Санкт-Петербургское Общество Любителей Орхидей
А. Левашов
Об использовании вентиляторов.
Вопрос о том, надо или нет организовывать перемешивание воздуха в орхидариумах, не стоит – определённо, надо. Вспомним доклад Глеба на собрании 24.02.2008г об орхидариуме. Глеб говорил, что спора опасного грибка, попавшая на лист растения, может прорасти и внедриться в ткань листа, только если она будет находиться в капле воды около 4 часов. Если лист высохнет раньше, проросшая спора погибнет, и заражения растения не произойдёт. Если есть движение воздуха, даже при высокой относительной влажности (80…90%) ботва гарантированно просыхает часа за 2 после хорошего опрыскивания. В застойной же атмосфере может не высохнуть и за 12 часов.
Вопрос в том, какие технические средства подходят для реализации этой идеи наилучшим образом: доступны, просты в применении, надёжны и безопасны.
Широко доступны (продаются, в среднем, достаточно дёшево) два типа вентиляторов:
Тип 1, бытовые, имеет массу недостатков: большой размер, высокий уровень шума при работе, отсутствие влагозащиты двигателя. Учитывая, что питаются они от высокого напряжения, можно уверенно сказать, что в условиях орхидариума с его постоянно высокой влажностью и периодически возникающим конденсатом и потоками мелких капель при опрыскивании, такие вентиляторы просто опасны. Единственное их достоинство – они не требуют специальных источников питания.
Тип 2, компьютерные, имеют массу достоинств: маленькие размеры корпусов из стандартного размерного ряда с простым и удобным креплением, низкий уровень шума, полную электрическую безопасность. Единственный их недостаток – требуется специальный источник питания.
Цель этой публикации – помочь человеку, абсолютно далёкому от электротехники или имеющему представление об электричестве на уровне школьного курса физики, изрядно к тому же подзабытого, создать в своём орхидариуме систему циркуляции воздуха с минимальными затратами, безопасно для себя и располагающему (в простейшем случае) лишь ножом, куском провода и изолентой.
Люди продвинутые, разбирающиеся в электричестве и способные твёрдо держать в руках паяльник, не найдут здесь ничего нового для себя. Статья покажется им пустым повторением общеизвестных вещей, подробно описанных в технической литературе. Но автор очень надеется, что кому – то будет полезен именно такой материал.
Я не буду касаться здесь бытовых вентиляторов. Это полностью законченные устройства и вся свобода творчества тут заключается в выборе места установки вентилятора и организации подвода питания к нему. По злой иронии судьбы, вентиляторы, по характеристикам самые хорошие для цветоводства, труднее всего приспособить к делу. Это офисные вентиляторы напольной установки: огромный пропеллер в защитном кожухе из сетки, с пультом управления на ноге. Работает тихо, создаёт широкий поток с низкой скоростью. Скорость выбирается с пульта из трёх возможных значений. Такой вентилятор занимает очень много места. Поэтому, лучшее, что с ним можно сделать, это отвинтить ногу, снять с неё пульт управления, вентилятор подвесить к потолку, а пульт управления вынести на проводах в удобное место. Это не простое техническое решение, но оно оправдано для тёплой лоджии, например.
Все задачи, связанные с перемешиванием воздуха в малогабаритных комнатных и оконных теплицах оптимальным образом решаются с помощью компьютерных вентиляторов. Их малые размеры позволяют организовать воздушные потоки заданной траектории и интенсивности путём установки нескольких вентиляторов в нужных местах и регулировки скорости их вращения не в ущерб площади, занимаемой растениями, а низкое напряжение питания (не более 12В) гарантирует полную безопасность для человека.
Модельный ряд компьютерных вентиляторов.
