تبريد وحدة الصمامات الثنائية الباعثة للضوء: لماذا تحتاج العلبة ذات المنافذ المتعددة إلى منفخ طارد مركزي

دانيس لُو · هندسة تطبيقات فانوفا · سبتمبر ٢٠٢٦

أرسل إلينا مصنع معدات التسمير التجارية في جنوب شرق آسيا حزمة الرسومات الخاصة بتجميع مروحة وحدة الصمامات الثنائية الباعثة للضوء. أبعاد العلبة ٥٣٠ × ٤٥٣ × ٢١٨ مم، ووزنها ٧,٧٤ كجم عند تركيبها بالكامل. وتوجد داخلها مروحة واحدة تزود خمسة موصلات دوّارة من الفولاذ المقاوم للصدأ ومنفذ مربع مشقّق واحد، وهي تحمل الهواء إلى وحدات الصمامات الثنائية الباعثة للضوء المثبتة على السرير.

كان سؤال العميل ضيق النطاق: أي عائلة مراوح تحافظ على تدفق الهواء عبر ستة منافذ متوازية تنبع من مصدر واحد؟ وفي حالة تبريد وحدة الصمامات الثنائية الباعثة للضوء، لم تكن أرقام تدفق الهواء المذكورة في ورقة المواصفات هي العامل الحاسم، بل كان الضغط الثابت هو العامل الحاسم.

التحدي: ستة منافذ، ومصدر هوائي واحد

صندوق تبريد وحدة الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) هو جهاز توزيع، وليس مسارًا هوائيًّا مفتوحًا. يخرج الهواء من منفخ واحد ويجب تقسيمه عبر خمسة موصلات دوَّارة بالإضافة إلى منفذ مشقَّق. ويُضيف كل موصلٍ وكل مسار أنابيبٍ وكل شفرة من شفرات المنفذ المشقَّق مقاومةً، سواءً على التوالي أو على التوازي.

وجعل قيدان مواصفات هذا الجهاز أكثر صرامةً من متطلبات التهوية العامة. فأولاً، الحجم صغير، لذا يجب أن يولِّد المنفخ الضغط المطلوب باستخدام مروحة مدمجة. وثانياً، تركَّب هذه المجموعة داخل معدات يستخدمها الإنسان، لذا يصبح مستوى ضغط الصوت جزءًا من تجربة المستخدم النهائية مع المنتج.

لماذا تؤدي معدلات تدفق الهواء في الظروف غير المقيدة إلى إعطاء انطباع مضلل

كل منحنى مروحة يحتوي على نقطتي نهاية: تدفق الهواء الحر عند غياب أي مقاومة، وأقصى ضغط ساكن عند انسداد المخرج بالكامل. أما التركيب الفعلي فيقع بين هاتين النقطتين، عند تقاطع منحنى المروحة ومنحنى النظام.

القاعدة العامة في المجال بسيطة: تعمل المراوح المحورية بكفاءة اقتصادية حتى مقاومة نظام تبلغ نحو ١٠٠ باسكال. وتتولى المراوح الطاردة مركزياً المهمة عند مقاومات تفوق ٣٠٠ باسكال، أما عند مقاومات النظام الكلية الواقعة بين ١٠٠ و٢٠٠ باسكال، فإن القرار عادةً ما يميل لصالح التصميم الطارد مركزيًا.

وبما أن انخفاض ضغط النظام يزداد تربيعياً مع معدل التدفق، فإن منحنى النظام يصبح أكثر انحداراً بسرعة. وهذا ما يُثقل كاهل المروحة ذات الضغط المنخفض في صندوق التوزيع المتفرّع: فقد تُظهر الوحدة المحورية قيمةً مماثلةً لتدفق الهواء الحر، لكنها تحقق تلك القيمة فقط عند مقاومة قريبة من الصفر، ثم تنخفض أداؤها تدريجياً على طول منحنها بمجرد توصيل الموصلات والشفاف.

والآن طبّق هذا السيناريو على صندوق تبريد وحدة إل إي دي المزود بستة مخارج.

وهذا يعادل تقريبًا خمسة أضعاف الضغط الثابت لمروحة محورية بقطر ٢٠٠ مم، لكن باستخدام ريشة أصغر — وأكثر من اثني عشر ضعفًا لحد الضغط الاقتصادي للمروحة المحورية البالغ ١٠٠ باسكال.

