Ako funguje snímač s Hallovým efektom na motore BLDC? Kompletný sprievodca

Zvážte trojfázový bezkomutátorový jednosmerný motor, ktorý začne bzučať, odoberá nadmerný prúd a odmieta sa otáčať. Vinutia sú neporušené, ovládač je napájaný a magnety sú plne magnetizované. Najčastejšou príčinou v tejto situácii nie je spálený komponent, ale chýbajúci signál: regulátor nevie, kde je rotor.

Bezuhlíkový jednosmerný motor nemá žiadny mechanický komutátor a žiadne kefy. Regulátor preto musí byť informovaný o polohe rotora predtým, ako môže v správnom momente nabudiť správne vinutia statora. Vo väčšine BLDC motorov typu ventilátora je komponent, ktorý poskytuje tieto informácie o polohe, snímač Hallovho efektu.

Záver v jednom odseku je jednoduchý. Senzor Hallovho javu detekuje magnetické pole permanentných magnetov rotora a prevádza toto pole na digitálny elektrický signál. Tri takéto senzory umiestnené okolo statora o 120 elektrických stupňov vytvárajú šesť kombinácií binárnych výstupov, ktoré jedinečne opisujú sektor rotora v rámci každého elektrického cyklu. Regulátor motora dekóduje týchto šesť stavov a zapína fázové vinutia v správnom poradí. Keď Hallove senzory, ich zapojenie, vyťahovacie obvody a logika komutácie ovládača spolupracujú, motor sa hladko roztočí z pokoja na plné otáčky. Keď ktorákoľvek časť tohto reťazca zlyhá, symptómy sú presne to bzučanie, nadprúd a vibrácie opísané v úvodnom scenári.

Táto príručka vysvetľuje krok za krokom, ako fungujú snímače Hallovho efektu na motore BLDC. Zaoberáme sa základným fyzikálnym efektom, spôsobom, akým tri senzory generujú šesťkrokovú komutačnú sekvenciu, charakteristikou Hall IC so západkou, umiestnením senzora, zapojením, integritou signálu, porovnaním s bezsenzorovým riadením a praktickým vyhľadávaním chýb. Pozrieme sa tiež na to, prečo je konštrukcia BLDC s Hallovým senzorom dôležitá pre aplikácie ventilátorov, odparovacích chladičov vzduchu a EC motorov.

Hallov efekt: čo sa vlastne deje v senzore

Senzor Hallovho efektu je polovodičové zariadenie, ktoré vytvára výstupné napätie úmerné hustote magnetického toku, ktorý ním prechádza. Fyzika za tým sa datuje od Edwina Halla v roku 1879. Hall zistil, že keď je vodič, ktorým prúdi, umiestnený v magnetickom poli v pravom uhle k smeru prúdu, sú nosiče náboja vychýlené Lorentzovou silou. Elektróny alebo diery v polovodiči sa pohybujú na jednu stranu vodiča, takže medzi dvoma bočnými okrajmi sa objaví merateľné priečne napätie. Toto napätie je Hallovo napätie.

Hallovo napätie je úmerné súčinu prúdu a intenzity magnetického poľa a nepriamo úmerné hrúbke vodiča a hustote nosiča náboja. V čistých vodičoch, ako je meď, je hustota nosiča taká vysoká, že Hallovo napätie je nepatrné. To je dôvod, prečo sú praktické Hallove senzory vyrobené z polovodičového materiálu s oveľa nižšou hustotou nosiča, usporiadané do tenkej platne nazývanej Hallova platňa, integrovanej so zdrojom predpätia prúdu, diferenciálnym zosilňovačom, komparátorom a koncovým stupňom v jednom IC puzdre.

Pre komutáciu BLDC motorov nepotrebujeme merať absolútnu hustotu toku s vysokým rozlíšením. Potrebujeme len binárnu odpoveď na jednu otázku: je severný alebo južný pól rotora v tejto chvíli otočený k senzoru. Preto je výstup Hallovho snímača komutačnej triedy digitálny. Komparátor vo vnútri integrovaného obvodu porovnáva zosilnené Hallovo napätie s referenčným prahom. Keď severný pól rotora prenesie hustotu toku nad pracovný bod (BOP), výstup sa prepne do jedného stavu. Keď južný pól neskôr stlačí hustotu toku pod bod uvoľnenia (BRP), výstup sa prepne späť. Rozdiel medzi BOP a BRP sa nazýva hysterézia a zabezpečuje čistý digitálny prechod bez chvenia, keď sa magnetické pole obráti.

