Вентилятор охлаждения двигателя: типы,диагностика,назначение,устройство.

Для эффективной работы двигателя необходим соответствующий тепловой режим. При сгорании топлива выделяются не только выхлопные газы, которые и обеспечивают работу мотора, но и тепловая энергия. Чтобы избежать перегрева двигателя, его охлаждают с помощью различных жидкостей (тосол, антифриз, дистиллированная вода). Вентилятор необходим для того, чтобы снизить температуру охлаждающей жидкости.

ТИПЫ ВЕНТИЛЯТОРОВ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ

Существует четыре типа вентиляторов:

• с прямым приводом от ремня (цепи) газораспределительного механизма (ГРМ);
• с прямым приводом от ремня генератора;
• с приводом от ремня ГРМ или генератора и тепловой муфтой;
• с электрическим приводом.

Вентилятор с прямым приводом от ремня или цепи ГРМ применялся на автомобилях, которые выпускали до девяностых годов прошлого века. Причем, производители иномарок отказались от такой системы еще в семидесятых годах прошлого века. Единственное сомнительное преимущество такого привода – меньшее количество ремней, ведь привод ГРМ охватывал помпу, вентилятор, коленчатый и распределительный валы. Нередко в таких системах натяжку ремня или цепи проводили с помощью водяного насоса (помпы), не устанавливая регулировочный ролик.

Вентилятор с приводом от ремня генератора получил большее распространение на недорогих автомобилях, выпускавшихся до двухтысячных годов. По сравнению с приводом от ремня/цепи ГРМ, такая система имеет несколько преимуществ. Главное из них – отсутствие влияния вентилятора на работу системы ГРМ. В случае заклинивания вентилятора или других неисправностей, работа ГРМ не нарушается и автомобиль может продолжать движение своим ходом.

Вентилятор с тепловой муфтой вне зависимости от типа привода имеет главное преимущество – он лучше контролирует тепловой режим мотора. Пока муфта не нагрета, она слабо передает энергию вращения вентилятору, поэтому даже на максимальных оборотах двигателя скорость его вращения невелика. По мере нагрева муфты коэффициент передачи возрастает и скорость вращения вентилятора все сильней зависит от оборотов двигателя. Поэтому при прогреве мотора вентилятор снижает температуру охлаждающей жидкости незначительно, а при нагреве близком к максимальному, эффективность его работы возрастает.

Вентилятор с электрическим приводом наиболее эффективен и используется на большинстве современных автомобилей. Он включается лишь при определенной температуре охлаждающей жидкости, благодаря чему мотор быстро нагревается и работает в комфортном режиме.

Диагностика неисправностей вентилятора охлаждения

Ни самый инновационный электрический мотор, имеющий большую мощность, ни сверхнадежный блок или регулятор управления не в состоянии на все сто процентов защитить охлаждающую систему от поломок. Учитывая то, что вышедший из строя вентилятор охлаждения, который дует не туда, куда надо, или вовсе не вращается, способен стать виновником перегрева двигателя, следить за его нормальным функционированием требуется постоянно.

Вовремя сделанный ремонт компонентов системы убережет ваш автомобиль от многих неприятностей, но здесь важно правильно установить причину поломки вентилятора. Другими словами, сначала нужно найти проблему, по которой, например, не работает регулятор оборотов коленвала либо блок управления, либо электрический мотор. Диагностику неисправностей вентилятора может провести любой водитель, ориентируясь на далее приведенные рекомендации.

Проверку следует начинать с демонтажа разъема (штекерного) температурного датчика и его обследования. В тех случаях, когда датчик является одинарным, нужно взять небольшой кусок обычной проволоки и замкнуть в штекере клеммы. При исправном вентиляторе блок управления или реле должны дать команду на его включение при замыкании. Если интересующее нас устройство не включается при такой проверке, это значит, что требуется его ремонт либо замена.

При наличии двойного термодатчика принцип проверки немного изменяется, и выполняется в два этапа:

1. Замыкают красный и красно-белый проводок. При этом должно фиксироваться медленное вращение вентилятора.
2. Замыкают проводки красного и черного цвета. Теперь вращение должно значительно ускориться.

Если вращения не наблюдается, вентилятор придется демонтировать и установить на его место новое устройство. Если постоянно работает вентилятор охлаждения радиатора (дует без перерывов), есть вероятность того, что из строя вышел датчик его включения. Проверить такое подозрение несложно. Необходимо включить зажигание, а затем удалить наконечник провода с датчика.

