در سیستم های تهویه مطبوع مدرن، فن موتورز نقش محوری ایفا کنند. آنها نه تنها باید جریان هوای پایدار را فراهم کنند، بلکه باید عملکرد طولانی مدت، کارآمد و قابل اعتماد را نیز تضمین کنند. برای دستیابی به این هدف، موتورهای فن و مدارهای محرک آنها با "حفاظت سه گانه" پیچیده طراحی شده اند: حفاظت از جریان اضافه، حفاظت از اضافه ولتاژ و حفاظت از دمای بیش از حد. این مکانیسم های حفاظتی به عنوان "نگهبان" موتور عمل می کنند و به سرعت به شرایط عملیاتی غیرعادی واکنش نشان می دهند تا از آسیب یا حتی حوادث جدی تر جلوگیری کنند.
حفاظت از جریان بیش از حد: توقف جریان "سیل"
حفاظت از جریان بیش از حد یکی از رایج ترین اقدامات حفاظتی برای موتورهای فن است که برای جلوگیری از فرسودگی موتور به دلیل جریان بیش از حد طراحی شده است. افزایش غیر طبیعی جریان می تواند به دلایل مختلفی مانند گیر کردن پره های فن، گیر کردن یاتاقان ها، شورت مدار درایو یا نوسانات بیش از حد ولتاژ رخ دهد. هنگامی که جریان از مقدار نامی موتور بیشتر شود، گرمایش ژول قابل توجهی ایجاد می شود که به سرعت دمای سیم پیچ را افزایش می دهد و در نهایت منجر به خرابی عایق یا حتی فرسودگی می شود.
حفاظت از اضافه جریان را می توان به روش های مختلفی اجرا کرد:
سنجش جریان سخت افزاری: این روش مستقیم ترین و مطمئن ترین روش است. مهندسان معمولاً یک مقاومت حسگر جریان (مانند یک مقاومت شنت یا سنسور اثر هال) را به صورت سری به مدار محرک متصل می کنند تا جریان عبوری از موتور را در زمان واقعی نظارت کنند. هنگامی که ولتاژ در مقاومت از آستانه از پیش تعیین شده فراتر رود، تراشه درایور (MCU/DSP) یک رویداد اضافه جریان را تشخیص می دهد و بلافاصله برق موتور را قطع می کند. این روش پاسخ سریع را ارائه می دهد و هسته مدار حفاظت است.
محدودیت جریان نرم افزار: در درایورهای موتور فن کنترل شده با PWM (مدولاسیون عرض پالس)، محدودیت جریان را می توان از طریق یک الگوریتم نرم افزاری به دست آورد. تراشه درایور به طور مداوم از جریان نمونه برداری می کند. هنگامی که جریان به یک سطح خطرناک نزدیک می شود، MCU به طور فعال چرخه وظیفه PWM را کاهش می دهد، در نتیجه ولتاژ و جریان خروجی را کاهش می دهد و جریان را در محدوده ایمن نگه می دارد. این روش حفاظت دقیق تری را فراهم می کند و از نوسانات جریان گذرا جلوگیری می کند.
فیوزها: استفاده از فیوز کندانسور قابل تنظیم مجدد (PPTC) یا فیوز یکبار مصرف در ورودی برق یک روش حفاظت از جریان اضافه ساده و موثر است. هنگامی که جریان از یک سطح معین فراتر رود، مقاومت PPTC به طور چشمگیری افزایش می یابد و جریان را محدود می کند. از طرف دیگر یک فیوز یکبار مصرف ذوب می شود و مدار را کاملاً قطع می کند. در حالی که ساده است، این روش به طور خودکار بازیابی نمی شود و نیاز به جایگزینی دستی دارد.
حفاظت از اضافه ولتاژ: محافظت در برابر افزایش ولتاژ
حفاظت از اضافه ولتاژ در درجه اول ولتاژهای منبع تغذیه غیرعادی بالا را برطرف می کند. به عنوان مثال، نوسانات شبکه، برخورد صاعقه یا خرابی ماژول های برق همگی می توانند باعث افزایش ولتاژ گذرا شوند. ولتاژ بیش از حد می تواند تراشه های درایور (مانند ماسفت ها) و خازن ها را خراب کند و در موارد شدید می تواند باعث آتش سوزی برد مدار شود.
