BLDC Hallov senzor: kako radi, vrste i vodič za rješavanje problema

Što je Hallov senzor u BLDC motoru

Povucite završnu kapicu s većine istosmjernih motora bez četkica i pronaći ćete tri sićušne komponente grupirane u blizini namota, svaka jedva veća od zrna riže. To su Hallovi senzori, a bez njih - ili zamjene kao što je senzor povratnog EMF-a - motor nema načina da zna u kojem smjeru treba gurati.

Hallov senzor detektira magnetska polja koristeći Hallov efekt: kada magnetsko polje prolazi okomito na element s strujom, ono gura nositelje naboja u jednu stranu, stvarajući mjerljiv napon. U BLDC motoru, tri od ovih senzora nalaze se na statoru blizu nepogonskog kraja, postavljeni tako da trajni magneti rotora prolaze pored njih dok se osovina okreće. Svaki senzor prebacuje visoko ili nisko ovisno o tome je li u blizini sjeverni ili južni pol, a kombinacija sva tri signala govori kontroleru gdje se točno nalazi rotor u bilo kojem trenutku — čak i kada se motor ne miče.

Kako Hallovi senzori pokreću komutaciju

Trofazni BLDC motor treba svoju struju namota uključiti ispravnim redoslijedom kako bi se rotor okretao - proces koji se naziva komutacija. Hallovi senzori to omogućuju dajući regulatoru izravno očitavanje položaja rotora, umjesto da ga prisiljavaju da neizravno zaključi položaj.

S tri senzora raspoređena oko statora, magneti rotora proizvode jednu od šest mogućih kombinacija visoko/nisko dok prolazi kroz puni električni okretaj. Svaka kombinacija odgovara određenom sektoru od 60°, a kontroler koristi tablicu za pretraživanje kako bi odlučio koje dvije od tri faze trebaju biti uključene za taj sektor. Kako rotor napreduje u sljedeći sektor, Hallov uzorak se mijenja, kontroler se prebacuje na sljedeći par namotaja, a rotirajuće magnetsko polje nastavlja povlačiti rotor naprijed - šest diskretnih koraka po električnom ciklusu, poznato kao trapezoidna ili šestostupanjska komutacija.

To je i razlog zašto su Hallovi senzori najvažniji u mirovanju i maloj brzini. Kontroler koji se oslanja na povratni EMF nema što čitati dok se motor već ne okreće dovoljno brzo da generira upotrebljiv signal; motor opremljen Hall-om prijavljuje svoj položaj od trenutka kada se uključi napajanje, zbog čega senzorski dizajni počinju čisto pod opterećenjem bez nagađanja otvorene petlje.

Vrste Hallovih senzora

Ne ponašaju se svi Hallovi senzori na isti način, a razlika je važna kada specificirate ili rješavate probleme s motorom.

• Digitalni unipolarni senzori uključite kada bilo koji magnetski pol prođe u blizini i isključite kada polje padne. Jednostavni su i jeftini, ali rjeđi u BLDC komutaciji jer ne razlikuju tako jasno polaritet polova.
• Digitalni bipolarni (sa zaključavanjem) senzori uključiti u prisutnosti jednog pola i isključiti tek kada dođe suprotni pol — držeći svoje stanje između. Ovo ponašanje zaključavanja daje čiste, ponovljive prijelaze i standardni je izbor za BLDC komutaciju.
• Analogni (linearni) senzori izlazni napon proporcionalan jakosti polja umjesto jednostavnog signala za uključivanje/isključivanje. Rjeđe se koriste za osnovnu komutaciju, ali se pojavljuju u aplikacijama kojima je potrebna finija rezolucija položaja kroz interpolaciju.

Ključni kriteriji odabira

Odabir Hallovog senzora - ili procjena onog koji je već ugrađen u motor - svodi se na pregršt parametara koji izravno utječu na točnost komutacije i učinkovitost motora.

Dublja tehnička raščlamba ovih parametara, uključujući kako se vrijednosti BOP i BRP čitaju iz podatkovne tablice, dostupna je u ovom Vodič za odabir Hall-effect senzora iz Portescapa .

Senzorirana vs senzorska BLDC kontrola

Hallovi senzori nisu jedini način za komutaciju BLDC motora, a alternativa — kontrola bez senzora, zasnovana na povratnom EMF-u — mijenja jedan skup snaga za drugi.