Если выключения устройства после этого не произошло, можно смело покупать новый регулятор (датчик) отключения устройства. Ситуации, когда постоянно работает вентилятор охлаждения радиатора, встречаются не редко, и теперь вы знаете, как решить такую проблему. Также имеет смысл выполнить проверку предохранителя в тех случаях, когда вы сомневаетесь в работоспособности описываемого в статье механизма. Делается это так:

• от плюсовой клеммы аккумуляторной батареи подают на красно-черный или красно-белый проводок в разъеме вентилятора питание;
• от минусовой клеммы подают заряд на проводок коричневого цвета.

Если регулятор либо блок не отреагировал (устройство не включилось), проверьте провод температурного датчика (все имеющиеся на нем разъемы и штекера). Возможно, понадобится простой ремонт кабеля (например, его изолирование, замена штекера). Если дело не в проводе, значит, придется приобретать новый вентилятор, так как ваш сломался.

СИСТЕМА РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВЕНТИЛЯТОРА ОХЛАЖДЕНИЯ.

Датчик термовключения вентилятора (находится в нижнем левом углу радиатора) при нагревании замыкает цепь с малым током, идущую на разгрузочное реле. Отмечу, что данный датчик разрывает «минус», идущий к реле. «Плюс» реле берет от замка зажигания и регулируется предохранителем №19 (находится в салоне автомобиля слева в панели приборов). Датчик чаще всего 3-х контактный. Коричневый провод берет «минус» с корпуса автомобиля. Два других провода (полосатые) при замыкании на них контактов в датчике подают «минус» к разгрузочным реле. В зависимости от степени нагревания охлаждающей жидкости, датчик замыкает цепь, идущую к реле № 214 (первая скорость) или цепь, идущую к реле № 217 (вторая скорость). Реле № 272 и датчики температуры, находящиеся на верхнем патрубке системы охлаждения (синий и серый), в управлении вентилятором охлаждения двигателя не участвуют ни коим образом, вопреки всеобщего убеждения.

Реле № 272 работает только при выключенном зажигании в режиме афтэкулинга, (этот режим я трогать не буду).
Далее, при получении «минуса» от датчика и «плюса» от замка зажигания, разгрузочное реле замыкает силовые контакты и подает «ПЛЮС» непосредственно на вентилятор охлаждения. «МИНУС» вентилятор берет с корпуса автомобиля (с лонжерона). Силовой «ПЛЮС» реле берет с АКБ под защитой предохранителя на 40А (60А если на радиаторе 2 вентилятора), который находится за декоративной накладкой слева от ноги водителя (хрен найдешь, а если найдешь, хрен доберешься).
Ну в общем-то и все. В зависимости от того, на какое реле от датчика поступит «минус», такая и включится скорость.

Вентиляторы радиатора – назначение и устройство

Вентилятор охлаждения радиатора применяется для воздушного охлаждения, которое вместе с жидкостным обеспечивает оптимальный температурный режим работы мотора. Для повышения эффективности жидкостного охлаждения применяется радиатор: встречный воздух проходит через его соты и охлаждает жидкость. Но при малой скорости движения или в городских пробках воздушный поток недостаточный. Чтобы избежать перегрева, включается вентилятор, который направляет воздух на радиатор, охлаждая его.

На старых моделях и современных внедорожниках с продольно размещенным двигателем применяется механический привод вентилятора охлаждения. У старых автомобилей он работает постоянно, позже начали устанавливать вискомуфту, которая его отключает при необходимости. Применяется на крупных грузовиках и внедорожниках. Достоинства в том, что не боится попадания воды, в отличие от элекровентиляторов.

Вентиляторы с вискомуфтой

Система, в основе которой имеется вискомуфта, не распространена. Ею оборудуются машины с продольным расположением силового агрегата, а также она используется на крупногабаритных внедорожниках, применяемых для преодоления водных преград. Это обусловлено принципом работы подобного вентилятора охлаждения. Вискомуфта является полностью герметичной конструкцией, поэтому надежно защищена от проникновения воды. Под ее воздействием электрические системы моментально выйдут из строя. Вискомуфта наполняется специальным силиконовым маслом или гелем. Оно меняет свои свойства при воздействии температур. Скорость вращения устройства будет уменьшена или увеличена в зависимости от уровня нагрева. Данный вентилятор охлаждения состоит из герметичного корпуса, наполненного силиконовой жидкостью, а также пакетов дисков ведомого и ведущего валов. Принцип работы основан на передаче вращения от ведущего к ведомому валу за счет пакетов дисков.

Вентиляторы с электроприводом

Вентилятор охлаждения радиатора и двигателя с наличием электропривода имеет более сложную конструкцию, нежели предыдущая система. Кроме того, она более современна, поэтому встречается на многих новых автомобилях. Устройство включает в себя электродвигатель, датчик температуры, электронный блок управления, а также реле вентилятора охлаждения. В большинстве приборов устанавливается два датчика температуры. Одним оборудуется патрубок, выходящий из радиатора. Второй датчик встраивается непосредственно в корпус термостата, а также может находиться в выходящем из мотора патрубке. Разница показаний датчиков влияет на работу блока управления вентилятора охлаждения.

Настройка режима работы электродвигателя прибора требует наличия расходомера воздуха, а также датчика, отслеживающего частоту вращения коленчатого вала. Блок управления получит соответствующие сигналы со всех датчиков и обработает их. Затем активируется реле вентилятора охлаждения, которое будет отслеживать скорость вращение крыльчатки после включения системы. Такие устройства нередко устанавливаются производителями автомобилей в наше время.

Вентиляторы с термовыключателем

Подобные механизмы устанавливались на автомобили до изобретения электронного блока. Например, вентилятор охлаждения ВАЗ также снабжается термовыключателем. Это устройство отвечает за включение/отключение электродвигателя системы. Принцип действия вентиляторов охлаждения данного типа состоит в следующем: сигнал подается с температурного датчика, который установлен в корпусе блока цилиндров на специальную шкалу, размещенную в салоне автомобиля. Этот показатель и реагирование термовыключателя на изменения температуры жидкости в радиаторе влияют на процедуру включения и выключении движка. Если температура охладителя будет увеличена до максимума, внутри термовыключателя будут замкнуты контакты, подключенные к цепи питания системы. Затем будет подан ток на электродвигатель, который приведет крыльчатку вентилятора в режим вращения. Контакты будут размыкаться в случае понижения температуры до предельного минимума, что гарантирует выключение прибора.

Куда дует вентилятор охлаждения?

В этой статье мы не можем обойти вниманием вопрос о том, куда дует интересующий нас механизм. Именно его задают экспертам и коллегам-автолюбителям пользователи на десятках и сотнях форумах, посвященных обслуживанию транспортных средств. На самом деле ответ на него очень прост.

Само назначение охлаждающего устройства и принцип его работы, описанный выше, говорит нам о том, что дует он исключительно на двигатель, засасывая холодный воздух через радиатор.

Если в вашем автомобиле поток воздуха направлен не на мотор, а на радиатор, это означает только то, что вентилятор неправильно подключили после технического обслуживания либо выполнения ремонтных работ. Вероятнее всего, просто-напросто спутали клеммы. Следует установить их правильно, и больше никогда не задаваться вопросом, куда вентилятор должен направлять поток охлажденного воздуха.

Назначение и принцип работы вентилятора системы охлаждения

Для отведения излишков тепла, возникающего в процессе работы двигателя, и его более эффективного охлаждения в конструкции автомобиля предусмотрен специальный вентилятор. Он может располагаться со стороны моторного отсека или перед радиатором системы охлаждения. В современном автомобилестроении применяется несколько типов вентиляторов, которые отличаются типом привода, способом управления и геометрическими параметрами.

1. Устройство вентилятора системы охлаждения двигателя
2. Как работает механический привод
3. Особенности гидромеханического типа привода
4. Электрический и электромагнитный привод
5. Неисправности вентилятора радиатора и их последствия

Устройство вентилятора системы охлаждения двигателя

Конструктивно вентилятор для охлаждения мотора автомобиля представляет собой простой механизм, состоящий из шкива, на котором расположены лопасти (крыльчатка). Они установлены с некоторым углом наклона по отношению к плоскости вращения, что улучшает их аэродинамические характеристики и повышает интенсивность нагнетания воздуха. Количество лопастей (от 4 и более), а также их геометрические размеры (диаметр вентилятора, частота расположения) зависят от модели автомобиля и подбираются индивидуально.

