冷卻風扇的特性與噪音的測定和計算

冷卻風扇
風量．靜壓特性 壓力損失
欲將空氣流入某一流路當中時，該流路當中即會產生妨礙其風流之風阻。
比如將圖1與圖2作個比較，可以發現圖1的設備內由于幾乎是空洞的，因此風阻較小，風量也幾乎都沒有減少。然而圖2則由于設備內阻
礙風流的東西較多，因此風阻增大并且風量也減少。此點與電流相當相似，當電阻值越小時則可流過越大的電流，相對的電阻值越大時
則可流過的電流越小。此風阻是使設備內的靜壓上升之壓力能源所在，稱做壓力損失，以下列算式表示之。

風量．靜壓特性
風扇的特性一般是以風量．靜壓特性曲線表示之，其表示的是欲送出某種程度風量時與其所需靜壓值之間的關系。比如所需之風量為Q1
時，其設備之壓力損失假設為P1，則如圖3之風扇的特性所示，可以得知此風扇所擁有的靜壓值為P2，比所需之靜壓值P1更大，因此可獲
得所需之充分的風量。
由于壓力損失是與風量的平方成正比，因此需要兩倍風量時則不單純只是增加兩倍的風量即可，同時還必須選用靜壓為4倍之風扇。

風量．靜壓特性的測定方法
測定風量．靜壓的方法一般有使用皮托管測試之風管測定方式及使用雙室測定兩種方法。
其中雙室方式比風管方式精度更高并且在海外各地也被廣泛使用，因此本公司采此種方式測定。
另外，本公司的測定裝置是采用世界上被廣泛認可之風扇測定方法的規格－AMCA標準210為基準。此種方法如圖4所示，是測定排氣管前
后之壓力差ΔP與暗室內的壓力Ps以求得被測定風扇之風量．靜壓特性。
（AMCA ： The Air Moving and Conditioning Association ）

 風扇并列運轉所產生之風量．靜壓特性的變化
將2臺特性相同的風扇并列使用時，會產生不同的特性變化。

安裝選購配件時風量．靜壓特性的變化
將風扇組裝于機器時，使用護網或濾網等選購配件可提升機器整體的安全性及可靠性。然而選購配件本身即為風阻，因此會影響風扇的
特性面及噪音面等，因此在選用風扇及選購配件時必須要將這些要點列入考慮。
就安裝尺寸為119mm的風扇用選購配件所測得的壓力損失為圖7所示，就損失而言濾網最大，而護網幾乎沒有造成任何損失。

噪音
一般會讓我們感到不快的聲音稱為噪音。當風扇回轉扇葉時會造成空氣壓力變化而產生噪音。此一空氣的壓力變化越大則噪音越高。
 噪音的測定
本公司的噪音值是由風扇吸風口1m處（吸風口中心線）以A波段所測得的值。

 噪音的合成
有關噪音的程度我們就以使用2臺40[dB]（分貝）的風扇時產生之噪音值來考慮。
由于噪音值是以分貝表示之，因此并非單純的算術上之加法運算。為表示此一噪音值必須先將聲音轉換成能量，并算出其音壓所增加的
部份。
聲音之能量J與音壓P之間關系為 （ρ＝空氣的密度、c＝聲音的傳播速度）
使用此一關系式將噪音值以分貝[dB]表示如下。
噪音值＝20logP／P0
＝10logJ／J0
P：實際的音壓
J：測得噪音之能量
P0, J0： 人類耳朵所能分辨之最小噪音能量
亦即此一算式乃是將噪音值以能量J0為基準，并以[dB]表示。若以此算式算出音壓的話，由于風扇有n臺因此聲音的能量則為n倍，即
噪音值＝10log n．J／J0
＝10logJ／J0＋10log n
亦即同時運轉n臺風扇時其噪音增加之部分為10log n[dB]。
于此因風扇有2臺，所以n＝2，即噪音程度增加10log2，即增加了3[dB]，同時運轉2臺40[dB]的風扇時其噪音值為43[dB]。
接下來讓我們來看看同時運轉1臺40[dB]的風扇和1臺50[dB]的風扇時之噪音值，此時亦非由算術之加法即可求得合成噪音值。
其求法如右：

 