Вентиляторы применяются в ПК для охлаждения элементов блока питания (БП), охлаждения радиатора процессора и для усиления воздухообмена между внутренним пространством корпуса и внешней средой. Все они рассчитаны на питание напряжением 12В ПОСТОЯННОГО тока от БП компьютера. Наиболее популярные модели вентиляторов имеют вид фланца квадратной формы со стороной 60,80,90 и 120мм и толщиной 25,20, реже 16мм. Лидер по доступности и частоте применения – вентилятор 80х80х25мм от БП.
 |
Рис.1
Вентилятор подключается к источнику питания с помощью двух проводов, оканчивающихся разъёмом. Цвет проводов обозначает полярность: красный +12В, чёрный -12В. Встречаются вентиляторы с трёх и даже четырёхконтактными разъёмами.
 |
Рис. 2
Они предназначены для охлаждения радиатора процессора. Преемственность при этом сохраняется: чёрный -, красный +. Один или два провода другого цвета являются служебными (информационные выходы) и на работу самого вентилятора не влияют.
Иными словами, если вы соедините чёрный провод вентилятора с отрицательным полюсом источника постоянного напряжения 12В, а красный с положительным, вентилятор начнёт крутиться.
Выбор источника питания для вентиляторов.
Вентилятор рассчитан на напряжение питания 12В. При таком напряжении вентилятор обеспечивает максимальную расчетную производительность и потребляет от источника наибольший ток. Превышать это напряжение опасно: вентилятор, может быть, сразу и не сгорит, но прослужит значительно меньше. Для нас гораздо интереснее, когда вентилятор питается от пониженного напряжения. Проверено: подавляющее большинство вентиляторов может работать при напряжении питания 6…7В, т.е. при включении на такое напряжение вентилятор начинает вращаться сам, без посторонней помощи. Естественно, его производительность и мощность потребления станут значительно меньше. Но меньше станет и уровень шума при его работе. Наилучшие вентиляторы на нижнем пределе напряжения работают так тихо, что трудно даже определить на слух, работают они, или нет! Очень важное свойство, особенно ночью и при наличии большого количества вентиляторов в системе.
Перейдём к делу. Вы раздобыли вентиляторы, 1, 2, 10, мешок и решили оснастить ими своё хозяйство. Возникает вопрос, от чего их питать? Возможны два варианта:
Для реализации 1-го способа хорошо подходят зарядные устройства (ЗУ) от мобильных телефонов, особенно для старых, ныне почти исчезнувших, в которых применялись аккумуляторы напряжением 6В. Выходное напряжение таких ЗУ составляет 8…12В, и они могут обеспечить питание 1 – 2х вентиляторов практически в номинальном режиме.
ЗУ современных телефонов с аккумуляторами 3,6В имеют выходное напряжение 5…7В, с их помощью реализуется маломощный, малошумный режим работы вентиляторов.
ЗУ выгодно покупать на ярмарке «Юнона», Казакова,30. Там постоянно устраивают распродажи невостребованных ЗУ. Выглядит это так: стоит коробка от 17” CRT монитора, доверху набитая разными ЗУ. На коробке написано: « Всё по 30 руб. « Можно порыться и найти всё, что тебе нужно.
Выбирая ЗУ или иной источник питания, следует иметь в виду, что они могут отличаться по принципу действия и, соответственно, по свойствам. Это либо электронные стабилизированные источники питания (ИП), либо трансформаторные нестабилизированные ИП. Распознать, где какой - можно по весу: при одинаковой мощности или габаритах трансформаторные значительно тяжелее.
Рассмотрим различие их свойств на абстрактном примере. Допустим, перед нами два ИП одинаковой мощности, электронный и трансформаторный. Мощность P = UxI может быть прямо не указана на этикетке. Чаще пишут выходное напряжение U в Вольтах и предельно допустимый ток нагрузки I в Амперах. Это более информативно. Пусть на наших ИП написано 9В 0,7А, т.е. их мощность равна 6,3 Вт. Мощности одинаковы, но характеристики разные. Электронный стабилизированный ИП во всём рабочем диапазоне тока нагрузки от 0 до 0,7 А поддерживает напряжение на выходе в точности равным 9В. Не зависит оно и от колебаний напряжения в розетке. Если мы попытаемся превысить допустимый ток, скорее всего, сработает схема защиты и ИП откажется работать. Вид выходной характеристики показан на
 |
Рис.3
Выходное напряжение трансформаторного (нестабилизированного) ИП зависит и от тока нагрузки и от напряжения в розетке. По принципу действия таких устройств их максимальное выходное напряжение (т. н. напряжение холостого хода, когда нет нагрузки) может превышать номинальное (то, что написано на этикетке) в 1,41 раза. Выходная характеристика представлена на
 |
Рис. 4.
