BLDC Hall-anturi: Kuinka se toimii, tyypit ja vianetsintäopas

Mikä on Hall-anturi BLDC-moottorissa

Vedä päätysuojus pois useimmista harjattomista DC-moottoreista, niin löydät kolme pientä komponenttia ryhmittyneenä käämien lähelle, joista jokainen on tuskin suurempi kuin riisinjyvä. Ne ovat Hall-antureita, ja ilman niitä - tai korvaavaa, kuten back-EMF-tunnistinta - moottori ei voi tietää, mihin suuntaan sitä työntää.

Hall-anturi havaitsee magneettikentät Hall-ilmiön avulla: kun magneettikenttä kulkee kohtisuorassa virtaa kuljettavaan elementtiin nähden, se työntää varauksenkuljettajat sivuun, jolloin syntyy mitattava jännite. BLDC-moottorissa kolme näistä antureista sijaitsee staattorissa lähellä ei-käyttöpäätä, ja ne on sijoitettu siten, että roottorin kestomagneetit pyyhkäisevät niiden ohi akselin kääntyessä. Jokainen anturi kytkeytyy korkealle tai matalalle riippuen siitä, onko lähellä pohjois- vai etelänapa, ja kaikkien kolmen signaalin yhdistelmä kertoo ohjaimelle tarkalleen missä roottori sijaitsee milloin tahansa – vaikka moottori ei liiku.

Kuinka Hall-anturit ohjaavat kommutaatiota

Kolmivaiheisen BLDC-moottorin käämivirta on kytkettävä oikeassa järjestyksessä, jotta roottori pysyy pyörimässä – tätä prosessia kutsutaan kommutaatioksi. Hall-anturit mahdollistavat tämän antamalla ohjaimelle suoran lukeman roottorin asennosta sen sijaan, että se pakottaisi sen päättelemään asemaa epäsuorasti.

Kun kolme anturia on sijoitettu erilleen staattorin ympärille, roottorin magneetit tuottavat yhden kuudesta mahdollisesta korkea/matala yhdistelmästä, kun se kulkee täyden sähköisen kierroksen läpi. Jokainen yhdistelmä vastaa tiettyä 60° sektoria, ja ohjain päättää hakutaulukon avulla, mitkä kaksi kolmesta vaiheesta tulisi kytkeä kyseiselle sektorille. Kun roottori etenee seuraavaan sektoriin, Hall-kuvio muuttuu, ohjain vaihtaa seuraavaan käämipariin ja pyörivä magneettikenttä vetää roottoria eteenpäin - kuusi erillistä askelta sähkösykliä kohti, joka tunnetaan puolisuunnikkaan tai kuusivaiheisen kommutoinnina.

Tästä syystä Hall-anturit ovat tärkeitä myös pysähdyksissä ja alhaisella nopeudella. Taka-EMF:ään tukeutuvalla ohjaimella ei ole mitään luettavaa ennen kuin moottori pyörii jo tarpeeksi nopeasti tuottaakseen käyttökelpoisen signaalin; Hallilla varustettu moottori ilmoittaa sijaintinsa virran kytkemisestä lähtien, minkä vuoksi anturoidut mallit alkavat siististi kuormituksen alaisena ilman avoimen silmukan arvailua.

Hall-efektianturien tyypit

Kaikki Hall-anturit eivät toimi samalla tavalla, ja erolla on merkitystä moottoria määritettäessä tai vianmäärityksessä.

• Digitaaliset unipolaariset anturit kytke päälle, kun jompikumpi magneettinapa ohittaa lähistöllä ja sammuta, kun kenttä putoaa. Ne ovat yksinkertaisia ​​ja edullisia, mutta vähemmän yleisiä BLDC-kommutaatiossa, koska ne eivät erottele napanapaisuutta yhtä selkeästi.
• Digitaaliset bipolaariset (lukitusanturit). kytkeytyy päälle yhden navan läsnäollessa ja sammuta vasta, kun vastakkainen napa saapuu - pitäen tilansa välissä. Tämä lukituskäyttäytyminen antaa puhtaat, toistettavat siirtymät ja on vakiovalinta BLDC-kommutaatioon.
• Analogiset (lineaariset) anturit antaa kentänvoimakkuuteen verrannollisen jännitteen yksinkertaisen päälle/pois-signaalin sijaan. Niitä käytetään harvemmin peruskommutointiin, mutta ne näkyvät sovelluksissa, jotka tarvitsevat tarkempaa sijainnin erottelua interpoloinnin avulla.

Keskeiset valintakriteerit

Hall-anturin valinta - tai jo moottoriin sisäänrakennetun arvioiminen - riippuu kourallinen parametreista, jotka vaikuttavat suoraan kommutoinnin tarkkuuteen ja moottorin tehokkuuteen.

Näistä parametreista on saatavilla tarkempi tekninen erittely, mukaan lukien se, kuinka BOP- ja BRP-arvot luetaan tietolomakkeesta. Portescapin Hall-efektianturin valintaopas .

