UPS小機中直流無刷風扇在高海拔應用

萬英飛　張良鈺

【摘要】 這篇文章理論分析了在高海拔地區直流無刷風扇轉速增加和風扇工作電流減少，同時試驗也證明在高海拔地區風扇轉速增加且風扇工作電流減小，由于直流無刷風扇在UPS小機中應用非常普遍， 且在低成本的UPS小機中往往檢測風扇的工作電流大小來判斷風扇故障，所以在產品設計中要考慮高海拔下風扇工作電流大小是否會導致誤判風扇故障。

【關鍵詞】 直流無刷風扇 高海拔

一、直流無刷風扇工作原理介紹

圖1為風扇控制電路圖，當轉子旋轉到一定程度后霍爾采樣出的電壓經過放大電路放大后再進行比較器比較后控制圖1中的開關管Q1、Q2輪流導通，兩個開關管工作的頻率影響風扇的轉速。

二、風扇轉速確定

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。感生電動勢的平均值：

（1）

式中， ZD每相繞組的有效導體數；L繞組中導線的有效長度，即磁鋼長度；r電動機中氣隙半徑；NS為轉速，如果在風扇與一個采樣電阻構成回路，當線圈導通時線圈上感應的電壓與采樣電阻R的上電壓構成：Ea+I*R=U， Ea為線圈產生的感應電動勢，而I為流過線圈中的電流；

（2）

三、大氣壓對風扇轉速影響

風扇比轉速計算式：

（3）

式中：Ns風扇的比轉速，n主軸轉速r/min，Q標準狀態下扇葉進口處的流量m3/s，Kp 壓縮性修正系數

（4）

標準狀態與指定狀態主要參數間換算：

（5）

ρ0：標準狀態下風機進口處氣體的密度Kg/m3，ρ指定條件下空氣密度

ρ=P/（R*T） （6）

R氣體常數，J/Kg·K與氣體的種類及氣體的組成成份有關， T進口氣體的開氏溫度K.假設指定狀態與標準狀態應用時的環境溫度K不變，氣體常數R不變，在指定狀態下風扇的比轉速為N1，在標準狀態下風扇的比轉速為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）

由于高度增加時指定狀態下P1降低， 從（2）和（10）兩個式子得出由于當海拔高度增加時NS增加，而在（2））中由于風扇檢測電路的供電恒定，當NS增加時必然采樣電阻R的采樣電壓降低。

四、高海拔UPS小機風扇故障判斷影響實驗

在UPS小機中往往通過采樣與風扇串聯的電阻R1上的電壓來判斷風扇是否故障，當檢測風扇采樣電阻電壓值在A電點電壓和B點電壓之間則認為正常，當高于A點電壓或者低于B點電壓則認為風扇故障。

五、高海拔采樣電阻電壓試驗

（1）4500米海拔，氣壓570mbar， A點電壓：4.39V，采樣電壓：2.94V，B點電壓：2.93V；（2）3500米海拔，氣壓675mbar，A點電壓：4.36V，采樣電壓：3.32V，B點電壓：2.91V總結為：當海拔越高時風扇采樣電阻電壓降低，在設計中要正確評估海拔對風扇采樣電壓的影響以正確設置判斷點，增加風扇故障判斷點裕量。