روش های حفاظت از اضافه ولتاژ عبارتند از:
دیودهای TVS (سرکوبگر ولتاژ گذرا): اتصال یک دیود TVS (سرکوبگر ولتاژ گذرا) به موازات ورودی منبع تغذیه یک اقدام حفاظتی رایج است. یک دیود TVS تحت ولتاژ معمولی مقاومت بالایی از خود نشان می دهد. هنگامی که ولتاژ به طور لحظه ای از ولتاژ گیره خود فراتر می رود، به سرعت هدایت می کند و انرژی اضافی را به زمین منحرف می کند، در نتیجه ولتاژ را به سطح ایمن می بندد و از مدارهای بعدی محافظت می کند.
Varistor: واریستورها بر اساس یک اصل مشابه با دیودهای TVS عمل می کنند، اما سرعت پاسخ کندتر و ظرفیت جذب انرژی بیشتری دارند. آنها معمولاً برای جذب نوسانات ولتاژ پرانرژی و محافظت از مدارها در برابر آسیب استفاده می شوند.
حفاظت از نرم افزار: ADC (مبدل آنالوگ به دیجیتال) تعبیه شده در تراشه درایور، ولتاژ منبع تغذیه را در زمان واقعی نظارت می کند. هنگامی که ولتاژ از آستانه ایمن فراتر رفت، نرم افزار رویه های حفاظت از اضافه ولتاژ را اجرا می کند، مانند توقف خروجی درایور و ورود به حالت حفاظت از خطا تا زمانی که ولتاژ به حالت عادی بازگردد.
محافظت در برابر گرمای بیش از حد: محافظت در برابر خوردگی در دمای بالا
موتورهای فن زمانی که تحت بار زیاد برای مدت طولانی کار می کنند یا زمانی که اتلاف گرما ضعیف است به گرم شدن ادامه می دهند. دماهای بالا برای قطعات الکترونیکی و سیم پیچ های موتور مضر است و باعث تخریب عایق، مغناطیس زدایی مغناطیسی و شکست روانکاری یاتاقان می شود و در نهایت منجر به آسیب دائمی به موتور می شود. محافظت در برابر گرمای بیش از حد برای اطمینان از قابلیت اطمینان طولانی مدت موتور بسیار مهم است.
حفاظت از گرمای بیش از حد در درجه اول از طریق روش های زیر اجرا می شود:
ترمیستورها (NTC/PTC): نصب ترمیستورهای NTC (ضریب دمای منفی) یا PTC (ضریب دمای مثبت) بر روی سیم پیچ های موتور یا هیت سینک های راننده یک روش معمول است. مقاومت NTC با افزایش دما کاهش می یابد، در حالی که مقاومت PTC کاهش می یابد. با نظارت بر تغییر مقاومت ترمیستور، MCU می تواند دمای موتور را به دقت تعیین کند. هنگامی که دما از آستانه ایمنی از پیش تعیین شده فراتر رود، کنترل کننده یک روش حفاظتی مانند کاهش سرعت موتور برای کاهش گرما یا قطع مستقیم منبع تغذیه را آغاز می کند.
سنسور دمای تراشه داخلی: برخی از تراشه های درایور سطح بالا یا MCU دارای سنسورهای دما یکپارچه هستند. این سنسورهای داخلی دمای تراشه را در زمان واقعی کنترل می کنند. هنگامی که تراشه بیش از حد گرم می شود، آنها به طور خودکار فرکانس کاری را کاهش می دهند یا خروجی را خاموش می کنند تا از فرسودگی جلوگیری شود. سنسور دمای خارجی: برای موتورهای با قدرت بالا، یک سنسور دمای مستقل (مانند ترموکوپل) اغلب بر روی محفظه موتور نصب می شود تا دمای کلی موتور را با دقت بیشتری کنترل کند و بازخورد سیستم کنترل اصلی را ارائه دهد. اگر دما از حد تعیین شده بیشتر شود، سیستم تهویه مطبوع تنظیمات مناسبی مانند صدور زنگ هشدار یا خاموش کردن دستگاه را انجام می دهد.