Sensoroitu vs anturiton BLDC-ohjaus

Hall-anturit eivät ole ainoa tapa kommutoida BLDC-moottoria, ja vaihtoehto – anturiton, back-EMF-pohjainen ohjaus – vaihtaa vahvuudet toisiin.

Anturoidut moottorit tarjoavat luotettavan käynnistysmomentin kuormitettuna, koska asento tunnetaan jopa nollakierroksilla, ja ne kestävät hyvin sovelluksissa, joissa käynnistys, pysäytys tai suunta muuttuu usein. Hinta on ylimääräinen johdotus - tyypillisesti viisijohtiminen johtosarja - ja yksi komponentti, joka voi epäonnistua kuumuuden, tärinän tai huonon liittimen vuoksi. Anturiton ohjaus eliminoi johdotuksen ja siihen liittyvän vikakohdan kokonaan, mutta se ei voi määrittää roottorin asentoa ennen kuin moottori pyörii jo tarpeeksi nopeasti tuottaakseen havaittavan takaisin-EMF:n, mikä tarkoittaa avoimen silmukan käynnistysramppia ennen kuin suljetun silmukan ohjaus ottaa vallan.

Moottoreille, jotka käyvät jatkuvasti kohtalaisesta suureen nopeuteen – tuulettimet, pumput, drone-propulsio – anturittomat mallit ovat usein käytännöllisempi valinta. Kaikkeen, joka tarvitsee luotettavaa vääntömomenttia seisontakäynnistyksestä – suoravetonostimet, servotyylinen sijoittelu, sähköpyörän napamoottorit, jotka vetäytyvät pois pysähdyksestä mäessä – Hall-anturit ovat edelleen turvallisempi vaihtoehto. Tätä kompromissia tarkastellaan perusteellisemmin tässä vertailussa anturiton vs. Hall-ilmiö anturoitu harjaton moottoriohjaus ja tämä yleiskatsaus miten BLDC-moottoriohjaimet käsittelevät kommutointia laajemmin .

Yleisten Hall-anturin vikojen diagnosointi

Moottori, joka nykii, pysähtyy käynnistettäessä tai käy vain yhteen suuntaan ennen sammumista, osoittaa klassisia Hall-anturiongelman oireita käämivian sijaan.

• Yhdeltä kanavalta puuttuu signaali: yksittäinen viallinen anturi tuottaa virheellisen tilayhdistelmän, jonka useimmat ohjaimet ilmoittavat viaksi sen sijaan, että ne yrittäisivät kommutoida väärin.
• Epätasainen tai nykivä pyöriminen alhaisella nopeudella: viittaa usein väärin kohdistettuun anturiin tai anturiin, joka on ajautunut pois oikeasta kulma-asennostaan roottorin magneetteihin nähden.
• Moottori pyörii väärään suuntaan tai pysähtyy välittömästi: voi osoittaa kaksi korjauksen aikana vaihdettua Hall-johtoa tai väärään vaihereferenssiin kytkettyä anturia.
• Ajoittainen katkaisu tärinän vaikutuksesta: voimakas merkki halkeilevasta juotosliitoksesta tai löystyneestä liittimestä, eikä itse viallisesta anturista.

Anturin 5 V:n syöttö- ja maadoitusnastoissa oleva yleismittari vahvistaa, että anturilevylle tulee virta; Kun jokainen signaalijohdin tarkistetaan maata vasten samalla kun akselia pyöritetään hitaasti käsin, tulisi näkyä selkeät siirtymät korkean ja matalan välillä jokaisen magneettinapan ohittaessa. Signaali, joka ei koskaan muutu tai välkkyy satunnaisesti, osoittaa kyseiseen anturiin tai sen johdotukseen ohjaimen sijaan.

Hall-anturin lähtö ja moottoriohjain

Hallilla varustettu moottori on vain puolet yhtälöstä – tuon viisijohdinsarjan toisessa päässä olevan ohjaimen on luettava samat logiikkatasot ja odotettava samaa anturijärjestelyä.

Ennen kuin yhdistät moottorin ja ohjaimen, varmista, että Hall-syöttöjännite vastaa ohjaimen lähtöjä – 5 V ja 3,3 V:n logiikka eivät ole keskenään vaihdettavissa ilman tasonsiirrintä – ja että ohjaimen asentoanturin liitäntä on määritetty Hall-tuloa varten kooderin tai resolverin signaalien sijaan. Ohjaimet, jotka tukevat useita tunnistusmenetelmiä, tarjoavat tässä joustavuutta; the R2-sarjan erittäin yhteensopiva BLDC-moottoriohjain Esimerkiksi, toimii sekä Hall-ilmiöllä tunnistettujen että sensorittomien moottoreiden kanssa, mikä yksinkertaistaa moottorityyppien vaihtamista laitteistoa vaihtamatta. Ohjeita tiettyjen ohjainmallien sovittamiseen Hall-varustettujen moottorien ominaisuuksiin, tämä ohjaimen ja moottorin pariliitoksen viite käy läpi parametrit, jotka on kohdistettava. Täysi BLDC-moottoriohjainvalikoima kattaa joukon jännite- ja virtaluokkia erikokoisille moottoreille.