Prečo BLDC motor potrebuje spätnú väzbu o polohe rotora

Bezkartáčový jednosmerný motor je synchrónny motor s permanentným magnetom. Jeho stator nesie tri fázové vinutia, zvyčajne zapojené do hviezdy alebo trojuholníka, a jeho rotor je vybavený striedajúcimi sa severnými a južnými permanentnými magnetmi. Na rozdiel od kartáčovaného jednosmerného motora, kde komutátor mechanicky spína prúd kotvy podľa polohy rotora, nemá BLDC motor žiadne mechanické spínacie zariadenia. Fázové prúdy musia byť spínané elektronicky pomocou meniča a spínacie okamihy musia zodpovedať uhlovej polohe rotora. Kompletné spracovanie architektúry motora nájdete v našom článku o princípe fungovania bezkomutátorového jednosmerného motora.

V štandardnom trojfázovom BLDC pohone vedú súčasne iba dve fázy. Tretia fáza je neaktívna. Šesť výkonových spínačov meniča vytvára šesť možných stavov vedenia, ktoré nastavujú rotujúce pole statora. Krútiaci moment sa vytvára, pretože pole statora priťahuje a odpudzuje rotor s permanentným magnetom a pokúša sa stiahnuť pole rotora do jednej roviny. Maximálny krútiaci moment sa dosiahne, keď je pole statora približne 90 elektrických stupňov pred poľom rotora. Aby sa zachoval tento 90-stupňový vzťah pri otáčaní rotora, musí sa regulátor prepínať z jedného stavu vedenia do ďalšieho každých 60 elektrických stupňov. Ak je spínanie skoré, krútiaci moment klesá; ak je neskoro, krútiaci moment klesá; ak je zvolený nesprávny pár, motor namiesto zrýchľovania spomaľuje. Dôležité je, že ovládač nemôže vedieť, ktorý pár si vybrať, pokiaľ nepozná polohu rotora. Spätná väzba polohy preto nie je voliteľným vylepšením. Je to funkčná požiadavka.

Existuje niekoľko spôsobov, ako získať polohu rotora v motore BLDC. Kodéry a rozkladače poskytujú vysoké rozlíšenie, ale sú drahé a mechanicky zložité. Bezsenzorové metódy odvodzujú polohu od back-EMF, ale zlyhávajú pri zastavení a nízkej rýchlosti. Pre nákladovo citlivý motor ventilátora, ktorý beží od niekoľkých stoviek až po niekoľko tisíc otáčok za minútu, sú tri snímače Hallovho efektu štandardným kompromisom. Sú lacné, robustné a poskytujú absolútnu polohu rotora, aj keď sa hriadeľ nepohybuje.

Tri Hallove senzory, šesť stavov, šesť komutačných krokov

Hallove senzory je možné použiť jednotlivo alebo v násobkoch. V trojfázovom BLDC motore sú štandardnou konfiguráciou tri senzory rozmiestnené okolo statora o 120 elektrických stupňov. Snímače sú pevné a magnety rotora prechádzajú okolo nich, keď sa rotor otáča. Keď je každý senzor vystavený severnému pólu, jeho digitálny výstup prejde do logického maxima; keď prejde južný pól, výstup prejde na logické minimum. Keďže tri senzory sú fyzicky oddelené o 120 elektrických stupňov, ich výstupy sa nikdy nezmenia v rovnakom okamihu. V každom okamihu je kombinácia troch výstupov jedným zo šiestich platných stavov. Každý stav zodpovedá sektoru rotora v rozsahu 60 elektrických stupňov.

Ovládač má pravdivú tabuľku, ktorá mapuje každý zo šiestich stavov na dvojicu fáz, ktoré musia byť v danom sektore napájané. Reprezentatívne mapovanie je uvedené nižšie.