 距離與噪音
噪音值會隨著距離聲音的來源越遠而越小。
以公式來表示的話，如下列式子所示：
SPL2＝SPL1－20log r2/r1
SPL2：在距離r2的噪音值
SPL1：在距離r1的噪音值
在此我們將距離吸風口處1m處測得40dB的風扇，在2m處測定其噪音值。
由于r2＝2m r1＝1m SPL1＝40dB代入之后
SPL2＝40－20log2/1
＝34 [dB]
在距離2m的地方噪音值降低了6dB。
上列算式中的20log r2/r1指的是兩者的距離比，例如我們拿3m和6m來比較的話結果可能也是一樣的。由此可知，只要我們了解某個距離
的噪音值的話，就可以推斷在其它距離的噪音值。
  關于電容器
電容器式馬達的主線圈及輔助線圈以90°電氣角將極軸以不同方向繞線。電容器是以串聯方式與輔助線圈連接，其功用為促使輔助線圈
之電流相位超前。
馬達所使用之電容器主要以JIS C 4908電氣機械用電容器所規定之蒸著電極電容器為主。此種電容器于組件上因使用金屬蒸著紙或塑料
薄膜，具有自動恢復功能，因此一般而言稱之為SH（Self healing）電容器。以往大都是紙組件的機型，近年來隨著對電容器小型化的
要求升高，塑料薄膜組件機型已躍升為主流。
 容量
電容器之容量有誤時，可能造成馬達的振動及發熱相當明顯，亦或造成轉矩下降而使運轉產生不安定之狀況。因此務必使用規定容量之
電容器。電容器容量的單位以μ F（微法拉）表示。
 額定電壓
使用超過額定電壓使用時，電容器有冒煙、產生火花之虞。因此務必使用規定容量之電容器。電容器的額定電壓單位以V表示。
電容的額定電壓標示在電容器外殼的表面，與風扇馬達本身的額定電壓不同，請特別注意。
 額定通電時間
額定通電時間是在電容的額定負載、額定電壓、額定溫度、額定周波數下運轉時之設計上的最低壽命，是以25,000小時為標準。接近壽
命結束發生電容損壞時，會發生冒煙或是起火的現象。最好以額定通電時間為標準更換電容。
請檢討另外的保護方案，防止電容發生異常時對設備造成影響。

過熱保護裝置
風扇因過負載而受到拘束或因環境溫度急遽上升，或是因為某些原因而造成輸入增加時風扇的溫度就會急劇的上升。如果放置不管，風
扇的內部之絕緣性能就會劣化，而使壽命縮短，嚴重時甚至會使線圈燒毀而引起火災。為了保護風扇不使其產生以上之異常現象，本公
司取得UL規格、CSA規格、EN規格和IEC規格的風扇皆具備有以下之過熱保護裝置。
 自動復歸型過熱保護裝置
MRS系列、MRW型、MB系列（滾筒徑H80mm以上之規格認定品）、MF系列的風扇皆內藏有自動復歸型過熱保護裝置，其構造如下圖所示。
自動復歸型過熱保護是采雙金屬片方式，其接點處是使用金屬中電阻最低且熱傳導僅次于銅的純銀。
 過熱保護裝置作動溫度
open　120℃±5℃
close　77℃±15℃
（過熱保護裝置作動時風扇的線圈溫度會比上述之作動溫度較高一些。）
雙金屬片純銀接點導線圖11 自動復歸型過熱保護裝置之構造
 阻抗式保護裝置
適用于MU系列、MB系列（MB520、MB630型）之風扇。
阻抗式保護風扇是將風扇的線圈之電阻設定成較大之阻值，當風扇受到拘束時，電阻值會變大以抑制輸入電流，使溫度不至于過度上
升。

  用語解說  風量．靜壓特性
風量．靜壓特性是以橫軸為風量，以縱軸為靜壓，表示要獲得某風量時，風扇必須能夠產生多少靜壓的圖表。
下圖A點的地方靜壓是0，也就是說在完全沒有壓力損失的狀態下，風扇所能生出最大的風量。相對的B點則是表示風扇所能產生的最
大靜壓值，稱做最大靜壓。但是考慮到風扇的實際使用狀況，可以
說幾乎沒有使用到最大風量或是最大靜壓的時候。因此，最大風量以及最大靜壓值只是當作風扇的規格之來使用，可以說只是一種比較
特性用的基準值而已。

 噪音頻率分析
本公司在噪音頻率的分析上，是采用1/3音階頻寬帶率分析。它是以每隔1/3音頻帶的音壓量（平均值）來表示出噪音是由怎樣的頻率成分所組成的。
即使頻率有些微的不同，人類的耳朵也不能分辨出其間差異，要到大約1/3音頻帶左右的頻率產生不同時，才能隱約聽出其差別。因此這個1/3音頻帶頻率分析可以說是配合人類聽覺的噪音分析數據。

dB（分貝）
噪音值是以[dB]來表示的。
如果要以線性比例尺來表示噪音的話，假設人類能聽到最小的噪音量為1，那么能夠忍受的最大噪音量則有500萬那么大的數字，實
在很難表示。因此噪音（音壓程度）就以分貝來表示、
音壓程度＝20log P/P0
P ＝實際的音壓
P0＝人類耳朵所能聽到的音壓的最小值
人類可以聽到的音量范圍可以0～130dB表示，一看就很容易明白的。

A波段
人類耳朵一般只能聽到20Hz～20kHz的聲音，而且還有一種特性是對于低頻率以及非常高的頻率并不感到怎么刺耳。如果光是測量音壓而不理會頻率的話，就無法表現出人類的刺耳感覺的程度。因此當我們要測量音壓程度時，必須利用頻率來修正音壓程度，以接近人類的聽覺。進行過這種修正的就是A波段。
將實際以A波段所測量的值與音壓程度的測定值（C波段）做比較，可以右表表示。

不易燃等級
這是針對機器的零件用塑料材料表示其不易燃燒的程度，一般是以UL規格（UL94, STANDARD FOR TESTS FOR FLAMMABILITY OF PLASTIC MATERIALS FOR PARTS IN DEVICES AND APPLIANCES）來規定的。UL規格是就燃燒速度、發出火焰燃燒
時間、滴下物引發火等項目來做評估的。
可分為下方之4個階段。

熱設計資料下載：  冷卻風扇的特性與噪音的測定和計算.pdf

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