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散热风扇的工作原理是按能量转化来实现的,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,风扇的性能就会有差异。
轴流风扇的叶片推动空气以与轴相同的方向流动。轴流风扇的叶轮和螺旋桨有点类似,它在工作时,绝大部分气流的流向与轴平行,换句话说就是沿轴线方向。轴流风扇当入口气流是0静压的自由空气时,其功耗低,当运转时会随着气流反压力的上升功耗也会增加。轴流风扇通常装在电气设备的机柜上,有时也整合在电机上,由于轴流风扇结构紧凑,可以节省很多空间,同时安装方便,因此得到广泛的应用。
离心风扇工作时,叶片推动空气以与轴相垂直的方向(即径向)流动,进气是沿轴线方向,而出气却垂直于轴线方向。大多数情况下,使用轴流风扇就可以达到冷却效果,然而,有时候如果需要气流旋转90度排出或者需要较大的风压时,就选用离心风扇。风机严格而言,也属于离心风扇。
贯流式风流能产生大面积的风流,通常用于冷却设备的大表面。这种风扇的进气和出气均垂直于轴线(如右图)。贯流风机是使用一个比较长的圆桶状扇叶轮进行工作,这个圆桶状扇叶的口径都比较大,因为口径大,才能在整体空气循环量的基础上使用比较低的转速,从而,降低由于高速运转带来的噪音。
风量是指散热风扇每分钟排出或纳入的空气总体积,如果按立方英尺来计算,风量单位就是CFM;如果按立方米来算,就是CMM。散热风扇经常使用的风量单位是CFM(约为0.028立方米/分钟)。
风扇转速是指风扇扇叶每分钟旋转的次数,单位是rpm。风扇转速由电机内线圈的匝数、工作电压、风扇扇叶的数量、倾角、高度、直径和轴承系统共同决定。转速和风扇质量没有必然的联系。风扇的转速可以通过内部的转速信号进行测量,也可以通过外部进行测量。
除了散热效果之外,风扇的工作噪音也是人们普遍关注的问题。风扇噪音是风扇工作时产生杂音的大小,受多方面因素影响,单位为分贝(dB)。测量风扇的噪声时需要在噪声小于17dB的消音室中进行,距离风扇一米,并沿风扇转轴的方向对准风扇的进气口,采用A加权的方式进行测量。风扇噪声的频谱特性也很重要,因此还需要用频谱仪记录风扇的噪声频率分布情况,一般要求风扇的噪声要尽量的小,而且不能存在异音。
风扇噪音与摩擦力、空气流动有关。风扇转速越高、风量越大,造成的噪音也会越大,另外风扇自身的震动也是不可忽视的因素。当然的风扇的自身震动会很小,但前面两个者却是难以克服的。要解决这个问题,我们可以尝试使用尺寸较大的风扇。应在在风量相同的情况下,大风扇在较低转速时的工作噪声要小于小风扇在高转速时的工作噪声。另外一个我们容易忽略的因素是风扇的轴承。由于风扇高速转动时转轴和轴承之间要摩擦碰撞,所以也是风扇噪声的一个主要来源。
应用
广泛运用于计算机、通讯产品、光电产品、消费电子产品、汽车电子设备、交换器,医疗设备,加热器,冷气机、变频器、柜员机、汽车冷柜、焊接机、电磁炉、音响设备、环保设备、制冷设备等传统或现代仪器设备上。
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