V tabuľke je postupnosť stavov pre jeden úplný elektrický cyklus 101, 100, 110, 010, 011, 001. Presné poradie sa môže obrátiť, ak sa motor otáča opačným smerom, a priradenie stavov k sektorom sa zmení, ak sa fázové vodiče vymenia; princíp zostáva rovnaký.

Stojí za to zdôrazniť dva body, pretože vysvetľujú množstvo rozhodnutí o dizajne v reálnom svete. Po prvé, kedykoľvek sa Hallova kombinácia zmení, regulátor sa môže okamžite prepnúť do ďalšieho stavu vedenia. Samotný Hallov prechod môže byť použitý ako komutačná udalosť. Preto sa komutácia často označuje ako Hallova synchronizovaná. Po druhé, pretože Hallove signály sa aktualizujú iba raz na 60 elektrických stupňov, rozlíšenie je v porovnaní s kódovačom hrubé. Pre motor s niekoľkými pólovými pármi sa fyzická vzdialenosť medzi snímačmi zodpovedajúcim spôsobom zmenší; k tomuto mechanickému obmedzeniu sa vrátime vo vyhradenej časti neskôr.

V rámci každého 60-stupňového sektora je prúd vo vodivých vinutiach typicky regulovaný moduláciou šírky impulzov (PWM) napätia jednosmernej zbernice. Hallove senzory neregulujú prúd; rozhodujú len o tom, ktorá dvojica fáz dostane PWM. Rýchlosť sa nastavuje zmenou pracovného cyklu PWM, zatiaľ čo krokovanie komutácie zostáva uzamknuté na stavy Hall. Táto kombinácia šesťstupňovej komutácie plus PWM je základom prakticky všetkých snímačov BLDC ventilátorov a pohonov vzduchového chladiča.

Halové integrované obvody typu Latch: komponent, na ktorom záleží

V komutačnej aplikácii BLDC pracuje Hallov senzor v blokovacom režime; zvyčajne sa to nazýva bipolárna západka a nie unipolárny spínač. Unipolárny spínač sa zapne, keď pole jednej polarity prekročí prah a vypne sa, keď pole klesne späť pod tento prah. Toto správanie je v poriadku na detekciu prítomnosti magnetu, ale nie na komutáciu. Komutačný senzor si musí zapamätať svoj stav a držať ho, kým nepríde opačný pól. Hall IC typu latch robí presne toto: zablokuje logiku vysoko, keď uvidí severný pól nad BOP a neuvoľní sa, kým neuvidí južný pól pod BRP. Výstup potom zostáva vysoký približne 180 elektrických stupňov a nízky približne 180 elektrických stupňov, čím sa vytvára rovnomerne vyvážená štvorcová vlna, ktorú očakáva komutačná logika.

Kľúčové parametre údajového listu nie je ťažké interpretovať. Napájacie napätie typického komutačného Hall IC je 3,3 až 24 V DC, s výstupom typu open-drain alebo push-pull. Výstupy s otvoreným odtokom vyžadujú externý pull-up odpor; push-pull výstupy nie. Spínacie prahy BOP a BRP sú špecifikované v Gauss alebo militesla a hysterézia je rozdiel medzi nimi. Typická západka môže mať pracovný bod niekoľko desiatok Gaussov a bod uvoľnenia opačnej polarity niekoľko desiatok Gaussov; skutočné čísla musia zodpovedať hustote toku dostupnej v mieste snímača. Frekvencia spínania musí byť vyššia ako maximálna elektrická frekvencia motora; to je zriedka problém pre motory ventilátorov, ale malo by sa skontrolovať, či ide o vysokorýchlostné konštrukcie alebo konštrukcie s vysokým počtom pólov. Rozsah okolitých teplôt musí pokrývať najhoršie možné umiestnenie snímača vo vnútri motora, vrátane tepelnej absorpcie z vinutí. Pre vonkajšie zariadenia, ako sú odparovacie vzduchové chladiče, je dôležitá aj odolnosť zostavy snímača voči vlhkosti.

Jedným jemným, ale opakujúcim sa konštrukčným problémom je vzťah medzi umiestnením Hallovho snímača a tokom magnetu v štrbinovom statore. Senzor nevidí iba magnet rotora; tiež vidí únikový tok zo statorových vinutí pod napätím. Ak je pole úniku dostatočne silné, môže prekročiť prahové hodnoty BOP a BRP alebo posunúť načasovanie komutácie. Štandardné nápravné opatrenia sú maskovanie alebo uchytenie snímača, jeho umiestnenie za statorový zväzok alebo dočasné zatemnenie Hallovho signálu počas prepínania meniča pomocou krátkeho odrazu alebo filtra v ovládači. Toto je typický detail, ktorý odlišuje odolnú konštrukciu motora od motora s občasnými chybami komutácie.

Montáž, zarovnanie a obmedzenie páru pólov

Mechanická montáž Hallových snímačov je takmer rovnako dôležitá ako elektrická konštrukcia. Vo väčšine malých a stredných BLDC motorov určených pre ventilátory, vzduchové chladiče a odparovacie chladiče sú tri Hall IC prispájkované k malej doske s plošnými spojmi namontovanej na nehnacom koncovom štíte motora. Rotor nesie prídavné magnety, ktoré prechádzajú cez senzorovú dosku, alebo je senzorová doska umiestnená tak, že magnety hlavného rotora okolo nej prechádzajú v závislosti od architektúry. PCB snímača je elektricky pripojená k riadiacej doske pomocou konektora, ktorý tvorí obvyklé päťvodičové rozhranie: VCC, GND a tri výstupy snímača.

Elektrický rozstup 120 stupňov sa premieta do mechanického uhla, ktorý závisí od počtu párov magnetických pólov. Jeden elektrický cyklus zodpovedá jednému páru pólov, takže mechanický uhol medzi susednými snímačmi je 120 elektrických stupňov vydelený počtom párov pólov. Pri dvojpólovom motore sú tri snímače od seba vzdialené 120 mechanických stupňov. Pre štvorpólový motor sú od seba vzdialené 60 mechanických stupňov. Pre osempólový motor so štyrmi pólovými pármi je rozstup 30 mechanických stupňov. Dôsledkom toho je, že so zvyšujúcim sa počtom pólov sa dostupný priestor pre balíčky snímačov zmenšuje a tolerancia zarovnania sa sprísňuje. To je jeden z dôvodov, prečo sa mnoho väčších motorov ventilátorov drží stredného počtu pólov a prečo sú motory s vysokým počtom pólov často navrhnuté bez snímačov alebo so snímačmi namontovanými priamo na hlavnej doske plošných spojov, a nie na samostatnej doske.

Zarovnanie je druhým obmedzením. Senzorová doska je pri montáži umiestnená tak, že spínacia hrana každého Hallovho výstupu nastáva pod správnym uhlom rotora vzhľadom na statorové vinutie zodpovedajúcej fázy. Ak sú snímače nesprávne nastavené o niekoľko elektrických stupňov v ktoromkoľvek smere, komutačná udalosť príde príliš skoro alebo príliš neskoro, čo spôsobí prúdové špičky, zvlnenie krútiaceho momentu, vibrácie a stratu účinnosti. Ak sú snímače výrazne nesprávne nastavené, motor sa nemusí vôbec spustiť. Niektoré návrhy zámerne zavádzajú pevný uhol medzi snímačmi a osou vinutia, aby sa vytvoril fázový posun pre vysokorýchlostnú prevádzku, ale posun je potom konzistentný a zdokumentovaný, nie náhodný.

Konštrukcia vonkajšieho rotora použitá v niekoľkých motoroch ventilátora vzduchového chladiča umiestňuje stator dovnútra a misku rotora von. Zjavnou výhodou senzorového systému je, že Hallova doska je namontovaná na pevnej strane statora a magnetický krúžok je na vnútornej strane otočnej misky; vzduchová medzera je predvídateľná a snímač je chránený pred vonkajším prúdením vzduchu. Ako príklad tejto architektúry vo veľkosti, ktorá čelí skutočnému výkonu prúdenia vzduchu, je reprezentatívnym prípadom motor externého vzduchového chladiča BLDC DC149-220V-600W.

