном случае это уличный воздух, который имеет меньшую температуру, чем сжатый фреон в системе и может запросто охладить радиатор с газом на несколько десятков градусов. Фреон сдавливается, нагревается, переносится во внешний радиатор, охлаждается, переносится во внутренний радиатор и превращается обратно в газ. Чем сильнее остужается фреон во время сжатия, тем ниже температура смеси будет после попадания в капиллярную трубку внутреннего блока. Сетевое электричество в данном случае затрачивается лишь на работу компрессора и навесной электроники.

Обыграем ситуацию в простом формате. Представим велосипедиста, который соревнуется на стадионе. Чтобы разогнаться и поддерживать скорость, ему требуется некоторое количество энергии. Если ему в спину дует ветер, то велосипедист при том же количестве затраченной энергии разгонится в два раза быстрее. Таким образом, организм затратит столько же Ватт (джоулей), но скорость велосипеда окажется выше. Так вот, усталость и голод велосипедиста — это то, что ему придется восполнить после гонки (заплатить за электроэнергию по счетчику), а попутный ветер — это неучтенная энергия, которую восполнять не придется (ветер, который охлаждает фреон).

О принципе работы кондиционера в режиме отопления можно легко догадаться — если одна сторона всегда холодная, а другая горячая, то почему бы их не поменять местами? Именно так это и работает — специальный клапан меняет направление движения фреона, и радиаторы меняются местами. Теперь уличный блок отдает в атмосферу холод и забирает тепло, а внутренний блок, наоборот, нагревает воздух в помещении. Качество работы и количество тепла зависят от температуры на улице. Чем меньше температура за окном, тем сложнее кондиционеру получить тепло из атмосферы. Подробнее о работе теплового насоса и отоплении кондиционером зимой мы уже рассказывали.

Ночной режим

Прохлада и свежесть в жаркий летний зной — это полезно и комфортно. Но от резких перепадов температур человек может простудиться. Тем более, если речь идет об охлаждении комнаты ночью, когда пользователь не может контролировать температуру и скорость обдува. Но что делать, если за окном +35 °C тепла даже ночью, а отдыхать хочется в комфорте? Включаем ночной режим.

Производители поддерживают этот режим с подачи исследований ученых. Говорят, что человеческий организм лучше всего отдыхает при низких температурах и быстро просыпается в тепле. Парадоксально, но факт. Поэтому в современных сплит-системах есть кнопка Sleep, которая позволяет использовать кондиционер круглосуточно даже в спальне.

Инвертор или классика?

Тепловые насосы бывают двух видов: классические и инверторные. Классические обычно называют on/off — включен/выключен. Это сокращение указывает на принцип работы компрессора. Чтобы нагнать холодный воздух, компрессор включается и сразу работает на 100 %. Набрав установленную пользователем температуру, система отключается. Этот алгоритм постоянно повторяется. Таким образом, температура в комнате регулируется не степенью охлаждения радиатора, а продолжительностью его охлаждения и обдува.

Инверторный компрессор работает иначе — ему не нужно постоянно включаться и выключаться, чтобы поддерживать установки пользователя. Для этого он плавно регулирует обороты и ускоряется, когда нужно быстро охлаждать, или работает на бреющем полете, чтобы поддерживать комфортную температуру. Отсюда несколько плюсов: тихая работа компрессора, экономия энергии, уменьшенная нагрузка на проводку в доме, плавная работа и плавная регулировка температуры.

А если…

А если после прочтения подробного материала все же остались вопросы и хочется больше наглядных картинок, схем и инфографики, то смотрим гайд по выбору домашнего кондиционера, делаем правильный выбор и предвкушаем летнюю жару с отличной климатической установкой в просторном зале.

Пылесборник Шрёдингера

Пыль — один из главных врагов компьютера, и её слои на компонентах — лишь часть загадки. Пыль любит накапливаться на пластинчатых радиаторах, и если эти радиаторы регулярно не прочищать, то компоненты начнут перегреваться. Результат — более низкие частоты как на процессоре, так и на видеокарте. Соответственно, производительность упадёт вместе с ними, а это приведёт к снижению быстродействия.

Важность типа видеокарты и расположения блока питания

Дополнительный фактор, способный повлиять на температуры комплектующих, — дизайн кулеров самих компонентов, например видеокарт. Так, карты могут быть охлаждены самым простым вентилятором с направленным движением выдува — такие типы кулеров хорошо подходят в маленькие корпусы, так как большое количество тепла выводится сразу через задний выхлоп карты. Этот тип охлаждения часто дешевле, но работает громче, и средняя температура чипа в случае с ними превышает 80 градусов.

Карта с ненаправленным выхлопом же выдувает горячий воздух прямо в корпус, поэтому сам графический чип хоть и будет прохладнее, но компоненты материнской платы начнут перегреваться. В данном случае циркуляция воздуха в системнике крайне важна — горячий воздух нужно срочно выводить. Водяное охлаждение, конечно, самое удобное — горячий воздух сразу выдувается вентилятором наружу, но такие карты часто стоят намного дороже.

Как избежать накопления пыли?

Как же удостовериться в том, что этой самой пыли в корпусе копится по минимуму? Первым делом надо пылесосить дома. Пылесос сам по себе очень полезная вещь, которую мы часто используем слишком мало. И не держите компьютер на полу — там пыли, песку, волосам и всему остальному проще всего проникнуть внутрь. Кроме того, проверьте, сколько вентиляторов в корпусе, как они расположены, куда дуют и стоят ли перед ними пылевые фильтры. В случае с более дорогими корпусами самые важные места (передняя панель и под блоком питания) уже покрыты съёмными фильтрами, которые обязательно нужно чистить каждые пару месяцев, особенно если у вас дома есть питомцы или просто много пыли. Если у корпуса нет пылевых фильтров, то их достаточно легко сделать самостоятельно — надо достать сетку и магнитные наклейки, после чего просто вырезать по размеру.

Раньше к движению воздуха не относились серьёзно — хорошо, когда сзади был один выхлопной 80-миллиметровый вентилятор. Сегодня популярностью пользуются два главных типа регуляции циркуляции воздуха в корпусе — отрицательное и положительное давление.

Отрицательное давление

Отрицательное давление основывается на том, что из корпуса выдувается больше воздуха, чем втягивается. Соответственно воздуху нужно найти возможность попасть внутрь. Результат — каждая щель действует как место втягивания, и вся пыль, волосы и даже насекомые могут быть легко затянуты в корпус. Главная проблема такого подхода — невозможность поставить в эти щели пылевые фильтры: нужно иметь либо волшебный корпус без единой щели (такие есть?), либо заполнить всё вручную (зачем?). Главный плюс — не нужно волноваться о пылевых фильтрах, потому что корпус втягивает воздух не через вентиляторы, а через щели. Зато нужно беспокоиться обо всех этих слоях пыли внутри, как на компонентах, так и на проводах.

Положительное давление

Спору нет, H500P — очень красивый корпус, но это стекло спереди полностью испортило всё охлаждение. При замене стекла на сетку температуры улучшились почти на 5 градусов.

Будьте внимательны, когда выбираете корпус: стекло — это круто, но чистый и рабочий компьютер — всё же круче.

Читайте также: