CN110098749B - 逆变器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种逆变器，包括：中间框架，主电路设置在该中间框架中；上部壳体，其被设置在所述中间框架上面并被配置为容纳所述主电路；以及下部壳体，其被设置在所述中间框架下面并且具有在下部壳体的一个侧表面中形成的第一通气孔；风扇，其被设置在面向所述第一通气孔的下部壳体的其它侧表面；散热器，其被插入在所述第一通气孔和所述风扇之间；辅助外壳，其被设置在所述下部壳体下面、被配置为容纳辅助电路、并且包括在辅助外壳的至少一个侧表面中的第二通气孔；以及控制器，其被设置在所述辅助电路的主电路中。

Description

逆变器及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种其中改进了冷却结构的逆变器。
背景技术
逆变器是被配置为将直流(DC)电力改变成交流(AC)电力的单元，转换器是被配置为将AC电力改变成DC电力的单元，两个单元一般被称为逆变器。
在任何情况下，逆变器都被广泛用于驱动家庭的或工业的电子设备或电机。
图1是示出了传统逆变器的侧面剖视图。
参考图1，在传统逆变器中，用于消散由电路产生的热量的散热器20被设置在其中设置电路的中间壳体10下面，并且散热器20容纳在下部壳体30中，该下部壳体30耦合到中间壳体10的下侧。
另外，在下部壳体30的一个侧表面中可以形成主进气孔(inlet hole)31，通过该主进气孔31引入外部空气，在下部壳体30的其它侧表面上可以形成主排出孔32，通过该主排出孔32排出引入的外部空气，并且下部壳体30包括风扇40，该风扇40被设置为邻近主进气孔31并被配置为移动空气。
另外，对电路中的异物相对不敏感的差流继电器(DCR)5可以设置在下部壳体30中，并且在这种情况下，下部壳体30中的空间通过分隔件(partition)50被分成第一空间和第二空间，并且散热器20和DCR 5分别被设置在第一空间和第二空间中。
在分隔件50中形成辅助进气孔51，通过该进气孔51引入由风扇40移动的空气，并且在分隔件50中形成用于排出通过主排出孔32的空气的辅助排出孔52。
也就是说，常规的逆变器具有以下结构，其中空气由风扇40通过在下部壳体30中形成的一个主进气孔31被强制引入、在下部壳体30中通过分隔件50形成的第一空间和第二空间中强制循环、并通过一个主排出孔32排出。
在传统逆变器的这种结构中，由于考虑到用于第二空间中的气流的结构而必须形成分隔件50，所以该结构可能是复杂的并且可能减少空间的利用。
另外，由于通过风扇40强制循环的空气通过一个主进气孔31被引入、在第一空间和第二空间中被强制循环、并且通过一个主排出孔32被排出，所以在下部壳体30中产生涡流使得散热效果可能会降低。
发明内容
本发明涉及改进逆变器的下部壳体的气流结构，以便提高风扇的驱动效率和散热性能。
根据本发明的方面，提供有逆变器，包括：主外壳，其被配置为容纳主电路并且包括在主外壳的一个侧表面的下端部分中形成的第一通气孔(vent hole)；被设置在面向第一通气孔的主外壳的其它侧表面上的风扇；插入在第一通气孔和风扇之间的散热器；辅助外壳，其被设置在主外壳下面，被配置为容纳辅助电路，并包括在辅助外壳的至少一个侧表面中形成的第二通气孔；以及设置在主电路或辅助电路中的控制器。
主外壳可以包括：其中设置主电路的中间框架；在中间框架上设置并配置为容纳主电路的上部壳体；以及下部壳体，其设置在中间框架的下面并具有在下部壳体的一个侧表面中形成的第一通气孔。
可以在下部壳体的一个侧表面中形成与第一通气孔相同的多个第一通气孔，并且可以在辅助外壳的至少一个侧表面中形成与第二通气孔相同的多个第二通气孔。
第二通气孔可以在辅助外壳的每个侧表面中形成。
风扇可以旋转，使得第一通气孔成为通过入口引入外部空气的入口。
逆变器还可以包括至少一个开闭部件，其被插入在主外壳和辅助外壳之间并被配置为打开，使得主外壳与辅外壳连通(communicate)。
开闭部件可以通过控制器的控制来打开或关闭，或者手动打开或关闭。