Современные автомобили оснащены так называемой комбинированной системой охлаждения, состоящей не только из вентилятора, но также имеющей радиатор и специальные контуры (магистрали) с охлаждающей жидкостью. А потому “кулер” двигателя часто называют вентилятором радиатора.

В ряде конфигураций автомобилей могут использоваться сдвоенные вентиляторы системы охлаждения двигателя, в которых предусмотрено два шкива с независимыми лопастями. Они могут приводиться в рабочий режим одновременно или по отдельности, поскольку каждый имеет свою систему подключения.

Расположение ветилятора охлаждения двигателя

При интенсивном вращении шкива поток воздуха “всасывается” снаружи при помощи лопастей. Тем самым увеличивается и объем воздуха, проходящий через радиатор, что обеспечивает его более эффективную работу и ускоряет процесс отведения тепла. Для принудительного вращения шкива (лопастей) и обеспечения необходимой скорости могут быть использованы несколько типов привода:

• механический;
• гидромеханический;
• электрический.

Как работает механический привод

Самый простой тип привода вентилятора для охлаждения радиатора мотора основан на передаче вращательного движения от коленчатого вала с помощью ремня. Этот способ является полностью механическим и постоянным, обеспечивая запуск “кулера” синхронно с работой двигателя.

Несмотря на простоту конструкции, такой привод снижает полезную мощность мотора, поскольку часть энергии затрачивается на нагнетание воздуха. Помимо этого, отсутствует возможность регулировки интенсивности работы лопастей. В силу этих особенностей механический привод в современных автомобилях практически не применяется.

Особенности гидромеханического типа привода

Для более рациональной эксплуатации вентилятора системы охлаждения двигателя используется гидромеханический тип привода. Его особенность заключается в том, что лопасти соединены со шкивом посредством герметичной муфты. Она может быть двух типов:

• вязкостная (вискомуфта);
• гидравлическая.

Главной задачей муфты является запуск вентилятора охлаждения радиатора при увеличении нагрузки на двигатель. Когда же двигатель работает на малых оборотах, принудительного нагнетания воздуха не происходит. Вязкостная или вискомуфта соединена с коленвалом мотора. Внутри нее находится силиконовая жидкость (гель), которая реагирует на температуру. При нагревании муфты гель изменяет свои свойства и происходит блокировка. В гидравлической муфте блокировка обеспечивается благодаря изменению объема масла.

Электрический и электромагнитный привод

Помимо вязкостных и гидравлических муфт в системе привода вентилятора радиатора может быть использована электромагнитная муфта. Она реагирует на температуру охлаждающей жидкости, поддерживая ее в диапазоне от 80-85°C. Электромагнитные муфты устанавливаются преимущественно на грузовом транспорте и строительной технике.

Электрический вентилятор охлаждения

Такая конструкция состоит из электромагнита, установленного на ступице вентилятора. Последняя соединена с якорем при помощи пластинчатой пружины и совершает вращательные движения. При температуре ниже 80°C якорь находится вне электромагнитной катушки и вентилятор отключен, если же температура поднимается свыше 85°C срабатывает тепловой датчик, замыкающий контакты и включающий электромагнит. Якорь втягивается внутрь катушки и вентилятор приводится в движение.

Наиболее популярным типом привода для современных автомобилей является электрический. Он предполагает установку в системе дополнительного электродвигателя. Его работа контролируется блоком управления, который фактически и запускает вентилятор, когда это необходимо. Также как и для электромагнитной муфты, режим включения и отключения определяется температурой охлаждающей жидкости, которая фиксируется термодатчиком.

Преимуществом использования электродвигателя для запуска вентилятора системы охлаждения является возможность реализации управляемого выбега вентилятора. На практике это означает, что обдув может продолжаться даже после выключения мотора автомобиля, ускоряя его охлаждение.

Неисправности вентилятора радиатора и их последствия

Главной задачей вентилятора мотора является “засасывание” охлажденного воздуха извне через радиатор в подкапотное пространства автомобиля. Фактически охлаждение осуществляет жидкостная система, а обдув лишь ускоряет этот процесс. С другой стороны, при высокой температуре окружающей среды, а также при длительных простоях автомобиля в дорожных пробках без дополнительного охлаждения двигатель может сильно перегреться. Это означает, что исправностью этого узла пренебрегать не стоит.

