نقش مقاومت موتور دمشکن در کنترل تهویه مطبوع خودرو چیست؟

درک عملکرد مقاومت موتور دمشکن در سیستم‌های تهویه مطبوع خودرو

معرفی مقاومت موتور دمشکن و هدف اصلی آن

مقاومت موتور دمنده مانند یک کنترل‌کننده ترافیکی برای جریان هوا در سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی خودرو عمل می‌کند. به جای اینکه تنها اجازه دهد موتور دمنده با حداکثر توان یا اصلاً کار نکند، این قطعه امکان تنظیم سرعت‌های مختلف را فراهم می‌کند. این قطعه در جایی بین کنترل‌های داشبورد و موتور واقعی قرار دارد و به وسیله تنظیم مقدار برقی که از آن عبور می‌کند، سرعت حرکت هوا به داخل کابین را تغییر می‌دهد. هدف اصلی این است که به رانندگان گزینه‌های قابل استفاده‌ای در اختیار بگذارد، زمانی که در روزهای بسیار گرم تابستان یا صبح‌های سرد زمستان درون خودرو می‌نشینند.

نحوه تنظیم جریان هوا توسط مقاومت موتور دمنده در کنترل آب و هوا

تنظیم سرعت فن با تغییر نحوه عبور جریان الکتریسیته از طریق سیم‌های مقاومتی پیچیده داخل مقاومت انجام می‌شود. در مقدارهای پایین‌تر، جریان باید از طریق بخش بیشتری از این سیم‌های مقاومتی عبور کند که این امر باعث کاهش ولتاژ موتور و همچنین مقدار هوا می‌شود. اما وقتی کسی سرعت را افزایش می‌دهد، در واقع این مقاومت‌های اضافی را دور می‌زند و ولتاژ کامل مستقیماً به موتور می‌رسد. عاملی که این سیستم را کارآمد می‌کند، روش گام‌به‌گام مقاومت است. به جای استفاده از قطعات الکترونیکی پیچیده، این سیستم توان ثابتی که از پریز دیواری دریافت می‌کند را به سطوح مختلفی از جریان هوا تبدیل می‌کند، فقط با افزودن یا کاهش مقاومت در مسیر جریان.

اصول الکتریکی کنترل سرعت موتور بلوور

قانون اُهم در اصل نحوه کارکرد این سیستم را تعیین می‌کند (ولتاژ برابر است با جریان ضربدر مقاومت). وقتی مقاومت بیشتری وجود داشته باشد، جریان کمتری واقعاً از موتور عبور می‌کند. ماژول‌های مقاومتی اغلب دارای چندین سیم‌پیچ داخلی هستند که معمولاً مقاومتی بین نیم اهم تا پنج اهم ایجاد می‌کنند. این سیستم معمولاً امکان انتخاب بین سه تا پنج سرعت مختلف را فراهم می‌کند که بسته به تنظیم انتخابی، این امکان وجود دارد. طراحی‌ها همچنین شامل فیوزهای حرارتی به عنوان اقدامات ایمنی در برابر مشکلات اضافه گرمایش هستند. با این حال، بسیاری از مکانیک‌ها گزارش می‌دهند که مدل‌های قدیمی خودرو تمایل دارند به طور مکرر دچار خرابی شوند زمانی که این سیستم‌ها برای مدت طولانی در سطح جریان بالا کار کنند، که هنوز هم یک مشکل رایج است.

نحوه کنترل سرعت فن توسط مقاومت موتور فن‌دهنده

فرآیند گام به گام تنظیم سرعت فن با استفاده از مقاومت

مقاومت موتور فن‌دهنده با تغییر مقاومت الکتریکی در مدار HVAC، جریان هوا را مدیریت می‌کند. وقتی راننده سرعت فن را انتخاب می‌کند، مقاومت سطوح خاصی از مقاومت را اعمال می‌کند:

• سرعت پایین : مقاومت بالا جریان را کاهش می‌دهد و باعث محدود شدن دور موتور برای جریان هوای ملایم می‌گردد.
• سرعت متوسط : مقاومت جزئی جریان تعادلی را برای جریان هوا به حالت متعادل فراهم می‌کند.
• سرعت بالا : دور زدن از مقاومت، ولتاژ کامل را به موتور ارسال کرده و حداکثر جریان هوا را فراهم می‌کند.