DC149 220V 600W vonkajší rotor BLDC motor vzduchového chladiča Tento 600W motor s vonkajším rotorom je reprezentatívnym príkladom Hallovho snímania namontovaného na statore, ktorý ponúka predvídateľnú vzduchovú medzeru a chránené umiestnenie snímača pre spoľahlivú komutáciu v reálnej prevádzke prúdenia vzduchu. Zobraziť produkt →

Integrita zapojenia a signálu: prenos impulzov do ovládača

Hallove výstupy sú štvorcové vlny, ale prechádzajú káblom, ktorý vedie popri fázových vodičoch prenášajúcich rýchlo spínané PWM prúdy. Bez starostlivosti môže byť signál poškodený. Najdôležitejšie praktické body sú:

• Pre Hallove výstupy s otvoreným odtokom použite pull-up odpory 1k až 10k ohmov. Hodnota riadi čas nábehu signálu aj imunitu. Príliš nízky odpor odoberá zbytočný prúd; príliš vysoký odpor spôsobuje, že hrana je pomalá a citlivá na kapacitu.
• Umiestnite malý kondenzátor blízko vstupu regulátora, zvyčajne 1 nF až 100 nF, aby ste odstránili vysokofrekvenčný šum a zároveň zachovali časovanie hrany komutácie.
• Udržujte signálne vodiče Hall skrútené alebo tienené a oddeľte ich od fázových vodičov všade tam, kde to umožňuje vedenie.
• Prepojte uzemnenie snímača a uzemnenie ovládača v jednom spoločnom bode, aby ste predišli odchýlke zeme. Ak je snímač napájaný samostatným regulátorom napätia, uistite sa, že výstup regulátora je stabilný počas prechodov PWM.
• Pre dlhé káblové trasy je možné vložiť diferenciálne budiče alebo tranzistorové vyrovnávacie pamäte, ale pre motory s dĺžkou kábla až niekoľko metrov zvyčajne postačuje filtrovaný signál s otvoreným odtokom.

Komutačná logika v ovládači sa zvyčajne spúšťa na prechodovej hrane, nie na úrovni. Akýkoľvek šum, ktorý vytvára dodatočný prechod na Hallovej linke, spôsobí predčasnú komutáciu, a preto sú odrazy a detekcia hrán súčasťou firmvéru na produkčných ovládačoch. Niektoré invertory zatemňujú vstupy Hall na niekoľko mikrosekúnd počas prepínania fáz, pretože rýchla zmena napätia spínacieho uzla sa kapacitne spája s vodičmi snímača.

Jedným dodatočným ochranným opatrením vo vnútri motora je sériový odpor v každej Hallovej linke blízko konektora; v kombinácii s kondenzátorom na strane regulátora to tvorí dolnopriepustný filter. Ak získavate zdroj iba pre motor, uistite sa, že kolíky konektora motora nesú štítky VCC, GND, H1, H2 a H3; nesprávny pinout je najčastejšou chybou elektrického zapojenia a môže rýchlo poškodiť Hall IC, ak je polarita napájania obrátená.

Hallove senzory versus bezsenzorové riadenie: praktické porovnanie

Opakujúcou sa inžinierskou otázkou je, či bezsenzorové riadenie spätného EMF môže nahradiť Hallove senzory. Vo vysokoobjemových aplikáciách je odpoveď niekedy áno, ale nie bez kompromisov. Senzorové riadenie s Hallovými senzormi má jednu rozhodujúcu výhodu: funguje pri nulovej rýchlosti. Bezsenzorový pohon naopak odhaduje polohu rotora zo zadnej EMF otvorenej fázy a zadná EMF je úmerná rýchlosti. V kľude a pri veľmi nízkych otáčkach je spätné EMF príliš malé na to, aby sa dalo merať, takže regulátor musí použiť vyrovnávacie impulzy a rampy s otvorenou slučkou, len aby sa motor rozhýbal. Ak je záťažový krútiaci moment vysoký alebo sa počas spúšťania zmení, rampa s otvorenou slučkou môže zlyhať, zastaviť motor alebo spôsobiť krátkodobú spätnú rotáciu.