辅助外壳还可以包括被配置为与控制器共同操作的温度传感器，并且当由温度传感器测量的辅助外壳内部的温度是预设温度时，控制器可以打开开闭部件。
在由温度传感器测量的辅助外壳内部的温度高于或等于预设的第一设定温度的情况下，控制器可以开始打开开闭部件，在由温度传感器测量的辅助外壳内部的温度高于或等于预设的第二设定温度的情况下，其可以完全打开开闭部件，并且根据在由温度传感器测量的辅助外壳内部的温度在从第一设定温度到第二设定温度范围的情况下温度的增加率来控制开闭部件的打开率。
主外壳可以包括：其中设置主电路的中间框架；上部壳体，该上部壳体被设置在中间框架上面、被配置为容纳主电路、并且包括被配置为与控制器共同操作的温度传感器；以及下部壳体，该下部壳体设置在中间框架下面并且具有在下部壳体的一个侧表面中形成的第一通气孔，其中当由温度传感器测量的上部壳体内部的温度是预设温度时，控制器可以关闭开闭部件。
主外壳可以包括：其中设置主电路的中间框架；上部壳体，该上部壳体被设置在中间框架上面并且被配置为容纳主电路；以及下部壳体，该下部壳体具有在下部壳体的一个侧表面上形成的第一通气孔、被设置在中间框架下面、并且包括被配置为与控制器共同操作的温度传感器，其中当由温度传感器测量的下部壳体内部的温度是预设温度或更低时，控制器可以打开开闭部件。
开闭部件可以插入在第一通气孔和散热器之间或者散热器与风扇之间。
差流继电器(DCR)可以设置在辅助外壳中对应于散热器的位置处。
当电路的输出电流是预设电流值或更大时，控制器可以打开开闭部件。
控制器可以根据每个电路的输出电流值或开闭部件的打开程度来控制风扇的转速。
根据本发明的另一方面，提供了一种控制逆变器的方法，该方法包括：旋转其中设置散热器的下部壳体中的风扇以散热；感测设置在下部壳体下面的辅助外壳内部的温度，或设置在辅助外壳中的辅助电路的温度；以及当辅助外壳内部的温度高于预设温度，或者辅助电路的温度高于预设温度，或者主电路和辅助电路中的每个的输出电流是预设电流值或更大时，打开设置在下部壳体的底表面或辅助外壳的上表面上的开闭部件。
开闭部件的打开可以包括：当辅助外壳内部的测量温度或设置在辅助外壳中的辅助电路的测量温度高于或等于预设的第一设定温度时，开始打开开闭部件；在辅助外壳内部的测量温度高于或等于预设的第二设定温度的情况下，完全打开开闭部件；以及根据当所测量的温度在第一设定温度和第二设定温度的范围时温度的增加率来控制开闭部件的打开率。
开闭部件的打开可以包括：当在打开开闭部件之后设置在下部壳体上面并被配置为容纳主电路的上部壳体的温度增加到预设温度或更高时，关闭开闭部件的部分或全部。
该方法还可以包括根据在开闭部件打开之后的开闭部件的打开程度来控制风扇的转速。
附图说明
通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，本发明的上述和其它目的、特征以及优点对于本领域普通技术人员将变得更加明显，在附图中：
图1是示出了传统逆变器的侧面剖视图；
图2是示出了根据本发明实施例的逆变器的透视图；
图3是图2的侧面剖视图；
图4是示出了根据本发明实施例的其中上部壳体、主电路以及中间框架被移除的逆变器的透视图；
图5是图4的正视图；
图6是示出了根据本发明实施例的其中元件被模块化的逆变器的视图；
图7是示出了当根据本发明实施例的开闭部件关闭时的气流状态的视图；
图8是示出了当根据本发明实施例的开闭部件打开时的气流状态的视图；以及
图9是根据本发明实施例的逆变器的控制方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。
除非特别限定，否则说明书中所有术语的含义与本领域技术人员理解的一般含义相同，并且在说明书中使用的术语的含义与对应术语的一般含义相冲突的情况下，含义服从说明书中使用的定义。
然而，下面将描述的发明仅用于描述本发明的实施例，而不是用于限制本发明的权利要求，并且在整个说明书中相同的组件由相同的参考数字表示。
图1是示出了传统逆变器的侧面剖视图，图2是示出了根据本发明实施例的逆变器的透视图，图3是图2的侧面剖视图，图4是示出了根据本发明实施例的其中上部壳体、主电路以及中间框架被移除的逆变器的透视图，图5是图4的正视图，并且图6是示出了根据本发明实施例的其中元件被模块化的逆变器的视图。
图7是示出了当根据本发明实施例的开闭部件关闭时的气流状态的视图，
图8是示出了当根据本发明实施例的开闭部件打开时的气流状态的视图。
参照图2到图8，根据本发明实施例的逆变器1可以主要包括电路100、主外壳200、辅助外壳240以及驱动器300。
电路100可以主要被划分为主电路110和辅助电路120，并且可以根据主电路110还是辅助电路120可以设置在将在下面描述的辅助外壳240中来区别这种划分。
例如，主电路110设置在将在下面描述的上部壳体220中。主电路110可以包括被配置为将直流(DC)电力切换成高频电力的开关元件，例如，晶体管、晶闸管、功率晶体管或绝缘栅双极晶体管(IGBT)。
辅助电路120是产生相对低的热量并几乎不受异物影响的元件，并且设置在辅助外壳240中以便暴露在用于自然通风的外部。例如，辅助电路120可以包括差流继电器(DCR)或电磁兼容性(EMC)滤波器等。
同时，控制器130可以设置在主电路110或辅助电路120中，并且将在下面描述控制器130的控制。
主外壳200容纳主电路110，并且第一通气孔231可以在主外壳200的一个侧表面的下端部分中形成。
具体地，主外壳200可以顺序地主要包括中间框架210、上部壳体220以及下部壳体230。
中间框架210基本形成为板状，并且主电路110设置在中间框架210的上侧，并且散热器310耦合到中间框架210的下侧。
上部壳体220是设置在中间框架210上方并且被配置为容纳主电路110的盖子。用于自然散热的多个上部通气孔221可以在上部壳体220的至少一个侧表面处形成。
下部壳体230形成空间，在该空间中容纳将在下面描述的驱动器300的散热器310并设置风扇320。下部壳体230可以设置在中间框架210下面。
另外，第一通气孔231可以在下部壳体230的一个侧表面中形成。根据风扇320的正转或反转，第一通气孔231可以是用于外部空气的入口或用于内部空气的出口。
另外，为了使由风扇320强制移动的空气更平稳地流动，可以在下部壳体230的一个侧表面中形成多个第一通气孔231。
辅助外壳240设置在下部壳体230下面并且容纳辅助电路120，并且第二通气孔241可以在辅助外壳240的至少一个侧表面中形成。
另外，多个第二通气孔241可以在辅助外壳240的至少一个侧表面中形成。为了提高自然冷却效率，如图所示，第二通气孔241可以在辅助外壳240的所有表面中形成。
另外，虽然未示出，但可以在辅助外壳240下面提供nth辅助外壳，并且nth辅助外壳可以形成为与辅助外壳240相同。
在这种情况下，开闭部件330可以设置在nth辅助外壳中，使得空气可以最终由风扇320强制地移动。
另外，上部通气孔221、第一通气孔231和/或第二通气孔241可以具有垂直于地面的长孔形状或者长侧与地面平行的的矩形形状。因此，可以将相同量的空气引入到相同的空间和从相同的空间排出，使得设置在辅助外壳240中的散热器310或DCR可以被有效地冷却。
驱动器300可以包括散热器310、风扇320、开闭部件330以及温度传感器340，并且还可以包括未示出的辅助风扇350。
散热器310可以设置在中间框架210中、容纳在下部壳体230中、以及吸收当驱动主电路110时产生的热量以散发热量。
散热器310可以大致包括散热板和设置在散热板上的多个散热片(heatdissipation fins)。
另外，散热器310可以插入在第一通气孔231(在下部壳体230的一个侧表面中形成)和风扇320之间，以有效地利用由风扇320产生的气流来散发热量。
如图所示，风扇320设置在面向第一通气孔231的下部壳体230的其它侧表面上，并且两个风扇320可以平行设置。然而，风扇320的数量可以根据电路100的热产生程度容易地增加或减少。
另外，风扇320的正转或反转以及转速可以由控制器130控制。下文中，将描述风扇320旋转，使得第一通气孔231成为通过其引入外部空气的入口。
开闭部件330可以插入在主外壳200和辅助外壳240之间并且被控制为打开，使得主外壳200与辅助外壳240连通。
具体地，至少一个开闭部件330可以设置在下部壳体230的底表面或辅助外壳240的上表面。通过打开开闭部件330，下部壳体230的内部可以与辅助外壳240的内部连通。
另外，开闭部件330可以通过控制器130的控制来打开或关闭，或手动打开或关闭。
另外，开闭部件330可以插入在第一通气孔231和散热器310之间，或者散热器310和风扇320之间。
另外，开闭部件330也可以设置在下部壳体230的整个底表面或辅助外壳240的整个上表面上。
当开闭部件330关闭时，风扇320的驱动力仅被施加到下部壳体230，并且使用自然冷却方法来冷却辅助外壳240中的辅助电路120。
这里，设置在下部壳体230中的插入在风扇320和散热器310之间的开闭部件330，在与风扇320的驱动力的流体力学关系方面可以是最有效的。
在这种情况下，辅助电路120(例如DCR)可以设置在对应于散热器310的位置处以更有效地传递热量。
温度传感器340可以设置在辅助外壳240中、测量辅助外壳240内部的温度、以及将关于温度的信息传递到控制器130。
也就是说，温度传感器340被设置为测量由辅助外壳240中的辅助电路120产生的热量的数量，以便打开开闭部件330。因此，温度传感器340也可以直接测量辅助电路120的温度。
另外，温度传感器340可以设置在上部壳体220中、测量上部壳体220内部的温度、以及将关于温度的信息传递到控制器130。
也就是说，温度传感器340被设置为测量由上部壳体220中的主电路110产生的热量的数量，以便打开开闭部件330。因此，温度传感器340也可以直接测量主电路110的温度。
另外，温度传感器340可以设置在上部壳体220的内部和辅助外壳240的内部中的每个处。因此，控制器130从温度传感器340中接收上部壳体220的内部和辅助外壳240的内部中的每个的温度，以选择性地打开开闭部件330。
另外，温度传感器340可以设置在下部壳体230中。当下部壳体230内部的温度是预设温度或更低时，控制器130可以打开开闭部件330。
同时，虽然未示出，但辅助风扇350可以像设置在下部壳体230中的辅助风扇350那样设置在辅助外壳240的一侧。在这种情况下，开闭部件330不打开。
图9是根据本发明实施例的逆变器的控制方法的流程图。
以下将参照图9描述根据本发明实施例的逆变器1的控制方法和控制器130的控制。
当电路100被驱动时，电路100不可避免地产生热量。
尽管由主电路110产生的热量的一定数量通过上部壳体220的上部通气孔221自然排出，但热量的大部分数量被传递到设置在主电路110下面的散热器310。
传递到散热器310的热量通过由控制器130控制的风扇320的旋转而从下部壳体230消散(S10)。
也就是说，下部壳体230内部的热量通过由风扇320强制循环的空气而消散。
另外，根据辅助电路120的驱动，辅助电路120(例如，设置在辅助外壳240中的DCR)可以产生热量。由辅助电路120产生的热量由于在辅助外壳240的至少一个侧表面中形成的第二通气孔241而自然消散。
在图7中示出了开闭部件330关闭的状态下的气流。黑色箭头表示下部壳体230中的气流，并且灰色箭头表示辅助外壳240中的气流。
然后，温度传感器340感测辅助外壳240内部的温度或设置在辅助外壳240中的辅助电路120的温度(S20)。
当辅助外壳240内部的测量温度高于预设温度，或者辅助电路120的温度高于预设温度，或者电路100的输出电流是预设电流值或更大时(S30)，控制器130可以打开设置在下部壳体230的底表面或辅助外壳240的上表面上的开闭部件330(S40)。
打开开闭部件330，然后辅助外壳240内部的气流受到由风扇320强制移动的空气的影响，从而可以提高辅助电路120的冷却效率。
另外，为了保持或增加下部壳体230中的空气的流动力，控制器130可以根据电路100的输出电流值或开闭部件330的打开程度来控制风扇320的转速(S50)。
另外，控制器130可以根据温度的变化来不同地控制开闭部件330的打开率或关闭率。
例如，当由温度传感器340测量的辅助外壳240内部的温度高于或等于预设的第一设定温度时，控制器130开始打开开闭部件330。在由温度传感器340测量的辅助外壳240内部的温度高于或等于预设的第二设定温度的情况下，控制器130完全打开开闭部件330。当所测量的温度在从第一设定温度到第二设定温度的范围时，控制器130可以根据温度的增加率来控制开闭部件330的打开率。
更具体地，在辅助外壳240的温度是预设的初始温度X℃的情况下，控制器130可以将开闭部件330打开为仅10％。当其温度是预设的最大温度Y℃时，控制器130可以将开闭部件330打开为100％。在其温度是从X℃到Y℃的范围中的中间温度的情况下，控制器130可以将开闭部件330打开为50％。
另外，在提供多个开闭部件330的情况下，当如上所述改变温度时，控制器130还可以控制一些开闭部件330，以打开并控制剩下未打开的开闭部件330。
另外，主热源是设置在上部壳体220中的主电路110。因此，在打开开闭部件330之后上部壳体220的温度增加到预设温度或更高的情况下，控制器130可以关闭开闭部件330的部分或全部。
另外，在下部壳体230的温度低于预设温度的情况下，控制器130可以打开开闭部件330以自然冷却下部壳体230，像辅助外壳240那样。另外，控制器130可以轻轻地驱动风扇320以利用空气的小移动来消散下部壳体230的热量。
在图8中示出了开闭部件330打开的状态下的气流，黑色箭头表示下部壳体230中的气流，并且灰色箭头表示辅助外壳240中的气流。
在打开开闭部件330之后，温度传感器340可以感测上部壳体220的温度(S60)。在上部壳体220的温度增加到预设温度或更高的情况下(S70)，控制部130可以关闭开闭部件330的部分或全部，以抑制主电路110的温度增加(S80)。
另外，即使当关闭开闭部件330的部分或全部时，控制器130也可以相应地控制风扇320的转速(S90)。
也就是说，根据本发明实施例的逆变器1通常强制地冷却设置在下部壳体230中的散热器310，以使用风扇320来消散主电路110的热量。另外，在逆变器1中，由于其中设置有辅助电路120的辅助外壳240被自然冷却，所以风扇320的冷却效率和驱动效率得到提高。
然而，当辅助电路120的温度增加时，控制器130打开开闭部件330的部分或全部，并且增加风扇320的转速。因此，由于冷却速度可能增加，所以优点在于风扇320的冷却效率和经济使用得到提高。
在本发明中，首先，由于形成主空间的下部壳体的内部被风扇强制冷却，并且形成辅助空间的辅助外壳的内部自然冷却，所以散热器的热量可以快速且经济地消散。然而，当检测到输出电流增加或上部壳体、下部壳体或辅助外壳的内部温度增加时，辅助外壳的空间朝下部壳体灵活地打开。因此，由于辅助电路被强制冷却，所以可以快速且有效地消散热量。
如上所述，在不脱离本发明的技术精神的情况下，本领域技术人员可以对本发明的上述示例性实施例进行各种改变和修改，并且本发明的技术范围必须被限定为不通过实施例的描述，但通过所附权利要求及其等同物的描述。

Claims (13)

1.一种逆变器(1)，其中，包括：
主外壳(200)，其被配置为容纳主电路(110)并且包括在主外壳(200)的一个侧表面的下端部分中形成的第一通气孔(231)；
风扇(320)，其被设置在面向所述第一通气孔(231)的所述主外壳(200)的其它侧表面上，所述风扇(320)旋转，使得所述第一通气孔(231)成为通过其引入外部空气的入口或者内部空气的出口；
散热器(310)，其被插入在所述第一通气孔(231)和所述风扇(320)之间；
辅助外壳(240)，其被设置在所述主外壳(200)下面，被配置为容纳辅助电路(120)，并且包括在所述辅助外壳(240)的至少一个侧表面中形成的第二通气孔(241)；
控制器(130)，其被设置在所述主电路(110)或所述辅助电路(120)中；以及
至少一个开闭部件(330)，在所述主外壳(200)和所述辅助外壳(240)之间被配置为打开以使得所述主外壳(200)与所述辅助外壳(240)连通。
2.根据权利要求1所述的逆变器(1)，其中，所述主外壳(200)包括：