این سیستم تدریجی از یک بسته مقاومتی چند سیملی یا طراحی کمکی ترانزیستوری برای ایجاد تنظیمات سرعت مجزا استفاده می‌کند و در عین حال ماژول کنترل HVAC را در برابر افزایش ناگهانی ولتاژ محافظت می‌کند.

سرعت‌های پایین، متوسط و بالا: نحوه فعال‌سازی مدار مقاومتی توسط هر یک

هنگام کار در سرعت‌های پایین، مدار الکتریکی جریان را از طریق تمام سیم‌پیچ‌های مقاومتی موجود عبور می‌دهد که این امر بالاترین مقاومت ممکن در این سیستم‌ها را ایجاد می‌کند، معمولاً در محدوده ۳ تا ۵ اهم. وقتی سرعت به میزان متوسطی افزایش می‌یابد، شرایط تغییر می‌کند. در این مرحله، سیستم یا تعداد کمتری از سیم‌پیچ‌ها را فعال می‌کند یا مسیرهای کاملاً متفاوتی را دنبال می‌کند که این امر مقاومت را به طور قابل توجهی تا حدود ۱ یا ۲ اهم کاهش می‌دهد. برای کار در سرعت‌های بالا، بیشتر طراحی‌ها به سادگی موتور را مستقیماً به منبع ولتاژ باتری متصل می‌کنند و کاملاً از مقاومت‌ها می‌گذرند. این روش حداکثر توان را فراهم می‌کند اما ممکن است در طول زمان برای اجزای سیستم خسارت‌زا باشد. برخی از تجهیزات جدیدتر در واقع از فناوری‌ای استفاده می‌کنند که تحت عنوان مدولاسیون عرض پالس (PWM) شناخته می‌شود. این روش امکان تغییرهای بسیار روان‌تر بین تنظیمات مقاومتی مختلف را فراهم می‌کند، به جای اینکه مانند سیستم‌های قدیمی تنها از یک سطح ثابت به سطح دیگری «جهش» کرد.

مدولاسیون ولتاژ از طریق مقاومت الکتریکی و اثرات آن

کاهش ولتاژ از طریق مقاومت به طور مستقیم بر عملکرد موتور تأثیر می‌گذارد:

• سیستم‌های 12 ولتی : ولتاژ کامل (14 ولت با موتور در حال کار) تقریباً ~1500 دور در دقیقه تولید می‌کند
• 8–10 ولت : سرعت متوسط (~1000 دور در دقیقه)
• 5–7 ولت : سرعت پایین (~600 دور در دقیقه)

تولید بیش از حد گرما همچنان یک چالش کلیدی باقی مانده است، دمای مقاومت‌ها اغلب در حین کار از 200 درجه فارنهایت (93 درجه سانتی‌گراد) بیشتر می‌شود. مدیریت مناسب حرارتی از طریق رادیاتورها و قرار دادن استراتژیک اجزا، عمر مفید را به 5–7 سال در شرایط عادی استفاده افزایش می‌دهد.