Вентиляторы двигателя с разным количеством лопастей

Основные неисправности вентилятора охлаждения мотора:

• Не включается. Такая неисправность может быть следствием поломки привода вентилятора (обрыв ремня, разрушение муфты, неисправность электродвигателя, окисление контактов) или неточностью работы температурного датчика.
• Постоянная работа и невозможность отключения до полной остановки автомобиля (за исключением авто с механическим приводом). Чаще всего такая поломка связана с неисправностью температурного датчика (термостата) или заклиниванием муфты.
• Несвоевременное включение. Более раннее включение обычно не является проблемой. Если же запуск происходит с опозданием, возможно, установлен термодатчик, предназначенный для эксплуатации при пониженных температурах (например, автомобиль не подходит для регионов с жарким климатом). В этом случае датчик нужно заменить.
• Обратное направление нагнетания воздуха. Происходит при неправильном подключении полюсов электродвигателя.
• Разрушение крыльчатки вследствие износа и повышенных нагрузок.

Направление движения потока воздуха при правильном подключении вентилятора охлаждения осуществляется всегда в сторону двигателя.

Профилактика состояния и очистка вентилятора радиатора охлаждения мотора от загрязнений должна выполняться не реже одного раза в год. Выполнить процедуру очистки можно без демонтажа узла при помощи обычных щеток. Если требуется замена, лучше обратиться в специализированные ремонтные сервисы, что позволит исключить ошибки при диагностике, подборе нужной конфигурации вентилятора и его подключении.

Схема управления вентилятором охлаждения радиатора: Часть 2

Схема управления вентилятором для поддержания оптимальной температуры радиатора охлаждения: Часть 2

Схема управления вентилятором (Рисунок 2 в предыдущей статье) работает следующим образом. При включении питания, когда температура радиатора комнатная, выходное напряжение ОУ (DA2) имеет низкий уровень (потенциал «земли»). В этом случае на затворе транзистора VT1 низкий уровень, отчего транзистор заперт, в связи с чем светодиод не горит, и вентиляторы не работают.

При повышении температуры радиатора (от работы усилителя или ИП) и превышении ею верхнего порога выходное напряжение ОУ скачком переключается в высокий уровень (напряжение питания +12 В), отчего транзистор открывается, включая светодиод и вентиляторы. По мере охлаждения радиатора (от обдува вентиляторами) его температура снижается, и когда она пересекает нижний порог, потенциал на выходе ОУ переключается в низкий уровень, отчего транзистор запирается, выключая светодиод и вентиляторы. Далее процесс повторяется.

Надежная схема управления вентилятором

Эта схема управления вентилятором показала надежную работу, она не содержит труднодоступных комплектующих; их общая стоимость не превышает 100 руб. Кроме того, в связи с простотой схемы её плата легко разводится и имеет размер всего 15*23 мм (см. далее). На Рисунке 5 приведена еще одна (более простая) схема включения вентилятора, но уже без использования полевого транзистора. В схеме применен более современный LDO-стабилизатор с выходным напряжением +12 В — KA278R12 (DA2) и максимальным током 2 А, выпускаемый в полностью изолированном корпусе TO-220F-4L. Отличительная особенность этого стабилизатора — наличие входа запрета Vdis (вывод 4).

При подаче на этот вход сигнала низкого уровня («земли») выходное напряжение стабилизатора блокируется, а при подаче высокого уровня (вплоть до входного напряжения), например, +12 В, выходное напряжение становится равным +12 В. Наличие входа Vdis позволяет напрямую подключить к нему выход ОУ, и, таким образом, логика работы схемы (по сравнению со схемой Рисунок 2) остается прежней. Однако для питания самого ОУ и термистора, которые должны работать постоянно, в схеме применен еще один слаботочный LDO-стабилизатор — КР1170ЕН12А (DA3) с максимальным током 100 мА, выпускаемый в трехвыводном корпусе ТО-92 стоимостью не более 20 руб.

Микросхема КР1170ЕН-Х является аналогом известной микросхемы LM2931-X, однако эта микросхема выпускается только для двух фиксированных напряжений: +3 В и +5 В, тогда как диапазон фиксированных выходных напряжений КР1170ЕН-Х более широк и, в частности, содержит в себе напряжение +12 В <а именно — КР1170ЕН12А). В отличие от включения вентиляторов и светодиода с помощью транзистора (Рисунок 2), выходное напряжение стабилизатора DA2 (сигнал +12 F, Рисунок 5) напрямую подается на вывод «+» вентиляторов и анод светодиода (через токоограничи-вающий резистор R5), а вывод «-» вентиляторов и катод светодиода заземлены.

