UPS小机中直流无刷风扇在高海拔应用

万英飞　张良钰

【摘要】 这篇文章理论分析了在高海拔地区直流无刷风扇转速增加和风扇工作电流减少，同时试验也证明在高海拔地区风扇转速增加且风扇工作电流减小，由于直流无刷风扇在UPS小机中应用非常普遍， 且在低成本的UPS小机中往往检测风扇的工作电流大小来判断风扇故障，所以在产品设计中要考虑高海拔下风扇工作电流大小是否会导致误判风扇故障。

【关键词】 直流无刷风扇 高海拔

一、直流无刷风扇工作原理介绍

图1为风扇控制电路图，当转子旋转到一定程度后霍尔采样出的电压经过放大电路放大后再进行比较器比较后控制图1中的开关管Q1、Q2轮流导通，两个开关管工作的频率影响风扇的转速。

二、风扇转速确定

在两相控制电路工作情况下，每相绕组中通过1/2周期的矩形波电流。感生电动势的平均值：

（1）

式中， ZD每相绕组的有效导体数；L绕组中导线的有效长度，即磁钢长度；r电动机中气隙半径；NS为转速，如果在风扇与一个采样电阻构成回路，当线圈导通时线圈上感应的电压与采样电阻R的上电压构成：Ea+I*R=U， Ea为线圈产生的感应电动势，而I为流过线圈中的电流；

（2）

三、大气压对风扇转速影响

风扇比转速计算式：

（3）

式中：Ns风扇的比转速，n主轴转速r/min，Q标准状态下扇叶进口处的流量m3/s，Kp 压缩性修正系数

（4）

标准状态与指定状态主要参数间换算：

（5）

ρ0：标准状态下风机进口处气体的密度Kg/m3，ρ指定条件下空气密度

ρ=P/（R*T） （6）

R气体常数，J/Kg·K与气体的种类及气体的组成成份有关， T进口气体的开氏温度K.假设指定状态与标准状态应用时的环境温度K不变，气体常数R不变，在指定状态下风扇的比转速为N1，在标准状态下风扇的比转速为N0，则利用（4）到（6）可以得出

（7）

（8）

ρ0*P1=ρ1*P0 （9）

利用（7）、（8）、（9）得出：

= （10）

由于高度增加时指定状态下P1降低， 从（2）和（10）两个式子得出由于当海拔高度增加时NS增加，而在（2））中由于风扇检测电路的供电恒定，当NS增加时必然采样电阻R的采样电压降低。

四、高海拔UPS小机风扇故障判断影响实验

在UPS小机中往往通过采样与风扇串联的电阻R1上的电压来判断风扇是否故障，当检测风扇采样电阻电压值在A电点电压和B点电压之间则认为正常，当高于A点电压或者低于B点电压则认为风扇故障。

五、高海拔采样电阻电压试验

（1）4500米海拔，气压570mbar， A点电压：4.39V，采样电压：2.94V，B点电压：2.93V；（2）3500米海拔，气压675mbar，A点电压：4.36V，采样电压：3.32V，B点电压：2.91V总结为：当海拔越高时风扇采样电阻电压降低，在设计中要正确评估海拔对风扇采样电压的影响以正确设置判断点，增加风扇故障判断点裕量。