مقاومت موتور دمنده در مقابل ماژول‌های کنترل الکترونیکی: تکامل فناوری

از سیم‌پیچ‌های مقاومتی تا ماژول‌های کنترل الکترونیکی حالت جامد

موتورهای قدیمی بلوور با پیچاندن سیم‌ها به یکدیگر برای ایجاد مقاومت کار می‌کردند که در نتیجه آن ولتاژ کاهش یافته و گرما در حین کار تولید می‌شد. نسخه‌های جدیدتری که امروزه می‌بینیم، از فناوری حالت جامد با سوئیچ‌های نیمه‌رسانا استفاده می‌کنند. این قطعات دیجیتالی مقدار جریان الکتریکی عبوری از سیستم را بدون وجود قطعات مکانیکی که با گذشت زمان می‌توانند خراب شوند، کنترل می‌کنند. بر اساس آزمایش‌هایی که در شرایط سخت توسط SAE International در سال 2023 منتشر شده، این تغییر منجر به کاهش 37 درصدی خرابی‌ها شده است. این موضوع کاملاً منطقی است، چرا که مدارهای ساده‌تر نقاط بیشتری برای بروز مشکل نسبت به طراحی‌های قدیمی با قطعات ظریف متحرک ندارند.

مزایای سیستم‌های مدرن مبتنی بر PWM در دقت و کارایی

سیستم‌های PWM می‌توانند به راندمان الکتریکی حدود 94 تا 98 درصد دست یابند که در مقایسه با 65 تا 75 درصد راندمان سیستم‌های مبتنی بر مقاومت بسیار بهتر است. رمز موفقیت چیست؟ آن‌ها انرژی را به صورت سریع سوئیچ می‌کنند به جای اینکه انرژی را از دست بدهند. همچنین، متخصصان صنعتی در بخش تهویه مطبخی چیز جالبی مشاهده کرده‌اند: این ماژول‌های حالت جامد دقتی حدود 0.5 درصد در کنترل سرعت فراهم می‌کنند، در حالی که سیستم‌های قدیمی‌تر دقت بسیار پایین‌تری دارند و تا 15 درصد نوسان دارند. این موضوع اهمیت دارد چون وقتی سیستم‌های کنترل آب و هوا بتوانند دور موتور را به دقت تنظیم کنند، دمای داخل خودرو را بسیار ثابت نگه می‌دارند و در حد نیم درجه فارنهایت از تنظیم انتخابی کاربر باقی می‌مانند. واضح است چرا تولیدکنندگان به سمت این فناوری حرکت می‌کنند.

مطالعه موردی: انتقال کامری 2020 تویوتا به کنترل دیجیتال دمنده

در سال 2020، یکی از تولیدکنندگان بزرگ خودرو، سیستم قدیمی فن بخاری مبتنی بر مقاومت الکتریکی در سدان خود را با یک ماژول کنترل الکترونیکی جدید جایگزین کرد. آزمایش‌های مستقل نشان داد که این تغییر باعث شده است تا دمای مطلوب در کابین خودرو حدوداً 32 درصد سریع‌تر از قبل به دست آید. در طی سه سال بعدی، تعداد موارد گارانتی مربوط به سیستم گرمایش و سرمایش نیز به میزان قابل توجهی کاهش یابد، تا حدود 18 درصد. با بررسی گزارش‌های تشخیصی، مهندسان دریافتند که قطعات الکتریکی حدود 72 درصد کمتر تحت تنش حرارتی قرار گرفتند، نسبت به خودروهایی که از طراحی قدیمی‌تر مقاومتی استفاده می‌کردند. این بهبودها حکایت از این دارد که ارتقاء از مقاومت‌های پایه به الکترونیک هوشمند می‌تواند تفاوت واقعی‌ای در عملکرد و قابلیت اطمینان ایجاد کند.