В остальном схема управления вентилятором Рисунок 5 аналогична схеме Рисунок 2. Однако в связи с большей простотой схемы её плата имеет меньший размер: 14×21 мм (см. далее). Стоимость комплектующих схемы Рисунок 5 несколько ниже стоимости комплектующих схемы Рисунок 2. Например, стоимость стабилизатора LM2940CT-12 равна стоимости стабилизаторов KA278R12 и КР1170ЕН12А вместе взятых; и это притом, что в схеме Рисунок 5 отсутствует транзистор (а он также стоит денег, хотя и небольших — не более 20 руб.). Схема Рисунок 5 также показала надежную работу.

Разводка плат и их конструкция

Разводка плат сделана автором с помощью программы Sprintl_ayout6.0. Хотя обе платы разведены с одной стороны и могут быть изготовлены [4] с применением одностороннего фольгированного стеклотекстолита (Рисунки 6а и 7а), если имеется возможность применения двустороннего фольгированного стеклотекстолита, то платы могут иметь дополнительный земляной контур [5] (Рисунки 66 и 76).

Плата с разводкой Рисунок 6 не имеет крепежных отверстий, поскольку держится на достаточно жестких выводах стабилизатора и полевого транзистора, т.е. на шести ножках (Рисунок 8). Хотя стабилизатор LM2940CT-12 (DA1, Рисунок 2) в корпусе ТО-220 позволяет рассеивать мощность до 2 Вт без использования радиатора, автором было установлено, что при работе вентиляторов его корпус заметно нагревается (приблизительно до 40 °С). В связи с этим для его охлаждения автор установил небольшой радиатор — алюминиевую пластину по площади чуть больше площади платы.

Пластина имеет два отверстия диаметром 3 мм, с помощью которых она крепится двумя стойками с внешней и внутренней резьбой МЗ. К внешней части резьбы одной стойки (на шпильку) крепится корпус стабилизатора гайкой МЗ (с применением теплопроводной пасты), а ко второй стойке — корпус транзистора, также гайкой — в качестве дополнительного крепежа (транзистор не нагревается, поэтому не требует охлаждения). Обе стойки крепятся к днищу корпуса (усилителя или ИП) винтами МЗ с помощью внутренней резьбы (Рисунок 86).

Плата с разводкой Рисунок 7 также не имеет крепежных отверстий, так как держится на четырех выводах стабилизатора KA278R12. Эти выводы не такие жесткие, как у стабилизатора LM2940CT-12, однако в связи с тем, что их четыре, крепеж на них достаточно прочен. Для упрочнения крепежа на обратной стороне платы (в разводке) установлены дополнительные контактные площадки (Рисунок 76), а выводы стабилизатора пропаиваются с двух сторон платы.

Сам стабилизатор рассеивает без радиатора мощность около 1.5 Вт, поэтому к стабилизатору также прикручена алюминиевая пластина, по площади примерно равная площади платы. Вся конструкция крепится с помощью всего одной стойки с внутренней и внешней резьбой МЗ (Рисунок 9). На гайку, которой прикручен стабилизатор к радиатору (с использованием теплопроводной пасты), приклеен «Секундным» клеем кусочек стеклотекстолита толщиной 0.5 мм (на Рисунке 96 хорошо заметен его край коричневого цвета) во избежание случайного контакта гайки с выводами компонентов.

Схема управления вентилятором и задействованные в ней термисторы

Автором схемы управления вентилятором были приобретены три типа термисторов с номинальным сопротивлением 100 кОм: с радиальными выводами — MF52A диаметром 2 мм (Рисунок 10а) и MF11 диаметром 6.5 мм (Рисунок 10б) и с аксиальными выводами — MF58 диаметром чуть менее 2 мм (Рисунок 10в). Стоимость термисторов не превышает 20 руб. Измерение сопротивления термисторов при комнатной температуре показало, что наиболее близки к номиналу термисторы MF52A (100.4 кОм), а вот MF11 (90.4 кОм) и MF58 (89.5 кОм) несколько отличаются от номинала.