Строго говоря, номинальное выходное напряжение Uн (9В в нашем случае ) достигается только в одной точке характеристики, при номинальном токе нагрузки Iн ( 0,7А в нашем случае ). Значения Uн и Iн приводятся на
Что из этого следует? Допустим, у нас есть целый ящик вентиляторов, на которых написано: DC Brushless FAN 12V 0,2A, т. е.вентиляторов, рассчитанных на 12 В постоянного тока, потребляющих 2,4 Вт ( 12Вх0,2А ) каждый. Если мы начнём подключать их к стабилизированному ИП с характеристикой Рис. 3 , то все подключённые вентиляторы будут вращаться с одинаковой скоростью до тех пор, пока подключение следующего вентилятора не вызовет перегрузку источника и отказ системы в целом. Обычно это выглядит так: ничего вроде – бы не сгорело, но все вентиляторы стали двигаться короткими толчками, а в ИП слышен свист. Отключение лишнего вентилятора возвращает систему в рабочий режим. Если используется нестабилизированный ( трансформаторный ) ИП с характеристикой Рис. 4, наблюдается иная картина. Подключение каждого следующего вентилятора вызывает уменьшение частоты вращения всех подключенных вентиляторов из-за уменьшения выходного напряжения ИП. Последний вентилятор, который вызовет перегрузку ИП, не приведёт к каким – то видимым аномалиям в работе системы, а лишь к очередному снижению частоты вращения вентиляторов, но в очень короткое время вызовет необратимый отказ ИП.
В нашем примере к ИП можно подключить не более двух вентиляторов. Подключение третьего, может быть и не вызовет перегрузки, т. к. вентиляторы изначально питаются от пониженного напряжения и, соответственно, потребляют меньшую мощность, но совершенно лишит систему запаса надёжности. В данном примере рассматривались некие абстрактные ИП, близкие по параметрам к ЗУ для мобильных телефонов. Для реализации варианта 2 –низковольтной сети они не пригодны. Для этого нужен мощный, лучше стабилизированный, ИП высокой надёжности, способный обеспечить ток 5…10А. Купить или сделать такой ИП не составляет большого труда.
Как правильно выбрать и разместить оборудование.
Начинать надо с вентиляторов. Нужно определить, сколько и каких вентиляторов вам следует установить в орхидариум, чтобы создать необходимую траекторию воздушного потока. Если хозяйство большое, а заросли густые, не стоит экономить на вентиляторах. Несколько малогабаритных вентиляторов, рассредоточенных по всему объёму орхидариума и работающих непрерывно в режиме с минимальной производительностью на нижнем пределе напряжения питания лучше одного большого, включаемого периодически по таймеру и создающего на определённое время режим «буря в тропическом лесу». Автору этих строк с помощью двух непрерывно работающих вентиляторов удалось полностью устранить образование наледи и конденсата на нижней кромке стеклопакета в своём “ тропическом окне” в зимний период.
Когда вы приобрели все необходимые вентиляторы, вам нужно определить их суммарную мощность (или ток) потребления. Данные (рабочее напряжение и ток или мощность) приводятся на этикетке каждого вентилятора. Просуммировав мощности (или токи) потребления всех имеющихся вентиляторов вы получите мощность (или ток), на которые должен быть рассчитан источник питания. Вы можете использовать ИП большей мощности, это даже лучше. Увеличится запас надёжности, да и «навырост» может пригодиться. Но использовать ИП меньшей мощности нельзя никак! Аргументы вроде: «Но ведь они все крутятся от этого ИП!» неприемлемы. У такой системы нет будущего.