هزینه، قابلیت اطمینان و روندهای صنعتی در پذیرش کنترل موتور فن بخاری

قطعات الکترونیکی قطعاً دارای هزینه بیشتری هستند، حدود 2 تا 3 برابر قیمت اولیه سیستم‌های سنتی مقاومتی. اما از نظر دوام بلندمدت، این ماژول‌ها عمری تقریباً سه برابر طولانی‌تر از سیستم‌های مقاومتی استاندارد دارند که در طول یک دهه مشهود است. بخش خودرو هم با سرعت قابل توجهی این فناوری را پذیرفته است و رشد سالانه این بخش به حدود 19 درصد از ابتدای سال 2020 رسیده است. تولیدکنندگان خودرو عمدتاً به دلیل نیاز به رعایت مقررات سوخت و ساز بیشتر از سوی مراجع نظارتی سراسر جهان به سمت این به‌روزرسانی‌ها سوق پیدا کرده‌اند. جالب است که بسیاری از تولیدکنندگان در حال حاضر راهکار میانی را در پیش گرفته‌اند. در حدود 43 درصد از تمام خودروهای جدید تولید شده دارای پیکربندی هیبریدی هستند که در آن مقاومت‌های پایه‌ای در کنار اجزای نظارت الکترونیکی کار می‌کنند. این راهکار ترکیبی به مدیریت هزینه‌ها کمک می‌کند در حالی که عملکرد کلی سیستم را بهبود می‌دهد، در حالی که صنعت به تدریج به سمت راهکارهای کاملاً الکترونیکی حرکت می‌کند.

طراحی، دوام و جریان سیگنال در سیستم‌های مقاومت موتور بادکن

اجزای داخلی و ساختار یک ماژول مقاومتی معمولی

ماژول مقاومت موتور بادکن معمولاً از سیم‌های مقاومتی نیکل-کرومی تشکیل شده است که به یک رادیاتور گرما (هیت سینک) سرامیکی یا آلومینیومی متصل شده‌اند و از طریق ترمینال‌ها به سیستم اچ‌وی‌اک (HVAC) خودرو متصل می‌شوند. چندین مسیر مقاومتی مختلف در داخل این ماژول‌ها وجود دارد که تعیین می‌کنند چه میزان سرعت جریان هوا ایجاد شود. وقتی موتور در سرعت‌های پایین کار می‌کند، بخش‌های طولانی‌تر سیم‌ها فعال می‌شوند، چون به طور طبیعی مقاومت بیشتری در برابر جریان الکتریسیته ایجاد می‌کنند. جریان الکتریکی از طریق میله‌های مسی (بسبارهای مسی) در داخل دستگاه توزیع می‌شود. قطعات با استفاده از پوشش اپوکسی در برابر ارتعاشات محافظت می‌شوند، چیزی که متخصصان تعمیرات به طور مداوم با آن مواجه هستند. طبق داده‌های صنعتی از SAE International در سال 2021، حدود هفت دهم از خرابی‌های مقاومت‌ها در واقع ناشی از اتصالات لحیم‌کاری ترک‌خورده است که به دلیل حرکت و تنش مداوم در طول زمان ایجاد می‌شوند.

چالش‌های مدیریت حرارتی و پیشگیری از خرابی

در حین کارکرد، مقاومت‌هایی که با جریانی بین 6 تا 15 آمپر کار می‌کنند، مقدار قابل توجهی گرما تولید می‌کنند و معمولاً دمای آن‌ها از حدود 140 درجه تا نزدیک به 300 درجه فارنهایت متغیر است. این قطعات معمولاً در پوسته‌های فولادی لامینه شده با پره‌های خنک‌کننده قرار دارند که به دفع حدود 85 تا 110 وات انرژی گرمایی کمک می‌کند. یکی از مشکلات رایج که منجر به خرابی زودهنگام این قطعات می‌شود، تجمع گرد و غبار درون آن‌ها و مسدود کردن جریان هوا یا خوردگی اتصالات و ایجاد مقاومت اضافی است. برای مقابله با این مشکلات، مدل‌های جدیدتر از یک یا چندین یوز فیوز حرارتی استفاده می‌کنند که در صورت افزایش دما بیش از 320 درجه فارنهایت (با خطای مجاز 15 درجه) جریان برق را قطع می‌کند. این ویژگی ایمنی، تفاوت واقعی در کاهش خرابی‌ها ایجاد کرده است؛ بر اساس مطالعات اخیر، سازندگان خودرو گزارش داده‌اند که از زمان اعمال این تغییر در خودروهای تولید شده از سال 2018 به بعد، نیاز به تعویض مقاومت موتور دمنده حدود 43 درصد کاهش یافته است. این یافته‌ها در آخرین گزارش قابلیت اطمینان NASTF در سال 2023 منتشر شده است.