中间框架(210)，所述主电路(110)被设置在所述中间框架(210)中；
上部壳体(220)，其被设置在所述中间框架(210)上面并且被配置为容纳所述主电路(110)；以及
下部壳体(230)，其被设置在所述中间框架(210)下面并且具有在所述下部壳体(230)的一个侧表面中形成的所述第一通气孔(231)。
3.根据权利要求2所述的逆变器(1)，其中，
在所述下部壳体(230)的一个侧表面中形成多个所述第一通气孔(231)；并且
在所述辅助外壳(240)的至少一个侧表面中形成多个所述第二通气孔(241)。
4.根据权利要求1所述的逆变器(1)，其中，所述第二通气孔(241)在所述辅助外壳(240)的每个侧表面中形成。
5.根据权利要求1所述的逆变器(1)，其中，所述开闭部件(330)通过所述控制器130的控制来打开或关闭，或手动打开或关闭。
6.根据权利要求1所述的逆变器(1)，其中，
所述辅助外壳(240)还包括被配置为与所述控制器(130)共同操作的温度传感器(340)；并且
当由所述温度传感器(340)测量的所述辅助外壳(240)内部的温度是预设温度时，所述控制器(130)打开所述开闭部件(330)。
7.根据权利要求6所述的逆变器(1)，其中，所述控制器(130)
在由所述温度传感器(340)测量的所述辅助外壳(240)内部的温度高于或等于预设的第一设定温度的情况下，开始打开所述开闭部件(330)；
在由所述温度传感器(340)测量的所述辅助外壳(240)内部的温度高于或等于预设的第二设定温度的情况下，完全打开所述开闭部件(330)；以及
在由所述温度传感器(340)测量的所述辅助外壳(240)内部的温度在从所述第一设定温度到所述第二设定温度的范围的情况下，根据温度的增加率来控制所述开闭部件(330)的打开率。
8.根据权利要求1所述的逆变器(1)，其中，所述主外壳(200)包括：
中间框架(210)，所述主电路(110)被设置在中间框架(210)中；
上部壳体(220)，其被设置在所述中间框架(210)上面，被配置为容纳所述主电路(110)，包括被配置为与所述控制器(130)共同操作的温度传感器(340)；以及
下部壳体(230)，其被设置在所述中间框架(210)下面，并且具有在所述下部壳体(230)的一个侧表面中形成的所述第一通气孔(231)，
其中当由所述温度传感器(340)测量的上部壳体(220)内部的温度是预设温度时，所述控制器(130)关闭所述开闭部件(330)。
9.根据权利要求1所述的逆变器(1)，其中，所述主外壳(200)包括：
中间框架(210)，所述主电路(110)被设置在中间框架(210)中；
上部壳体(220)，其被设置在所述中间框架(210)上面，并被配置为容纳所述主电路(110)；以及
下部壳体(230)，其具有在所述下部壳体(230)的一个侧表面中形成的所述第一通气孔(231)，被设置在所述中间框架(210)下面，并且包括被配置为与所述控制器(130)共同操作的温度传感器(340)；
其中当由所述温度传感器(340)测量的所述下部壳体(230)内部的温度是预设温度或更低时，所述控制器(130)打开所述开闭部件(330)。
10.根据权利要求1所述的逆变器(1)，其中，所述开闭部件(330)被插入在所述第一通气孔(231)和所述散热器(310)之间，或者被插入在所述散热器(310)和所述风扇(320)之间。
11.根据权利要求10所述的逆变器(1)，其中，差流继电器(DCR)被设置在所述辅助外壳(240)中的对应于所述散热器(310)的位置处。
12.根据权利要求1所述的逆变器(1)，其中，当所述主电路(110)和所述辅助电路(120)中的每个的输出电流是预设电流值或更大时，所述控制器(130)打开所述开闭部件(330)。
13.根据权利要求1所述的逆变器(1)，其中，所述控制器(130)根据所述主电路(110)和所述辅助电路(120)中的每个的输出电流值或所述开闭部件(330)的打开程度来控制所述风扇(320)的转速。
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