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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:馬競成
研究生(外文):Ma,Ching-Cheng
論文名稱:直流無刷風扇效率之提升方式
論文名稱(外文):DC Brushless Fan Efficiency Improvement Method
指導教授:楊志雄楊志雄引用關係
指導教授(外文):Yang,Chih-Hsiung
口試委員:許文騰李慶祥楊志雄
口試委員(外文):Hsu,Wen-TengLee,Ching-HsiangYang,Chih-Hsiung
口試日期:2019-07-27
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄科技大學
系所名稱:電機工程系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2019
畢業學年度:107
語文別:中文
論文頁數:73
中文關鍵詞:直流無刷風扇高效率結構6槽定子
外文關鍵詞:DC Brushless FanHigh efficiency structureSix-slot stators
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由於科技日新月異, 進入工業 4.0的時代 後 ,自動化設備的需求興起 ,系統散熱需求不斷地存續著,風扇在此扮演著重要的角色。風扇依供電電壓類型分為交流(AC)及直流(DC),交流風扇構造雖較簡單,但效率較差且轉速會受限於市電的頻率。直流風扇又概分為有刷及無刷兩大類,有刷直流風扇最大的問題在於通電運轉時產生之火花,易造成引燃及因碳刷與轉子摩擦產生之噪音大,無刷直流風扇除無上述問題外,效率較高也是優點之一。本研究 建構在同一 外觀尺寸 之直流
風扇 ,並採用 2種 不同驅動電路 搭配 4槽及 6槽 不同相位 定子做 效率的比較,以找出高效率之最佳化結構的直流風扇。
Automatic equipment is growth in demand due to the rapid development of technology and entering the era of Industry 4.0. Consequently, fan becomes a vital part as the requirement of systemic cooling apparatus is getting increased. According to the type of power supply voltage, fans are classified to alternating current (AC) and direct current (DC). Although the structure of AC fan is simpler than DC fan, its efficiency is poor and speed tends to be interfered with the frequency of power supply. DC fans are divided into two categories: brushed and brushless. The disadvantage of brushed fans is sparks generated at the initiation of electricity supply, which can result in easy to cause ignition as well as higher noise produced by friction between carbon-brush and rotor. In addition to the above problems, one of the advantages of brushless DC fan is more efficiency. The purpose of the study is to find a high efficiency and optimized structure of a DC fan by exploring two different drive circuits, and comparing the efficacy of the four- and six-slot stators with different phases on a same frame and impeller size.
目錄
摘要 .................................................................................................................................... i
ABSTRACT .................................................................................................................... ii
誌謝 ................................................................................................................................. iii
目錄 .................................................................................................................................. iv
圖目錄 ............................................................................................................................. vii
表目錄 ............................................................................................................................... x
第一章 緒論 ..................................................................................................................... 1
1.1 研究背景 ............................................................................................................ 1
1.2 研究動機與目的 ................................................................................................ 1
1.3 論文架構 ............................................................................................................ 6
第二章 直流無刷風扇之結構組成及功能介紹 ............................................................. 7
2.1 直流無刷風扇結構組成介紹 ............................................................................ 7
2.1.1 風扇三大結構直流無刷風扇結構組成介紹 ........................................... 8
2.1.2 風扇之葉片 ............................................................................................... 8
2.1.3 風扇之馬達 ............................................................................................... 8
2.1.4 風扇之框 ................................................................................................... 9
2.1.5 風扇之其它部件 ....................................................................................... 9
2.2 直流無刷風扇功能介紹 .................................................................................... 9
2.2.1 風扇的運轉電流與鎖住電流的關係 ..................................................... 10
2.2.2 風扇阻抗(Impedance)與電阻(Resistance)的關係 ................................. 11
第三章 風扇作動原理及效率之計算方式 ................................................................... 14
3.1 風扇的作動原理 .............................................................................................. 15
3.1.1 霍爾元件位置對於風扇運轉之影響 ..................................................... 16
3.1.2 霍爾元件感應能力與風扇之關係 ......................................................... 17
3.1.3 霍爾元件選用要素 ................................................................................. 19
3.1.4 霍爾元件與不同驅動元件搭配對於風扇之影響 ................................. 20
3.2 如何計算風扇效率 .......................................................................................... 24
3.2.1 電與熱的轉換 ......................................................................................... 26
3.2.2 空氣之物理特性 ..................................................................................... 26
3.2.3 風扇之風量計算單位 ............................................................................. 28
3.3 熱能轉換與反電動勢推算 .............................................................................. 29
3.3.1 由熱能轉換推估需求風量 ..................................................................... 29
3.3.2 由反電動勢計算風扇轉速 ..................................................................... 30
3.3.3 品質因素 ................................................................................................. 34
第四章 風扇組成結構對於效率之應用分析 ............................................................... 35
4.1 扇葉(轉子) ....................................................................................................... 35
4.1.1 馬達殼 ..................................................................................................... 36
4.1.2 磁鐵 ......................................................................................................... 38
4.2 馬達(定子) ....................................................................................................... 39
4.2.1 定子矽鋼片 ............................................................................................. 40
4.3 驅動電路 .......................................................................................................... 41
4.3.1 霍爾元件定位與效率之關係 ................................................................. 41
4.3.2 霍爾元件定位與旋轉電流之關係 ......................................................... 43
第五章 應用實作結果之探討 ....................................................................................... 45
vi
5.1 實作使用之儀器設備介紹 .............................................................................. 45
5.2 實作風扇外觀及波形量測 .............................................................................. 46
5.2.1 實作(一) 單相4槽4極 ............................................................................ 47
5.2.2 實作(二) 單相6槽6極 ............................................................................ 48
5.2.3 實作(三) 三相6槽4極 ............................................................................ 49
5.3 實作數據比較 .................................................................................................. 50
5.3.1 風扇性能比較 ......................................................................................... 51
5.3.2 風扇效率比較 ......................................................................................... 52
第六章 結論及未來展望 ............................................................................................... 56
第七章 參考文獻 ........................................................................................................... 57
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