مسیر سیگنال از پنل کنترل HVAC به موتور دمنده

اگر کسی سرعت پنکه را در کنترل آب و هوای خودرویش روی ۲ یا ۴ انتخاب کند، سیستم در واقع ولتاژ ۱۲ ولتی را از طریق چیزی به نام ترمینال سرعت متوسط در مقاومت الکتریکی هدایت می‌کند. آنچه بعد از آن اتفاق می‌افتد تا حدی به تولیدکننده خودرو بستگی دارد، اما به طور کلی این سیستم مقاومتی بین ۱/۲ تا ۸/۳ اهم ایجاد می‌کند. این مقاومت باعث کاهش ولتاژی می‌شود که به موتور می‌رسد، به طوری که به جای ولتاژ کامل، ولتاژی در حدود ۷ تا ۹ ولت به موتور می‌رسد. سپس این جریان الکتریکی از طریق این مسیر به قطعه موتور داخلی می‌رسد و باعث چرخش آن با سرعت تقریبی ۱۲۰۰ دور در دقیقه می‌شود تا هوا را از طریق دهانه‌های تهویه جابجا کند. در مواقعی که جریان هوا به حداکثر نیاز دارد، سرعت‌های بالاتر از مقاومت کاملاً صرف‌نظر می‌کنند و جریان مستقیم باتری را ارسال می‌کنند تا به سرنشینان خودرو ضربه اضافی از هوای تازه را در روزهای گرم تابستان فراهم کنند.

کاربردها و ادغام مقاومت موتور دمنده در خودروهای مدرن

استفاده از مقاومت‌های موتور دمنده در میان خودروهای مسافربری و کامیون‌ها

بر اساس آخرین داده‌های منتشر شده از SAE International در سال 2023، مقاومت‌های موتور دمنده هنوز نقش کلیدی را در حدود 8 از هر 10 خودرو با موتور احتراقی ساخته شده بین سال‌های 2015 تا 2023 ایفا می‌کنند. این قطعات بیشتر در سیستم‌های کنترل آب و هوای دستی خودروهای اقتصادی و کامیون‌های بزرگ استفاده می‌شوند، زیرا ساختار ساده و هزینه تولید پایینی دارند. مزیت واقعی آن‌ها در کامیون‌های سنگین مشهود است، جایی که این مقاومت‌ها در برابر شرایط سخت مقاومت می‌کنند. ساختار بادوام آن‌ها امکان جریان مناسب هوا را حتی در شرایطی فراهم می‌کند که دما از زیر صفر درجه فارنهایت (-40 درجه سانتی‌گراد) تا دمای بسیار بالای 248 درجه فارنهایت (120 درجه سانتی‌گراد) نوسان دارد. این سطح از قابلیت اطمینان برای رانندگان طولانی‌پا که به راحتی مداوم در کابین خودرو در طول سفرهای طولانی نیاز دارند، بسیار مهم است.