Pri vzduchových chladičoch, potrubných ventilátoroch a iných zaťaženiach vrtule samotný ventilátor pri zastavení aplikuje veľmi nízky krútiaci moment, ale aerodynamické zaťaženie sa zvyšuje s druhou mocninou rýchlosti. Snímaný motor štartuje s plným krútiacim momentom od prvého Hallovho prechodu, čo zjednodušuje regulátor a zaručuje známy smer. Bezsenzorový motor možno spustiť, ak je firmvér dobre vyladený, ale úsilie sa potom presunie do softvéru a nie hardvéru.

Náklady a spoľahlivosť sú zvyčajne hlavnými dôvodmi na zváženie odstránenia senzorov. Hallove senzory pridávajú dva alebo tri vodiče ku káblu motora, konektor, dosku plošných spojov senzora a čas montáže. Na strane spoľahlivosti môže dôjsť k poruche snímača alebo spájkovaného spoja, zatiaľ čo spätné snímanie EMF nemá žiadnu dodatočnú pohyblivú alebo magnetickú časť. Moderné Hall IC sú však lacné a veľmi robustné, keď sú správne namontované a chránené. Pre motory ventilátorov, ktoré bežia nepretržite mesiace, je miera zlyhania snímača nízka; častejšou poruchou je mechanické poškodenie kábla alebo konektora snímača počas inštalácie.

V konečnom dôsledku sa výber týka prevádzkovej obálky. Motor, ktorý musí produkovať krútiaci moment pri zastavení, držať ventilátor pri nízkych otáčkach alebo cúvať, spoľahlivo využíva Hallove senzory. Ventilátor s pevnou rýchlosťou, ktorý sa otáča z pokoja bez zaťaženia, môže byť bezsenzorový vďaka starostlivo vyladenému spúšťaciemu postupu. Väčšina komerčných motorov vzduchových chladičov, EC motorov ventilátorov a BLDC ventilátorov s nízkou hlučnosťou udržiava Hallove senzory, aby zaručili hladkú, tichú, pomalú prevádzku a predvídateľné spustenie.

Čo treba overiť pri výbere motora BLDC so snímačom Hall

Ak kupujete kompletný motor, spravidla si nevyberáte model Hallovho snímača sami; robí výrobca motora. Mali by ste však vedieť, čo overiť, pretože kvalita snímača priamo ovplyvňuje spoľahlivosť štartu a životnosť vášho zariadenia.

Najprv skontrolujte rozsah napájacieho napätia snímača oproti vášmu ovládaču. Motor s Hallovými snímačmi napájanými na 5V nemôže bežať na 3,3V napájaní, pokiaľ snímače neakceptujú 3,3V prevádzku a príťahy nie sú pripojené na 3,3V koľajnicu. Mnoho moderných Hallových integrovaných obvodov pokrýva 3,3 až 24 V. Po druhé, potvrďte výstupnú logiku: výstupy s otvoreným odtokom potrebujú pull-up rezistor a pull-up musí byť na vašej riadiacej doske. Po tretie, overte počet párov pólov a rozstup snímačov; toto nie je konfigurovateľné užívateľom. Po štvrté, zvážte environmentálne hodnotenie. Ak je motor namontovaný v prúde vlhkého vzduchu odparovacieho chladiča alebo je vystavený kondenzácii, musí byť PCB snímača a konektor chránený.

Po piate, skontrolujte správanie pri spustení so skutočným zaťažením. Obežné koleso ventilátora má niekedy miernu pokojovú odchýlku; ak je Hallova doska nesprávne zarovnaná, motor sa môže občas spustiť dozadu alebo vibrovať pri nízkej rýchlosti. Poctivý test je na skutočnej montáži. Po šieste, opýtajte sa, ako sa motor správa, ak sa stratí Hallov signál. Dobrý firmvér ovládača deteguje chýbajúcu Hallovu hranu, prestane generovať PWM a označí chybu namiesto toho, aby pokračoval s nesprávnym vzorom komutácie.

Nakoniec, ak dimenzujete motor pre väčší chladič, porovnajte mechanickú montáž a konfiguráciu hriadeľa. Vysokovýkonný motor s externým rotorom pre veľké vzduchové chladiče je odlišný fyzický balík od kompaktného EC motora ventilátora. Vo vyššej výkonovej triede predstavuje externý motor BLDC vzduchového chladiča DC198-220V-1500W 1500W úroveň s rovnakou zväčšenou architektúrou snímačov.

