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DAY 22
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自我挑戰組

ESP32 Micropython 從入門到實用系列 第 22

22.DC變頻電風扇 DIY 材料(上)

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今天我們不聊程式設計,先來談談我爲何對於 DC 無刷變頻電風扇有興趣,以及如何選擇相關的 DIY 材料。

大約十多年前,我在大衆認爲的血汗工廠從事新產品研發工作,主要是節能小電腦與穿戴式裝置的產品,那時大老闆說公司要發展電動車,並且認爲競爭對手比亞迪憑什麼做電動車!汽車是百年工業,比亞迪什麼都不懂,註定要失敗。但是當時大老闆卻有兩個領域公司不碰:電動馬達與電池技術,或許認爲這些領域對於當時以組裝代工爲主的企業太專業或是太危險了!萬一出事了可能賠不起。然而,我個人卻認爲,無刷變頻馬達技術與電池管理技術才是電動車成功的重要關鍵因素!所以,那時雖然我並不在汽車相關領域的事業群工作,但是私底下開始關注無刷變頻馬達與電池相關的技術。

我受過完整的傳統電機專業訓練,從室配、工配、到電動機、發電機、輸配電等,所以我在網路看到 林果兒的影片 時,非常有感觸,我記得我在學的時候有近半個學期,學校的期末作業,是實際繞出類似影片中的發電機或電動機(不是"一組人"繞一台,而是每人各繞一台,有好幾個題目可抽籤,有三相的、單相的、發電機、電動機等等...),我不曉得現在臺灣的學校是否還實際做這些實習?我想光消耗的銅線成本,學校應該承受不起了吧!

但是,我從那學校畢業之後,也拿到部分專業證照,卻沒有從事過傳統電機相關的工作。大老闆雖然沒有做電池,但卻投資了電池大廠新普,新普的老闆也因此常來土城,專題演講一些電池技術,我也從中學習到一點點鋰電池的知識。

電動機也算是我的專業,但是我當時在學校讀書的時候(40幾年前),可用在變頻技術的功率開關半導體以及 MCU 非常的昂貴,很多現在常用的半導體變頻技術,當時都還只是在實驗室研究階段。換句說,我跟您一樣,一開始對這些技術完全是小白!我也是從 DIY 一些有趣的小實驗開始做起。

例如,無刷馬達到底是如何工作的?那時剛好是光碟機的淘汰期的開始,許多現成的模組可以用來驅動光碟機上的無刷馬達,可以用來做一些 DIY 的小東西或實驗。我也是從這裡開始學習這種三相無刷馬達是如何被控制的,然後再慢慢瞭解到多極馬達,以及轉速與扭力的關係。這樣的控制板,您可以想像就是 DC 無刷變頻馬達內的控制板 (光碟機內的無刷馬達,就只有馬達本體,沒有控制板電路,用來學習變頻轉速控制,真的非常的剛好!)。有關無刷變頻馬達的原理,您可以參考這個影片:无刷电机!

後來,我進一步研究比較大一點的無刷變頻馬達,從 DC 無刷變頻電風扇,到電動助力自行車的馬達等等。由於敝人口袋比較淺,因此當時選擇了幾款比較便宜也較沒有名氣品牌的 DC 變頻電風扇來拆解,一開始是選電阻旋鈕做到無段變速的機種,這其實是相當於前面提到的,控制光碟機轉速的模組,將旋鈕電阻相關的調速輸入機制電路拉出外面來。我也從中國大陸買了兩台電動助力自行車,一大一小,用來研究。

我拆解 DC 變頻風扇馬達,能拆的都儘量拆,甚至連解下 C 型環的工具都用上了,主要是想一窺馬達的內部構造。拆解幾個之後,再比較傳統的 AC 電風扇:
https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20231007/20140037mhF4RMNnI6.jpg
這兩個馬達,都是從 14“ 桌立扇拆下來的,左邊的是傳統的 AC 風扇馬達右邊的是 DC 變頻風扇馬達

我們從側邊放大一下來看 AC 電扇的用料:
https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20231007/20140037jYsO9QFlGZ.jpg
我只能用一句話來形容,真的是滿滿的銅線與矽鋼片!!!(這代表的是成本啊!)

接着我們打開 DC 變頻馬達的內部:
https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20231007/20140037syMGajB6Bu.jpg
這銅線與矽鋼片也太精簡了吧! 底部有一片圓形的馬達控制電路板。

再看看外轉子:
https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20231007/201400374RaqIrnckk.jpg
沒錯!整個風扇馬達就像是一個放大版的 電腦散熱風扇馬達 !

假如電風扇最貴的元器件是馬達的話,以現況的材質,若 AC 電風扇馬達都是真實的銅電機材質,加上定、轉子那麼多的矽鋼片成本,理論上應該遠高於 DC 變頻電風扇啊!那到底變頻電風扇的最終售價,爲何遠高於傳統 AC 電風扇那麼多,這實在是耐人尋味的問題啊 !!!

如果您用 google 查一下,”消防統計 電風扇電線走火“,就知道傳統老舊家用 AC 電風扇的隱患很大! 應該要淘汰了!
https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20231007/201400375DuzXuDAcj.png

接下來,請您看一下海賊王DIY日記的兩個影片:

再看看 Pigoo 論壇的這一篇新文章:AC風扇改成DC風扇

Pigoo的文章使用的 DIY 套件,已經是第三代的馬達了,您必須注意的是,這個第三代套件不適合我們用 MCU 控制,而是方便把改成與原有 AC 三段一樣的功能,可以完美的將 AC 扇改成 DC 扇,並在最大程度上不改變外觀。

從海賊王DIY的影片中,有一點在這裡補充,我們知道變頻風扇在低風速的時候,節能的程度遠比一般認知的:"省一半的電力"還更省電,是比 AC 扇省 5-10 倍的電力。以傳統的 AC 扇在第三檔的功率 50 W 而言,DC 變頻風扇在相同的轉速下大約 5-10 W,在政府官方的檢測報告有個盲點,效能測試太過於僵化,只測最高風速時的功耗,這樣感覺 DC 扇的省電功能並不大。若是您使用風扇都是在低風速使用,那您改用 DC 變頻風扇會省下不少的電力。而且使用 DC 變頻風扇最大的好處是可以調出極低速的風速,直接對人吹很舒服,晚上吹整晚也不容易感冒,功耗也大約 1-2 W 而已。

另外 DC 扇(或材料)真的很貴嗎?到底貴在哪裏?容易壞嗎?我想這些議題,等您做完這個 DIY 之後心理會有答案。

我們明天再繼續探討這些從網路上買來的 DIY 零件。


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