سنسور BLDC Hall: چگونه کار می کند، انواع و راهنمای عیب یابی

سنسور هال در موتور BLDC چیست؟

درپوش انتهایی اکثر موتورهای DC بدون جاروبک را بردارید و سه جزء کوچک را در نزدیکی سیم‌پیچ‌ها خواهید دید که هر کدام به سختی بزرگ‌تر از یک دانه برنج هستند. اینها سنسورهای هال هستند و بدون آنها - یا جایگزینی مانند حسگر EMF عقب - موتور هیچ راهی برای دانستن اینکه کدام سمت را فشار دهد، ندارد.

سنسور هال میدان های مغناطیسی را با استفاده از اثر هال تشخیص می دهد: وقتی یک میدان مغناطیسی عمود بر یک عنصر حامل جریان می گذرد، حامل های بار را به یک طرف فشار می دهد و ولتاژ قابل اندازه گیری تولید می کند. در یک موتور BLDC، سه تا از این حسگرها روی استاتور در نزدیکی انتهای غیر محرک قرار می‌گیرند، طوری قرار گرفته‌اند که آهن‌رباهای دائمی روتور هنگام چرخش شفت از کنار آنها عبور کنند. هر سنسور بسته به اینکه قطب شمال یا جنوب در نزدیکی باشد، بالا یا پایین سوئیچ می‌کند، و ترکیب هر سه سیگنال به کنترل‌کننده می‌گوید که روتور در هر لحظه دقیقاً کجا قرار می‌گیرد - حتی زمانی که موتور در حال حرکت نیست.

حسگرهای هال چگونه کموتاسیون را هدایت می کنند

یک موتور سه فاز BLDC برای حفظ چرخش روتور به جریان سیم پیچی خود نیاز دارد که به ترتیب صحیح سوئیچ شود - فرآیندی به نام کموتاسیون. سنسورهای هال با دادن بازخوانی مستقیم موقعیت روتور به کنترلر، به جای وادار کردن آن به استنباط غیرمستقیم موقعیت، این امکان را فراهم می‌کنند.

با سه حسگر که در اطراف استاتور قرار گرفته اند، آهنرباهای روتور یکی از شش ترکیب ممکن بالا/پایین را هنگام عبور از یک چرخش کامل الکتریکی ایجاد می کنند. هر ترکیب مربوط به یک بخش 60 درجه خاص است، و کنترل کننده از یک جدول جستجو برای تصمیم گیری در مورد اینکه کدام دو از سه فاز باید برای آن بخش انرژی داده شود، استفاده می کند. با پیشروی روتور به بخش بعدی، الگوی هال تغییر می‌کند، کنترل‌کننده به جفت سیم‌پیچ بعدی سوئیچ می‌کند و میدان مغناطیسی در حال چرخش روتور را به جلو می‌کشد - شش پله مجزا در هر چرخه الکتریکی، که به عنوان کموتاسیون ذوزنقه‌ای یا شش مرحله‌ای شناخته می‌شود.

به همین دلیل است که سنسورهای هال در حالت سکون و سرعت کم بیشترین اهمیت را دارند. تا زمانی که موتور به اندازه کافی سریع بچرخد تا سیگنال قابل استفاده تولید کند، یک کنترل کننده که بر پشتی-EMF متکی است، چیزی برای خواندن ندارد. یک موتور مجهز به هال موقعیت خود را از لحظه اعمال نیرو گزارش می‌کند، به همین دلیل است که طرح‌های حسگر به طور تمیز و بدون حدس زدن حلقه باز تحت بار شروع می‌شوند.

انواع سنسور اثر هال

همه سنسورهای هال یکسان رفتار نمی کنند و تمایز در هنگام تعیین یا عیب یابی موتور اهمیت دارد.

• سنسورهای تک قطبی دیجیتال هنگامی که یکی از قطب های مغناطیسی از نزدیکی عبور می کند روشن کنید و پس از کاهش میدان خاموش شوید. آنها ساده و ارزان هستند اما در کموتاسیون BLDC کمتر رایج هستند زیرا قطبیت قطب را به خوبی تشخیص نمی دهند.
• سنسورهای دیجیتال دوقطبی (چفت کننده). در حضور یک قطب روشن کنید و فقط زمانی که قطب مخالف رسید خاموش کنید - حالت آنها را در بین نگه دارید. این رفتار قفل کردن، انتقال‌های تمیز و قابل تکرار را می‌دهد و انتخاب استاندارد برای کموتاسیون BLDC است.
• سنسورهای آنالوگ (خطی) به جای یک سیگنال روشن/خاموش ساده، ولتاژی متناسب با شدت میدان تولید کنید. آنها کمتر برای جابجایی اولیه استفاده می شوند، اما در برنامه هایی که نیاز به وضوح موقعیت بهتر از طریق درون یابی دارند، نشان داده می شوند.

معیارهای انتخاب کلیدی

انتخاب سنسور هال - یا ارزیابی سنسوری که قبلاً در یک موتور تعبیه شده است - به تعدادی پارامتر بستگی دارد که مستقیماً بر دقت کموتاسیون و راندمان موتور تأثیر می گذارد.

یک تفکیک فنی عمیق تر از این پارامترها، از جمله نحوه خواندن مقادیر BOP و BRP از یک دیتاشیت، در این مقاله موجود است. راهنمای انتخاب سنسور جلوه هال از Portescap .