الحل المختار: FS3G180-2AGL-20

لتركيب تبريد وحدة الصمام الثنائي الباعث للضوء هذا، حددت شركة فانوفا مروحة واحدة فقط FS3G180-2AGL-20 — وهي مروحة طرد مركزي كهربائية تيار مستمر ذات مدخل واحد ومزودة بغلاف حلزوني وريشة قطرها ١٨٠ مم. ويُنتج التصريف الشعاعي من الغلاف الحلزوني رأس الضغط المطلوب؛ أما المدخل الوحيد فيحافظ على إحكام التجميع بما يكفي ليتناسب مع العلبة ذات الأبعاد ٥٣٠ × ٤٥٣ × ٢١٨ مم.

لماذا يناسب النموذج FS3G180 تطبيقات تبريد مصابيح LED متعددة المنافذ

• رأس الضغط الذي يصمد أمام التفرعات. مع ضغط ساكن يصل إلى ١٢٦٥ باسكال، يحافظ المروّح على تدفّق هواء قابل للاستخدام حتى بعد أن تستوعب خمسة وصلات لولبية وفتحة ذات شفرات جزءًا من هذا الضغط — وهي الحالة التي يتوقف عندها مروّح محوري منخفض الضغط.
• عجلة طرد مدمجة. تولّد عجلة بقطر ١٨٠ مم داخل غلاف حلزوني هذا الرأس في صندوق لا يتجاوز طوله ٥٣٠ مم.
• تحكم إلكتروني في السرعة. يسمح مدخل ٠–١٠ فولت تيار مستمر أو إشارة تضمين عرض النبضة (PWM) للمُتحكِّم بتشغيل المروّح بسرعة تتناسب فقط مع درجة حرارة نقطة اتصال الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED)، بدلًا من تشغيله باستمرار بأقصى سرعة.
• درجة حماية IP54 وفئة B. مُصنَّف للاستخدام في الأجهزة الداخلية، مع حماية الإلكترونيات من الغبار وانسكابات المياه.
• كشف الأعطال مدمج. عداد الدوران (FG) الذي يولّد ثلاث نبضات لكل دورة يُبلغ المُتحكِّم ما إذا كانت العجلة تدور فعلًا أم لا — وليس فقط ما إذا كانت الطاقة مشغَّلة أم لا. كما يسمح واجه الاتصال RS485 المُعتمِد على بروتوكول MODBUS بإرسال هذه الإشارة نفسها إلى نظام إشرافي.
• فترة صيانة طويلة. محرّك كهربائي تيار مستمر ذو دوار خارجي بدون فُرْش، وعمر تصميمي يبلغ ٥٠٠٠٠ ساعة عند درجة حرارة ٤٠ مئوية — أي ما يعادل نحو أربعة عشر عامًا عند التشغيل عشر ساعات يوميًّا.

الضجيج يكتسب أهمية أكبر عندما يتلامس المنتج مع الإنسان.

سرير التسمير ليس وحدة معالجة هواء لسطح المبنى. المروحة تقع داخل نفس الغلاف الذي يوجد فيه المستخدم. وبذلك، لا يبقى مستوى ضغط الصوت مجرد مواصفة خلفية، بل يصبح جزءًا من تجربة استخدام المنتج.

٧٦ ديسيبل (أ) هو الثمن المطلوب مقابل ضغط ١٢٦٥ باسكال. فإذا سمح عدد المنافذ الخارجة أو طول القنوات الهوائية بضغط أقل، فإن الطراز FS3G180-2AGL-90 يؤدي نفس المهمة عند مستوى ضغط صوتي ٧٠ ديسيبل (أ) واستهلاك طاقة ٢٠٠ واط بدلًا من ٤٩٥ واط. وقد حددنا الإصدار ذا الضغط الأعلى لأن تخطيط المنافذ الستّة استدعاه، ولأن التحكم في السرعة يعوّض معظم الفرق في الاستهلاك أثناء التشغيل العادي.

شغّله بالسرعة التي تحتاجها فعليًّا.

