Parametrar

Viktigt att ta hänsyn till alla parametrar i ett tidigt skede av konstruktionsarbetet
För att en elektronikkonstruktion skall bli lyckad när det gäller kylningen krävs det att man redan vid starten av ett projekt tar hänsyn till alla parametrar som är avgörande för en bra kyleffekt. Några av dessa parametrar är kravet på luftflöden, hur värmealstrande komponenterna är, den optimala placeringen av fläkten eller en kylfläns, värmeavgången och de krav som ställs i en viss applikationsmiljö. En viktig parameter är också fläktens livslängd som ofta är direkt relaterad till temperaturen i en elektronikkonstruktion.

För en konstruktör är det viktigt at ta hänsyn till hur luftflödet skall gå genom en konstruktion. Det är alltid en fördel att ventilera nedifrån och upp och på så sätt ta hjälp av självkonvektionen. Man skall alltid sträva efter att inlopps- och utloppsarean är lika stor. Oftast är det fördel att placera fläkten på den s k “kalla sidan” av en konstruktion och trycka in luften. På detta sätt uppnås en turbulent strömning i konstruktionen som kyler effektivare än vid en laminär strömning. En fördel är också att det uppstår ett övertryck som gör att damm och smuts inte sugs in i konstruktionen. Dessutom får fläktarna en längre livslängd då de kyls av den egna luftströmmen. Viktigt att tänka på är dock av den turbulenta strömningen ibland kan ge upphov till ojämn kylning. En annan fördel med at placera fläkten på sugsidan är att en laminär strömning ger lägre ljudnivå för systemet.

I vissa applikationer kan ett stort kylbehov kräva att flera fläktar parallell- eller seriemonteras. Vid parallell montering av axialfläktar i s k fläktrack blir luftflödet en multipel av antalet fläktar. Däremot blir mottrycket konstant vilket innebär att det blir samma mottryck som om en fläkt installerades. I praktiken blir också luftflödet lägre än det teoretiskt optimala för flera fläktar då fläktarnas luftströmmar stör varandra.
Fläktkurva för två parallella fläktar i jämförelse med en enkel fläkt.
Om man vill öka det mottryck som fläktarna skall klara av kan man även seriekoppla dem. Man bygger då upp trycket i två steg men får då räkna med ökade sämre verkningsgrad jämfört med om man kan göra det i ett steg. Men om man ändå bestämmer sig för att seriekoppla fläktarna så kan man få ett resultat likt det som visas i grafen. Det är även mycket viktigt att man inte sätter den första fläktens utlopp direkt innan den andra fläktens inlopp. Styrskenor kan hjälpa till om man vill sätta två likadana fläktar i serie med varandra.



Två fläktar kopplade i serie direkt efter varandra.
Om inte tillräckligt högt mottryck uppnås finns alternativet att välja en diagonal- eller radialfläkt istället för seriekopplade axialfläktar.









Till höger: Jämförelser mellan axial-, radial-, och diagonalfläktar.
Tryckfallet i en elektronikkonstruktion är beroende av många parametrar och är ofta mycket svårt att räkna fram. Betydligt enklare kan det vara att få fram mottrycket praktiskt i en prototyp och kanske genom användning av “dummys” istället för slutliga komponenterna. På detta sätt kan arbetspunkten för fläkten bestämmas och en fläkttillverkare kan sedan redovisa övriga parametrar som exempelvis ljud och livslängd.

p = tryckfall
Rv = motståndsfaktor
β = luftens densitet
V = Luftflöde per tidsenhet
Uträkning av konstruktionens systemkurva.
Hur en fläkt monteras har stor betydelse för hur effektivt den kommer att kyla en elektronikkonstruktion. Generellt sett bör en fläkt inte placeras närmare ett hinder än halva fläkthjulsdiametern vare sig på tryck- eller sugsidan.






Till höger: Kurvor som visar trycket som funktion av luftflödet vid olika monteringsavstånd från ett hinder. Testerna är gjorda med en kompaktfläkt som är 120x120x38 mm. Så avståndet skall ses i relation till axailfläktens tjocklek på 38 mm.
Beroende på hur nära ett hinder man placerar en fläkt kommer även ljudet som fläkten alstrar att variera. Så som synes är det i regel bäst att sätta den centrerad i konstruktionen.

Förändringar i ljud och luftvolym beroende på hur nära ett hinder en fläkt placeras.
Det ljud som en fläkt alstrar är luftljud, elektriskt ljud och stomljud. Ibland uppstår problem då någon av dessa ljudspektra har en frekvenstopp som sammanfaller med konstruktionens egenfrekvens. När detta händer uppstår resonans vilket kan vara mycket störande. I regel är detta mycket lätt att avhjälpa genom en korrigering och komplettering av monteringen. Man kan till exempel montera dämpbrickor eller flytta en elektronikkomponent.

Ur ljudsynpunkt är det viktigt att känna till att en fläkt utrustad med glidlager aldrig får monteras snett. Det innebär att motorns axel alltid ska arbeta horisontellt eller vertikalt. Vid sned montering kommer lagret att utsättas för ett snett slitage och dessutom ge upphov till störande ljud. Men med de sintec lager som används i många kompaktfläktar från ebm-papst har man reducerat detta problem till ett minimum.
Placering av filter eller galler i direkt anslutning till en fläkt bör undvikas i så stor utsträckning som möjligt då det kan ge upphov till turbulens och även minska kyleffekten. Många gånger kan det dock ur praktisk synvinkel vara det enda möjliga alternativet. Till fläktar som används för elektronikkylning finns specialtillverkade filter och galler. Man bör försöka suga luften över ett filter eller galler för att få jämnare belastning och lägre tryckfall. Att välja rätt galler eller filterlösning under konstruktionsarbetet är viktigt då det bidrar till att minimera förlusterna.
Tryckfall som funktion av luftflöde för två olika fläktgaller samt en friblåsande fläkt.
Det är också viktigt att se till att inlopps- och utloppsarean är tillräckligt stora.








Till höger: Inloppsarea som funktion av tryckförluster vid olika luftflöden i m3/h. Allt i förhållande till hjuldiametern.
Kontakta gärna ebm-papst i ett tidigt skede nästa gång ni planerar en ny elektronikkonstruktion. De kan ge många råd och praktisk hjälp på vägen fram mot en optimal elektronikkylning!