DC198 220V 1500W vonkajší rotor BLDC motor vzduchového chladiča Tento vysokovýkonný motor s vonkajším rotorom, škálovaný na úroveň 1 500 W, zdieľa rovnakú architektúru snímania, vďaka čomu je vhodným porovnávacím bodom pri dimenzovaní väčších chladičov s ťažšími požiadavkami na mechanickú montáž. Zobraziť produkt →

Bežné chyby Hallovho snímača a ako ich diagnostikovať

V poli sa opakovane objavuje hukot, nadprúd, žiadny štart a spätný štart. Nasledujúci zoznam obsahuje klasické chybové režimy a kde hľadať ako prvé.

1. Motor sa nespustí a odoberá vysoký prúd: ovládač zvyčajne nikdy nevidel platný Hallov stav, takže nemôže spustiť komutáciu. Príčiny zahŕňajú odpojený snímač, spájkovací mostík alebo zaseknutý výstup.
2. Motor sa spustí, beží a potom sa zastaví, keď je aplikovaná záťaž: jeden Hallov výstup občas vypadne, takže komutovaný pár sa pokazí. Príčiny zahŕňajú zlé spojenie, prasknutý spájkovaný spoj alebo prerušovaný vyťahovací kontakt.
3. Motor beží približne v jednom smere s nadmernými vibráciami: načasovanie komutácie je skoré alebo oneskorené, pretože jeden snímač je posunutý, alebo jeho prah je príliš vysoký na to, aby sa spínal presne v zamýšľanom uhle.
4. Motor sa prerušovane otáča dozadu: poradie stavu alebo logika spustenia sa obráti výmenou vodičov dvoch Hallových vedení. Na niektorých ovládačoch to môže byť opravené vo firmvéri; inak sú senzory v nesprávnom fyzickom poradí.
5. Motor beží pri nižších otáčkach, ako je prikázané, so počuteľným tikotom: jeden Hallov výstup chýba alebo je vždy vysoký, takže regulátor vynúti iba štvorstavovú sekvenciu a nemôže produkovať celý šesťstupňový krútiaci moment. Toto je jednoduchý test: prečítajte si tri výstupy pri otáčaní rotora rukou; všetky musia prepnúť presne raz na pólový pár.

Užitočný testovací postup je nasledujúci. Odpojte motor od meniča, napájajte Hallovu dosku stolovým napájaním pri jej menovitom VCC, pripojte tri výstupy pomocou ťahadiel k napájaniu logiky a pomaly otáčajte rotorom rukou. Na osciloskope by ste mali vidieť šesť rôznych kombinácií okolo elektrického cyklu s čistými okrajmi a bez dvojitých prechodov. Na multimetri môžete potvrdiť, že každý výstup sa prepína individuálne, ale osciloskop odhaľuje časový vzťah medzi tromi kanálmi, čo je časť, ktorá je pre komutáciu najdôležitejšia.

Porovnajte tiež nameranú vzdialenosť snímačov v mechanických stupňoch s očakávanou hodnotou pre počet pólov: pri štvorpólovom dizajne sú tri snímače od seba vzdialené 60 mechanických stupňov atď. Ak jeden snímač nepretržite hlási vysokú logiku, aj keď je opačný pól magnetu priamo pred ním, vymeňte tento snímač IC. Ak výstup sleduje pole, ale magnetické prahy sú okrajové, zvyčajným riešením je magnet so silnejším remanentným tokom.

