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DAY 24
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ESP32 Micropython 從入門到實用系列 第 24

24.DC 變頻風扇馬達調速(上)

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可能很多人有疑問:風扇調速,阿不就是送個 PWM 信號進去就好了!爲何需要單獨拉出來講? 這若是在電腦的散熱風扇,的確是這樣,而且 Intel 有制定一些規範讓廠家可以遵循,因此幾乎都是同樣或是相容的規格。

然而在 DC 變頻電風扇馬達這領域來說,並沒有一個制式的調速標準,有些電風扇馬達的確與 PC 散熱風扇的規格差不多,然而或許是電風扇馬達的功能比較多,有些帶剎車功能,有些有轉速輸出等等,我最近剛好買了四種不同的馬達,非常湊巧的,他們的速度控制方式竟然不太一樣!

大部分的賣家其實都有配合的調速板一起販售(您可以參考昨天的圖片),所以也順便買調速板回來做個研究,並在這裡說明。

第一個馬達:Nidec 48F702N060

https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20231009/20140037sqr6n1Ukix.jpg
這是大約在四年前買的馬達,在網路上可以找到一些 48F 系列馬達的資料手冊,但就調速上面並不統一!
我有買一片適配給這馬達的調速控制板:
https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20231009/20140037GJoSPN7GXd.jpg
右邊兩個接線端子是12-24V電源輸入,下面從右到左,依序是:12-24V電源輸出至電扇,5V供電,PWM調速,剎車,正/反轉控制。

用邏輯分析儀量測,發現只是普通的PWM調速,旋鈕由左向右旋轉,duty由小變大,0 ~ 100% 調變。

這個調速板,內置一個 CH552G MCU:
https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20231009/201400374Lpwg7zwAk.png
這個 MCU 也可以用 Arduino 來開發韌體:Arduino 用在產品上太貴?有聽過 CH552G 嗎?
看起來要修改程式,應該不難!

第二個馬達:DSZ20-MT02

https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20231009/201400376zKNA5EWnW.jpg
這個馬達跟海賊王影片中的馬達是一樣的,賣家附上一個簡易旋鈕的調速板:HW-687
https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20231009/20140037ahyhXYbSfL.jpg
網路上已經有人分析了這個模組:实物解析 HW-687直流电机调速控制模块
而且調速的接法非常奇特:接24V風扇電源正負,然後將馬達調速(PWM)腳位,接到 HW-687 模組的 M- 即可!這實在是太奇特了,海賊王用示波器量了老半天信號不得其解!我這邊詳細的來解說一下:
電路圖如下:
HW-657電路圖
這模組本來用在有刷直流馬達的調速,M- 接到一個 MOSFET 開關,此開關導通後將 M-拉到地,這樣就可以對馬達供電,藉由 555 來調整 MOSFET 開關的頻率,相當於調整M+ M- 的電壓,例如,24V供電,可以調整爲 0-24V輸出,剛好可以給有刷直流馬達來調速。

用此調速模組來調 MT02 馬達轉速,這想法十分天才!因爲只將調速信號接到 M-,而M+是空着的!

原因是這個馬達的調速跟第一個馬達不同,若用 PWM 來控制,duty 越小,轉速反而越大,調速信號整個直接接地時,轉速最大!這樣您瞭解了嗎?我們調整旋鈕,就是調整 調速信號 接地的時間,向右旋轉,接地越久,轉速越高!

這模組電壓可能高達24V,會不會把馬達調速信號接腳給燒了!應該不會,因爲這模組內部有個反向二極體 RS1M 保護著。

或許因爲我買比較多顆馬達來研究改裝,賣家非常熱心的送給我一套遙控調速板(含昨天所拍攝的遙控發射器):
https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20231009/20140037CrKtL1xBZ1.jpg
這跟第一個馬達的調速好像啊!翻開背面,竟然是同一家公司出的板子!讓我瞭解了,這個調速板是有供應鏈的,縱使壞了,也容易再買到,但問題是,買來就能用上來控制我們的馬達嗎?讓我們慢慢分解細說......

第三個馬達:MT15A5P24V F113T40

https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20231009/20140037p2olcTIyUR.jpg
這個風扇沒有機械擺頭機構,也就是說,只能接上電動擺頭馬達來控制左右擺頭,終於邁向更高級功能的 DC 變頻風扇了!
配套的調速控制板:一個有遙控功能,另一個無遙控功能
https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20231009/20140037yqHxyF7Epj.jpg
看外觀就知道,前面兩個馬達調速板同一家供應商,MCU 也是CH552G,而這兩片的售價差很多,上面的不帶遙控器功能,下面的還送一個遙控發射器。但是在我看來,板子只是接線端子顏色不一樣,其它沒有什麼不同,就不帶遙控器功能的板子,上面沒有焊上紅外線接收感測器元件而已!

這個馬達的PWM控制有點奇特!所以賣家一直說只能配套買,若是買他賣場的其它頁面的控制板(同一個板子),因爲韌體沒有爲這個風扇特調,可能無法控制,或者控制不順!

我因此去瞭解了這個調速控制板,爲何廠家宣稱這個控制板可以控制 90% 以上的風扇變頻馬達?原來板子的後面有三個跳線 pad,開路/短路組合,可以控制 8 種不同類型的變頻風扇馬達:
我把兩個調速板廠商簡介的功能列表如下:
以下是第一代調速板功能:
https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20231009/20140037wh9LiuftIh.png
以下是第二代調速板功能:
https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20231009/20140037Gmv3UNJKsS.png
遙控功能:
https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20231009/20140037SQjeaCsyzE.png

在此,並不是要您記住這個板子如何使用,事實上我們並不使用配套的調速板,相反的,這些功能,我們需要根據您馬達的特性,用程式軟體來實現,列在這裡,只是方便您查看可能的規格。

然而,這個馬達的調速規格是:duty 超過 20%,馬達開始轉,duty 越大,轉速越高,但是當duty 超過 80% 的時候,馬達會急剎車!!!顯然,這特殊的規格,不在上面的幾種控制模式之內。

第四個馬達:Nidec 48F704RA00

https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20231009/20140037PMVK0Yx6DQ.png
這個馬達的調速,竟然不是調佔空比,而是調頻率,買來本只是實驗,才100臺幣左右,沒想到效果竟然非常好,只是轉軸有點短,不適合舊風扇的改造!

調速程式的部分,我們明天再說明!

臺製的風扇不是品質的保證!!!

您看到今天介紹的調速板,有沒有發現廠家使用用來調速的可變電阻,都是密閉型或是精密型的,這樣水氣就不容易進入到可變電阻內部,可變電阻的碳膜壽命也可能會長久一點,我開始使用變頻風扇已經超過十年了,到目前爲止,都還沒有燒過一顆馬達,有幾臺機器甚至是365天無間斷的吹了好多年(南部天氣比較熱,也需要通風),大約在 1˜3W 極低的功率的吹,然而,劣質的可變電阻,大約1~2年就會壞了!下面是我換下來電阻的合照,每一個代表著可能因此被報廢的電扇!!!
https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20231009/20140037VnaJ3vTfx0.jpg

我後來都改換成密閉型的可變電阻了!


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