Термистор MF58, на взгляд автора, неудобен для крепежа, поэтому он был исключен из дальнейшего рассмотрения. К термисторам были припаяны провода МГТФ-0.1; на место пайки одеты ПВХ-трубки (кембрики), а для того чтобы при градуировке в воде (см. далее) сопротивление воды не оказывало влияние на показания, место контакта кембриков с корпусами термисторов и проводами для герметизации было покрыто цапонлаком (зеленого цвета).

В процессе градуировки было выявлено, что термистор MF11 в несколько раз более инерционен (из-за его более габаритного корпуса), чем термистор MF52. Так, при удалении из горячей воды (см. далее) температурой 50 °С на воздух (комнатной температуры) показания MF11 достигали номинала за 6-7 секунд, а для термистора MF52A — не более 1 секунды. В связи с этим MF11 был также исключен из рассмотрения. Поэтому автор использовал термистор MF52A. Этот недорогой термистор из всех представленных является наиболее современным.

Термистор можно либо просто приклеить к обратной стороне (ребрам) радиатора теплопроводящим клеем, например, «Радиал» (Рисунок 11а), либо приклеить и для надежности дополнительно прижать скобой (Рисунок 116). Автором были использованы оба способа, которые показали надежный тепловой контакт термисторов с радиатором.

Градуировка устройств

Для градуировки к платам были подключены: питание +14 В от отдельного ИП, термис-тор и светодиод (вентиляторы не подключались). Далее в емкость около 200 мл была налита вода температурой чуть выше 50 °С (51 °С — 52 °С), в которую был опущен ртутный термометр с ценой деления 0.5 °С. В процессе остывания воды (со скоростью примерно 1 °С за 1.5 — 2 минуты) её температура понижалась, и как только она достигала чуть более 50°С, в воду опускался термистор, а подстроечный резистор R1 (Рисунки 2 и 5) настраивался таким образом, чтобы при температуре 50 °С светодиод зажигался, а при более низкой — не горел.

Для этого термистор периодически опускался в воду и вытаскивался из нее. После такой настройки термистор оставался в воде, светодиод горел, и по мере остывания воды наблюдались показания термометра. Как только светодиод гас, фиксировалась нижняя граница температуры по термометру.

Градуировка показала следующее. При номиналах сопротивлений R4 = 150 кОм и R2, R3 по 10 кОм (Рисунок 2), то есть, при отношении (R2||R3)/R4 = 1/30 (см. уравнение 1), нижняя граница температуры составила 46 °С, а ее гистерезис составил 50 °С — 46 °С, то есть, 4 °С. При номиналах сопротивлений R4 = 100 кОм и R2, R3 по 10 кОм (Рисунок 5), то есть, при отношении (R2||R3)/R4 = 1/20, нижняя граница температуры составила 44 °С, и гистерезис, соответственно, составил 50 °С — 44 °С, т.е. 6 °С. Вот вопрос — а что лучше: 50 °С — 46 °С или 50 °С — 44 °С? Как ни странно, однозначного ответа на этот вопрос нет.

Чем меньше гистерезис, тем чаще включаются и выключаются вентиляторы и наоборот. С другой стороны, если нижняя граница температуры составит, например, 44 °С, то при максимальной мощности, выделяемой ИП или усилителем, радиатор может нагреться так, что вентиляторы смогут охладить его только до температуры, к примеру, 46 °С, а до 44 °С «недотянут». В этом случае вентиляторы будут постоянно работать, сводя на нет всю логику работы устройства. В конце концов, можно выбрать среднее отношение между 1/20 и 1/30, например, 1/24; в этом случае гистерезис составит 50 °С — 45 °С, т.е. 5 °С. Автор оставляет подобные эксперименты читателю.

Примененные вентиляторы и конструкция устройств обдува радиаторов

Для охлаждения радиаторов ИП и усилителя автор рекомендует использовать современные вентиляторы для охлаждения видеокарт, поскольку они имеют существенно сниженный уровень шума (до 20 дБ) и недороги (не более 100 руб. за штуку). Применять же вентиляторы для охлаждения системного блока компьютера, имеющие повышенный уровень шума (35 — 40 дБ) и высокую цену (до 500 руб. и более), или процессора компьютера, на взгляд автора, нецелесообразно. Размер вентилятора желательно подбирать по размеру (высоте) радиатора.