سنسور در مقابل کنترل BLDC بدون سنسور

حسگرهای هال تنها راه برای جابجایی موتور BLDC نیستند و جایگزین - کنترل بدون حسگر مبتنی بر EMF پشت - یک مجموعه از نقاط قوت را با دیگری عوض می‌کند.

موتورهای حسگر، گشتاور راه اندازی قابل اعتمادی را تحت بار ارائه می دهند، زیرا موقعیت حتی در دور صفر در دقیقه نیز مشخص است و در کاربردهایی با استارت، توقف یا تغییر جهت مکرر به خوبی حفظ می شوند. هزینه سیم کشی اضافی است - معمولاً یک مهار پنج سیم - و یک جزء دیگر که ممکن است در اثر گرما، لرزش یا اتصال بد خراب شود. کنترل بدون حسگر سیم‌کشی و نقطه خرابی مربوطه را به طور کامل حذف می‌کند، اما نمی‌تواند موقعیت روتور را تعیین کند تا زمانی که موتور از قبل به اندازه کافی سریع بچرخد تا EMF برگشتی قابل تشخیص تولید کند، که به معنای یک رمپ راه‌اندازی حلقه باز قبل از کنترل حلقه بسته است.

برای موتورهایی که به طور مداوم با سرعت متوسط ​​تا زیاد کار می کنند - فن ها، پمپ ها، نیروی محرکه پهپاد - طراحی های بدون حسگر اغلب انتخاب عملی تری هستند. برای هر چیزی که نیاز به گشتاور قابل اعتماد از یک شروع ایستاده دارد - بالابرهای با درایو مستقیم، موقعیت یابی به سبک سروو، موتورهای هاب دوچرخه الکترونیکی که از یک توقف در یک تپه دور می شوند - سنسورهای هال شرط امن تر هستند. این مبادله با عمق بیشتری در این مقایسه بررسی شده است کنترل موتور بدون براش حسگر بدون سنسور در مقابل اثر هال ، و این نمای کلی از کنترل‌کننده‌های موتور BLDC چگونه کموتاسیون را به طور گسترده‌تری مدیریت می‌کنند .

تشخیص خطاهای سنسور معمولی هال

موتوری که هنگام راه‌اندازی تکان می‌خورد، متوقف می‌شود یا تنها در یک جهت قبل از قطع شدن کار می‌کند، به جای خطای سیم‌پیچ، علائم کلاسیک مشکل سنسور هال را نشان می‌دهد.

• سیگنال از دست رفته در یک کانال: یک حسگر منفرد شکست خورده یک ترکیب حالت نامعتبر ایجاد می کند، که اکثر کنترل کننده ها به جای تلاش برای جابجایی نادرست، آن را به عنوان یک خطا علامت گذاری می کنند.
• چرخش ناهموار یا ناگهانی در سرعت کم: اغلب به یک حسگر نامناسب اشاره می کند یا سنسوری که از موقعیت زاویه ای صحیح خود نسبت به آهنرباهای روتور خارج شده است.
• موتور در جهت اشتباه می چرخد یا بلافاصله متوقف می شود: می تواند نشان دهنده تعویض دو سیم هال در حین تعمیر یا سیم کشی سنسور به مرجع فاز اشتباه باشد.
• قطع متناوب تحت ارتعاش: نشانه‌ای قوی از ترک خوردگی اتصال لحیم کاری یا شل بودن کانکتور به جای خرابی سنسور.

یک مولتی متر روی منبع تغذیه 5 ولت سنسور و پایه های زمین تایید می کند که برق به برد سنسور می رسد. بررسی هر سیم سیگنال در برابر زمین در حالی که به آرامی شفت را با دست می چرخانید باید انتقال تمیز بین بالا و پایین را با عبور هر قطب آهنربا نشان دهد. سیگنالی که هرگز تغییر نمی کند یا به طور نامنظم سوسو می زند، به جای کنترل کننده به آن سنسور خاص یا سیم کشی آن اشاره می کند.

مطابقت خروجی سنسور هال با کنترل کننده موتور شما

یک موتور مجهز به هال تنها نیمی از معادله است - کنترل کننده در انتهای دیگر مهار پنج سیم باید همان سطوح منطقی را بخواند و انتظار آرایش سنسور یکسان را داشته باشد.

قبل از جفت کردن موتور و کنترلر، تأیید کنید که ولتاژ منبع تغذیه هال با خروجی کنترلر مطابقت دارد - منطق 5 ولت و 3.3 ولت بدون شیفتر سطح قابل تعویض نیستند - و اینکه رابط سنسور موقعیت کنترلر برای ورودی هال به جای سیگنال های رمزگذار یا حل کننده پیکربندی شده است. کنترل‌کننده‌هایی که از چندین روش سنجش پشتیبانی می‌کنند، در اینجا انعطاف‌پذیری را ارائه می‌کنند. را کنترلر موتور BLDC با سازگاری بالا سری R2 برای مثال، هم با موتورهای حسگر اثر هال و هم با موتورهای بدون حسگر کار می‌کند، که تعویض بین انواع موتورها را بدون تغییر سخت‌افزار ساده می‌کند. برای راهنمایی در مورد تطبیق مدل های کنترل کننده خاص با مشخصات موتور مجهز به هال، این مرجع جفت شدن کنترلر و موتور پارامترهایی را که نیاز به تراز کردن دارند را طی می کند. کامل دسته کنترل موتور BLDC محدوده ای از کلاس های ولتاژ و جریان را برای موتورهای با اندازه های مختلف پوشش می دهد.