نقش در حفظ جریان هوا و راحتی بهینه در کابین

تنظیم مقاومت الکتریکی به صورت گام به گام از حدود نیم اهم تا پنج اهم، به مقاومت موتور دمنده این امکان را می‌دهد که سرعت پنکه را به‌خوبی کنترل کند. این موضوع در رابطه با آسایش افراد درون خودرو بسیار مهم است. نحوه کار به گونه‌ای است که بین چهار تا هفت تنظیم متفاوت از جریان هوا را فراهم می‌کند. رانندگان می‌توانند نقطه مناسب را پیدا کنند که در آن نویز کمتری (حدود ۴۵ تا ۵۵ دسی‌بل در حالت کارکرد آرام) وجود دارد و در عین حال خودرو به‌اندازه کافی سریع سرد یا گرم می‌شود (تغییرات دما حدود ۳ تا ۵ درجه فارنهایت در دقیقه). آزمایش‌های با استفاده از دوربین‌های حرارتی نشان داده‌اند که مقاومت‌های با کیفیت، دمای سیم‌پیچ‌ها را حتی پس از مدت‌ها کار مداوم زیر ۳۰۰ درجه فارنهایت نگه می‌دارند، بنابراین عملکرد جریان هوا در طول زمان کاهشی نخواهد داشت.

یکپارچه‌سازی با کنترل خودکار آب و هوا و سیستم‌های مبتنی بر سنسور

پیاده‌سازی‌های مدرن مقاومت‌ها را با سنسورهای دیجیتال ترکیب می‌کنند تا شبکه‌های کنترلی ترکیبی ایجاد کنند:

این معماری امکان می‌دهد خودروهایی مانند Ford Transit 2023 نوسانات دمای کابین را در محدوده ±1 درجه فارنهایت حفظ کنند و در عین حال مزایای قابلیت اطمینان مقاومت را نسبت به ماژول‌های کاملاً الکترونیکی حفظ کنند.

بخش سوالات متداول

وظیفه مقاومت موتور بادکن چیست در سیستم HVAC خودرو؟

مقاومت موتور بادکن در سیستم HVAC خودرو سرعت فن را با تنظیم مقاومت الکتریکی کنترل می‌کند. این امکان را فراهم می‌کند که رانندگان در شرایط آب و هوایی مختلف، تنظیمات جریان هوا را برای راحتی خود انتخاب کنند.

عوامل ایجاد خرابی در مقاومت‌های موتور دمنده چیست؟

مقاومت‌های موتور دمنده اغلب به دلیل ایجاد ترک در اتصالات لحیمی شده در اثر تنش و حرکت مکرر، گرمای اضافی یا جریان هوا مسدود شده ناشی از تجمع گرد و غبار دچار خرابی می‌شوند. در مدل‌های جدیدتر، یک فیوز حرارتی به منظور جلوگیری از گرمای بیش از حد و قطع کردن برق زمانی که دما به شدت افزایش یابد، وجود دارد.

سیستم‌های PWM مدرن چگونه به بهبود بهره‌وری سیستم‌های گرمادهی و تهویه کمک می‌کنند؟

سیستم‌های PWM مدرن بهره‌وری الکتریکی را افزایش می‌دهند زیرا با قطع و وصل سریع برق، اتلاف انرژی را کاهش می‌دهند. این سیستم‌ها کنترل دقیق‌تری از سرعت دارند و دمای کابین را بهتر از سیستم‌های قدیمی‌تر در شرایط پایدار حفظ می‌کنند.

چرا ماژول‌های کنترل الکترونیکی نسبت به سیستم‌های مبتنی بر مقاومت قابل اعتمادتر هستند؟

ماژول‌های کنترل الکترونیکی به دلیل عدم وجود قطعات مکانیکی و کاهش نقاط خرابی، اغلب قابل اعتمادتر هستند. استفاده از فناوری حالت جامد باعث مدیریت بهینه از انرژی بدون سایش مکانیکی می‌شود، در حالی که مقاومت‌ها دچار این نوع فرسایش می‌شوند.

ادغام مقاومت‌های موتور بلوور در صنعت خودرو چگونه به مدیریت هزینه کمک می‌کند؟

ادغام مقاومت‌های موتور بلوور همراه با قطعات دیجیتال، یک سیستم ترکیبی ایجاد می‌کند که عملکرد و هزینه را متعادل می‌کند. این امر به تولیدکنندگان راه‌حلی کارآمد ارائه می‌دهد، در حالی که به سمت سیستم‌های کاملاً الکترونیکی گام برمی‌دارند.