Вентиляторы были прикручены винтами МЗ с гайками к текстолитовым пластинам толщиной 2 мм, в которых были прорезаны отверстия диаметром, соответствующим максимальному диаметру лопастей. Сами же текстолитовые пластины были прикручены винтами МЗ и уголками к крайним боковым ребрам радиаторов (Рисунок 12). Провода вентиляторов были пропущены через отверстия в днищах корпусов.

Результаты

Для того чтобы оценить функционирование устройств автором был проведен достаточно жесткий тест, заключающийся в следующем. На вход усилителя был подан синусоидальный сигнал частотой 1 кГц, а его амплитуда была отрегулирована так, чтобы выходной сигнал с усилителя, подключенный к нагрузке 4 Ом, имел амплитуду 16 В. Действующее значение мощности выходного сигнала, как нетрудно подсчитать, в этом случае составило 32 Вт на канал, а поскольку каналов 2 [1] — 64 Вт. Устройство управления вентилятором с гистерезисом 50 °С — 46 °С было подключено к усилителю, а устройство с гистерезисом 50 °С — 44 °С — к ИП.

Через несколько минут после включения вентиляторы обоих устройств начали работать, причем, как и следовало ожидать, частота включения-выключения вентиляторов усилителя (с меньшим гистерезисом) была выше (примерно один раз в 3 минуты), чем частота включения-выключения вентиляторов ИП (1 раз в 5 минут). Время работы вентиляторов усилителя составляло около 2 минут, тогда как время работы вентиляторов ИП — около 4 минут. Здесь необходимо отметить, что мощность синусоидального сигнала более чем в два раза превышает мощность звукового сигнала (точнее — сигнала, воспроизводимого с какого-либо музыкального файла), поскольку действующее значение синусоидального сигнала составляет около 70% его амплитуды (точнее, √2/2), а действующее значение музыкального — только 30% от максимального значения его амплитуды.

В связи с этим, для того чтобы музыкальный сигнал нагрел радиатор так же, как и синусоидальный, его максимальная амплитуда должна быть в √2 раз больше амплитуды синусоидального. Другими словами, при амплитуде синусоидального сигнала в 16 В, максимальная амплитуда музыкального сигнала (той же мощности) должна быть 16√2В (≈22.6 В). При этом мгновенная мощность музыкального сигнала на нагрузке в 4 Ом составит 22.6 2 В/4 Ом ≈ 128 Вт. Это достаточно высокий показатель, в связи с чем эффективность охлаждения радиаторов вентиляторами налицо, что автора вполне устроило.

Разумеется, подобной мощности вряд ли удастся достичь, воспроизведя на этом же усилителе на максимальной громкости даже самый «нагруженный» музыкальный файл, однако при несколько меньшей мощности, но более продолжительном времени работы радиаторы неизбежно могут нагреться до неприемлемой температуры, поэтому принудительное охлаждение радиаторов в этом случае будет своеобразной страховкой (и достаточно эффективной) от перегрева силовых компонентов как самого усилителя, так и ИП.

Заключение

Применение современной элементной базы и несложность схем позволяют конструировать простые миниатюрные устройства, включающие вентиляторы для охлаждения радиаторов силовых элементов мощных усилителей и ИП только при относительно больших выделяемых мощностях, страхуя их от перегрева, тогда как при средних и малых мощностях радиаторы охлаждаются абсолютно бесшумным конвективным способом. По сравнению с аналогичными устройствами промышленного изготовления стоимость комплектующих представленных устройств на порядок меньше, а их шумность при включенных вентиляторах существенно ниже.

Литература

1. Кузьминов А. Усовершенствованный УМЗЧ на базе ИУ и мощных ОУ Современная электроника. 2019. №5.
2. Кузьминов А. Усовершенствованный двупо-лярный стабилизатор на ОУ и мощных полевых транзисторах с токовой защитой и ультранизким уровнем пульсаций. РадиоЛоцман. 2019. №3.

http://seite1.ru/zapchasti/ventilyator-oxlazhdeniya-dvigatelya-tipydiagnostikanaznachenieustrojstvo/.html
http://techautoport.ru/dvigatel/sistema-ohlazhdeniya/ventilyator-radiatora.html
http://usilitelstabo.ru/shema-upravleniya-ventilyatorom-ohlazhdeniya-radiatora-chast-2.html