Главный принцип подбора источника питания: ВЫХОДНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ ИП ДОЛЖНО БЫТЬ НЕ ВЫШЕ РАБОЧЕГО НАПРЯЖЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЯ ЭНЕРГИИ. ВЫХОДНАЯ МОЩНОСТЬ ИП ДОЛЖНА БЫТЬ НЕ НИЖЕ СУММАРНОЙ МОЩНОСТИ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ.
Если нет ИП нужной мощности, но есть несколько ИП меньшей мощности, делите вентиляторы на группы и подбирайте ИП для каждой группы из имеющихся у вас в соответствии с этим принципом. Если вы решили питать вентиляторы с помощью ЗУ от мобильных телефонов, используйте ЗУ с двухпроводным выходом. Их характерный признак – коаксиальный разъём на конце провода (в виде металлической трубки с отверстием в центре). Разъём этот проще всего отрезать, разделить и зачистить провода и подключить к ним вентилятор, соблюдая полярность. Стандарт, де факто: красный или чёрный с белыми полосками провод – плюс, а провод чисто чёрный или другого цвета – минус. Если всё же произошла ошибка и вентилятор не крутится, поменяйте провода местами. Убедившись, что всё работает, окончательно соедините провода скруткой, а лучше пайкой, и тщательно изолируйте места соединения.
ЗУ с разъёмами сложной формы, с количеством контактов более двух, лучше не покупать. Отрезав такой разъём, вы можете обнаружить в общей оболочке не 2, а 3 или 4 провода и разобраться в них будет сложно, особенно при отсутствии измерительных приборов. Как ориентировать в пространстве вентилятор. Пространственное положение оси вращения вентилятора значения не имеет – он может работать в любом положении. Но, учитывая особенности конструкции вентилятора и специфику условий орхидариума, следует принять три важных ограничения:
Почему так, а не иначе, будет понятнее, если представлять, как устроен вентилятор.
 |
Рис.5.
Вентилятор – это электродвигатель с внешним ротором специальной формы. Его неподвижная часть, статор, представляет собой фланец, в середине которого на крестовине установлена втулка с подшипниками под ось ротора. На эту втулку плотно насажен электромагнит крестообразной формы с платой управления обмотками электромагнита. К плате припаяны провода и выведены наружу через канал в ножке крестовины. Подвижная часть, ротор, - это пластмассовая крыльчатка, в середине которой находится цилиндрический стакан с осью в центре. В стенки стакана запрессован кольцевой постоянный магнит. При сборке вентилятора ось крыльчатки вставляется в подшипниковую втулку и фиксируется специальной разрезной пружинной шайбой. При этом электромагнит с платой управления оказывается внутри стакана с постоянным магнитом. Стакан ротора закрывает все чувствительные к воде части вентилятора как зонтом.
Что произойдёт, если струя капель воды из опрыскивателя попадёт на вентилятор, установленный правильно? Капли воды, попавшие на крыльчатку, будут отброшены центробежной силой на фланец и просто стекут вниз. Если ножка крестовины, через которую выведен провод, и сам провод направлены вниз, вода стечёт по проводу и ни при каких условиях не попадёт на электромагнит и плату управления.
Если же вентилятор висит на проводе, вода по нему устремится как раз на плату и в электромагнит. Конец такого вентилятора будет скор и печален. В заключение несколько слов о преимуществе непрерывного режима работы вентилятора. В процессе работы все ответственные детали вентилятора: электромагнит, кольцевой магнит, ось с подшипниками и плата управления нагреваются, хоть и не сильно. Если вентилятор не выключается никогда, температура этих деталей, чувствительных к воде, будет всегда существенно выше температуры окружающего воздуха, следовательно, образование конденсата на них принципиально невозможно.
Иллюстрированное послесловие. К вопросу о том, как важно всё точно рассчитывать...
 |
Это не фотошоп. Это фотография с натуры. Адаптер был сильно перегружен и сгорел. Встроенная тепловая защита сработала, но слишком поздно. В результате корпус подплавился и изделие приобрело столь комичный вид.
Вид забавный, но можно и квартиру поджечь!
Вопросы автору статьи можно задать на нашем форуме в теме Внимание, вентиляторы!