Prečo sú Hallove senzory dôležité pri vzduchových chladičoch, ventilátoroch a EC motoroch

Aplikácie v produktovom rade spoločnosti ilustrujú praktický význam. Odparovacie vzduchové chladiče sú jednoduché stroje, ktoré však predstavujú náročnú motorickú prevádzku: zaťaženie obežného kolesa s nízkymi otáčkami v noci, vysoký prietok vzduchu popoludní, kolísanie sieťového napätia a prúd vlhkého vzduchu. Snímaný BLDC motor s vonkajším rotorom poskytuje krútiaci moment pri nízkych otáčkach a garantovaný smer štartu, ktorý aplikácia potrebuje. Konštrukcia vonkajšieho rotora chráni stator a Hallovu dosku vo vnútri, kde sa kondenzácia a nečistoty nemôžu dostať k elektronike. S reguláciou PWM synchronizovanou s Hallovými stavmi môže motor otáčať obežné koleso zlomkom nominálnych otáčok bez prehriatia a môže rýchlo zrýchliť na maximálny prietok vzduchu, keď si to riadiaci signál vyžiada.

EC motory ventilátorov sú rovnakej triedy stroja; termín EC sa vzťahuje na elektronickú komutáciu, ktorá nahrádza mechanické kefovanie, čo je presne to, čo implementuje BLDC pohon so snímačom Hall. V EC motoroch ventilátorov Hallove senzory určujú sektor rotora, regulátor aplikuje PWM a integrovaná jednotka reguluje rýchlosť a prietok vzduchu podľa nastavenej hodnoty. Výhodou EC ventilátorov v porovnaní s indukčnými ventilátormi je účinnosť pri čiastočnom zaťažení. Úpravou pracovného cyklu PWM a zachovaním komutácie cez Hallove stavy môže kompaktný motor EC ventilátora poskytnúť zlepšenú účinnosť v širokom prevádzkovom rozsahu. Pre aplikáciu triedy 350 W pri napájaní 220 V je reprezentatívnym príkladom tejto architektúry motor ventilátora ECF35010 EC.

ECF-350-10 220V 350W EC Motor ventilátora Tento motor ventilátora EC s výkonom 350 W je príkladom kompaktnej komutácie BLDC pomocou Hallovho snímača, ktorá poskytuje zlepšenú účinnosť pri čiastočnom zaťažení a tichú prevádzku ventilačných systémov v prostrediach citlivých na hluk. Zobraziť produkt →

Tichá prevádzka pri nízkych otáčkach je ďalším dôvodom, prečo je vo ventilačných zariadeniach preferovaná konštrukcia so snímačom. Bezsenzorové pohony BLDC často musia napájať fázové páry na dlhší čas vo fáze jednokrokového spustenia, kým je spätné EMF čitateľné, čo spôsobuje tvrdý rez a cvakavý zvuk. Snímané motory komutujú pri správnom uhle krútiaceho momentu už od prvého prechodu, takže sila statora je konštantná a tichá. To je dôvod, prečo sa nízkohlučné motory BLDC pre skleníky, hydinárne a obytné chladiace zariadenia spoliehajú skôr na Hallove senzory než na čisté odhady spätného EMF.

Z pohľadu konštruktéra zariadenia je to praktické: motor BLDC so snímačom Hall zjednodušuje vývoj regulátora, zlepšuje spoľahlivosť spúšťania a udržiava stabilný krútiaci moment pri nízkych otáčkach za cenu niekoľkých káblov navyše. Pre priemysel vzduchových chladičov a ventilátorov je to takmer vždy prijateľný obchod.

Záver

Senzor Hallovho efektu nie je záhadným doplnkom; je to malý aretačný magnetický spínač, ktorý informuje ovládač, ktorý sektor elektrického cyklu BLDC motora je aktívny. Tri senzory s rozstupom 120 elektrických stupňov generujú šesť binárnych kódov; ovládač mapuje každý kód do jedného zo šiestich krokov vedenia; a motor sa posúva zo sektora do sektora so správnym krútiacim momentom. Fyzický efekt je jednoduchý a praktické inžinierstvo spočíva v zarovnaní, zapojení, prahoch a filtrovaní.

Keď si vyberiete motor pre ventilátor, odparovací chladič alebo EC ventilátor, nepovažujte Hallove senzory za nejasný detail. Ich kvalita a usporiadanie rozhoduje o tom, či sa motor zakaždým rozbehne, či beží ticho pri nízkych otáčkach a ako spoľahlivo dokáže regulátor spínať. Pred vykonaním návrhu overte napätie, triedu výkonu, rozhranie snímača a ochranu životného prostredia a otestujte spustenie pri skutočnom zaťažení obežného kolesa.