Senzorirani motori daju pouzdan startni moment pod opterećenjem, budući da je položaj poznat čak i pri nula okretaja u minuti, i dobro se drže u primjenama s čestim pokretanjima, zaustavljanjima ili promjenama smjera. Cijena je dodatno ožičenje - obično petožilni svežanj - i još jedna komponenta koja može otkazati zbog topline, vibracija ili lošeg konektora. Kontrola bez senzora u potpunosti eliminira to ožičenje i povezanu točku kvara, ali ne može odrediti položaj rotora sve dok se motor već ne okreće dovoljno brzo da generira detektabilni povratni EMF, što znači rampu pokretanja otvorene petlje prije nego što kontrola zatvorene petlje preuzme kontrolu.

Za motore koji neprekidno rade umjerenom do velikom brzinom - ventilatori, pumpe, pogon bespilotnih letjelica - dizajni bez senzora često su praktičniji izbor. Za sve što treba pouzdan okretni moment od starta - dizanja s izravnim pogonom, pozicioniranje u servo stilu, motori glavčine e-bicikla koji se povlače od zaustavljanja na uzbrdici - Hallovi senzori ostaju sigurniji odabir. Ovaj kompromis je dublje istražen u ovoj usporedbi kontrola motora bez četkica bez senzora u odnosu na Hall-effect senzor , i ovaj pregled od kako BLDC motor kontroleri šire komutaciju .

Dijagnosticiranje uobičajenih kvarova Hall senzora

Motor koji trza, staje pri pokretanju ili radi samo u jednom smjeru prije isključivanja pokazuje klasične simptome problema s Hallovim senzorom, a ne greške namota.

• Nedostaje signal na jednom kanalu: jedan pokvareni senzor proizvodi nevažeću kombinaciju stanja, koju će većina kontrolera označiti kao grešku radije nego pokušati neispravno komutirati.
• Gruba ili trzajna rotacija pri maloj brzini: često ukazuje na neusklađeni senzor ili senzor koji je odlutao iz svog ispravnog kutnog položaja u odnosu na magnete rotora.
• Motor se vrti u pogrešnom smjeru ili se odmah zaustavlja: može značiti da su dvije Hallove žice zamijenjene tijekom popravka ili da je senzor spojen na pogrešnu referencu faze.
• Isprekidano isključenje pod vibracijama: jak znak napuknutog lemljenog spoja ili olabavljenog konektora, a ne kvara samog senzora.

Multimetar na 5V opskrbi senzora i kontaktima za uzemljenje potvrđuje da struja dolazi do senzorske ploče; provjera svake signalne žice u odnosu na uzemljenje uz lagano rotiranje osovine rukom trebala bi pokazati čiste prijelaze između visokog i niskog nivoa dok prolazi svaki pol magneta. Signal koji se nikada ne mijenja ili koji nepravilno treperi ukazuje na taj specifični senzor ili njegovo ožičenje, a ne na upravljač.

Usklađivanje izlaza Hallovog senzora s vašim kontrolerom motora

Motor opremljen Hallom samo je pola jednadžbe — kontroler na drugom kraju tog petožilnog svežnja mora očitati iste logičke razine i očekivati isti raspored senzora.

Prije uparivanja motora i kontrolera, potvrdite da Hallov napon napajanja odgovara izlazima kontrolera — 5V i 3,3V logika nisu međusobno zamjenjivi bez mjenjača razine — i da je sučelje senzora položaja kontrolera konfigurirano za Hallov ulaz, a ne za signale kodera ili rezolvera. Kontroleri koji podržavaju višestruke metode senzora ovdje nude fleksibilnost; the Kontroler BLDC motora serije R2 visoke kompatibilnosti , na primjer, radi s motorima s Hallovim senzorom i s motorima bez senzora, što pojednostavljuje promjenu vrste motora bez promjene hardvera. Za smjernice o usklađivanju određenih modela kontrolera sa specifikacijama motora opremljenih Hallom, ovo referenca uparivanja kontrolera i motora prolazi kroz parametre koje je potrebno uskladiti. puna Linija kontrolera BLDC motora pokriva niz klasa napona i struje za motore različitih veličina.