هذا هو المكان الذي يتفوق فيه منفاخ التيار المستمر الإلكتروني (EC) على نظيره من التيار المتردد (AC) ذي السرعة الثابتة. إن إدخال جهد تيار مستمر يتراوح بين 0 و10 فولت أو إشارة تضمين عرض النبضة (PWM) يسمح للمتحكم بضبط السرعة بشكل متواصل. ويقيس الثرميستور المُركَّب على وحدة الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LED) درجة حرارة الوصلة، لذا تزداد سرعة المروحة فقط عندما تسخن الوحدات، بينما تعمل المروحة بسرعة جزئية أثناء فترات الخمول.

الاحتفاظ بالقدرة عند 495 واط عند أقصى سرعة لمدة 3650 ساعة سنويًّا يستهلك 1807 كيلوواط·ساعة. وبما أن قدرة المروحة تنخفض تقريبًا مع مكعب السرعة، فإن التشغيل بسرعات جزئية خلال معظم هذه المدة يقلل هذا الرقم بشكل كبير.

تصميم مجموعة منتجات باستخدام نفس المروحة المحورية.

تتوفر نفس المروحة المحورية بقطر 180 مم عند نقاط تشغيل أخرى إذا كنت تطور نطاق تبريد لوحدات الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LED) وليس نموذجًا واحدًا فقط:

• FS3G180-2AGL-90 - 970 متر مكعب/ساعة عند ضغط 670 باسكال، وقدرة 200 واط، ومستوى ضوضاء 70 ديسيبل (أ). تدفق هواء أقل، وضوضاء أقل، وتكلفة أقل. وهي مناسبة لإصدار ذو مخرجين.
• FD3G180-2AGL-20 - نسخة ذات مدخلين، سعة ٢٠٠٠ متر مكعب/ساعة عند ضغط ٧١٠ باسكال، استهلاك طاقة ٤٠٠ واط، مستوى ضجيج ٧٤ ديسيبل (أ). تزداد السعة عندما تكون الفتحات الخارجة قصيرة وعريضة بدلًا من طويلة وضيقة.

إذا كنت تُحدِّد نفس المشكلة

تُقرِّر ثلاث أسئلة ما إذا كنت بحاجة إلى منفِّخ طردي أم يمكنك البقاء مع مروحة محورية.

أولًا، عدّ الفتحات الخارجة واجمع طول القنوات الهوائية. أي نظام فرعي، أو أي نظام يتجاوز بضعة أمتار، أو أي نظام يحتوي على شبك هوائي أو فلتر، يدفعك نحو استخدام منفِّخ ذي ضغط ساكن مرتفع.

ثانيًا، اعمل وفق منحنى النظام، وليس وفق القيمة المذكورة لتدفق الهواء الحر. قدِّر مقاومة كل عنصر، وأضف هامشًا احتياطيًّا بنسبة ١٠–٢٠٪، ثم حدِّد النقطة التي يتقاطع فيها منحنى أداء المنفِّخ مع تلك القيمة — وهذه الخطوة تُقرِّر معظم مواصفات تبريد وحدات LED.

ثالثًا، قرِّر ما إذا كانت الحمولة تتغيَّر. إذا كانت كذلك، فإن المنفِّخ الإلكتروني المُتحكَّم به (EC) المزوَّد بمدخل جهد تيار مستمر ٠–١٠ فولت يُعوِّض فرق السعر من خلال خفض تكاليف التشغيل، كما أن إشارة التردد (FG) تتيح كشف الأعطال.

النتيجة

تغطي وحدة التبريد المحددة FS3G180-2AGL-20 تخطيط تبريد وحدة LED هذه بواسطة مروحة واحدة: سعة تدفق هواء تبلغ ١٣٢٠ مترًا مكعبًا في الساعة وضغط يبلغ ١٢٦٥ باسكال من عجلة قطرها ١٨٠ مم، داخل صندوق أبعاده ٥٣٠ × ٤٥٣ × ٢١٨ مم. ويسمح التحكم في السرعة للمصنّع بضبط تدفق الهواء وفقًا لدرجة حرارة نقطة اتصال LED بدل تشغيل المروحة بأقصى سرعة لها، كما يدعم مخرج جهاز قياس السرعة (FG) كشف الأعطال على مستوى المنتج.