سنسور اثر هال روی موتور BLDC چگونه کار می کند؟ راهنمای کامل

یک موتور DC سه فاز بدون جاروبک را در نظر بگیرید که شروع به زمزمه کردن می کند، جریان زیادی می کشد و از چرخش خودداری می کند. سیم پیچ ها دست نخورده هستند، کنترلر تغذیه می شود و آهنرباها کاملاً مغناطیسی شده اند. شایع ترین علت ریشه ای در این وضعیت، یک جزء سوخته نیست، بلکه یک سیگنال از دست رفته است: کنترل کننده نمی داند روتور کجاست.

موتور DC بدون جاروبک فاقد کموتاتور مکانیکی و بدون برس است. بنابراین قبل از اینکه بتواند سیم پیچ های استاتور صحیح را در لحظه درست انرژی دهد، باید موقعیت روتور به کنترل کننده گفته شود. در اکثر موتورهای BLDC نوع فن، مؤلفه ای که این اطلاعات موقعیت را ارائه می دهد، سنسور اثر هال است.

نتیجه گیری در یک پاراگراف ساده است. حسگر اثر هال میدان مغناطیسی آهنرباهای دائمی روتور را تشخیص می دهد و آن میدان را به سیگنال الکتریکی دیجیتال تبدیل می کند. سه حسگر از این دست، با فاصله 120 درجه الکتریکی در اطراف استاتور، شش ترکیب خروجی باینری تولید می کنند که به طور منحصر به فرد بخش روتور را در هر چرخه الکتریکی توصیف می کند. کنترل کننده موتور این شش حالت را رمزگشایی می کند و سیم پیچ های فاز را به ترتیب صحیح جابجا می کند. هنگامی که سنسورهای هال، سیم کشی آنها، مدار بالابر و منطق کموتاسیون کنترلر با هم کار می کنند، موتور به آرامی از حالت سکون به سرعت کامل می چرخد. هنگامی که هر بخشی از آن زنجیره از کار می افتد، علائم دقیقا همان زمزمه، جریان بیش از حد و ارتعاش است که در سناریوی افتتاحیه توضیح داده شده است.

این راهنما گام به گام نحوه عملکرد حسگرهای جلوه هال روی موتور BLDC را توضیح می دهد. ما اثر فیزیکی زیربنایی را پوشش می‌دهیم، روشی که سه حسگر یک توالی کموتاسیون شش مرحله‌ای ایجاد می‌کنند، ویژگی‌های هال IC نوع لچ، قرارگیری حسگر، سیم‌کشی، یکپارچگی سیگنال، مقایسه با کنترل بدون حسگر، و عیب‌یابی عملی. ما همچنین به این موضوع می پردازیم که چرا ساخت BLDC با سنسور هال برای کاربردهای فن، خنک کننده هوای تبخیری و موتور EC اهمیت دارد.

اثر هال: آنچه واقعاً در سنسور اتفاق می افتد

سنسور اثر هال یک دستگاه نیمه هادی است که ولتاژ خروجی متناسب با چگالی شار مغناطیسی عبوری از آن تولید می کند. فیزیک پشت آن به ادوین هال در سال 1879 برمی گردد. هال کشف کرد که وقتی هادی حامل جریان در یک میدان مغناطیسی در زوایای قائم با جهت جریان قرار می گیرد، حامل های بار توسط نیروی لورنتس منحرف می شوند. الکترون‌ها یا سوراخ‌های یک نیمه‌رسانا به یک طرف رسانا حرکت می‌کنند، به طوری که یک ولتاژ عرضی قابل اندازه‌گیری بین دو لبه جانبی ظاهر می‌شود. این ولتاژ ولتاژ هال است.

ولتاژ هال با حاصلضرب جریان و شدت میدان مغناطیسی متناسب است و با ضخامت هادی و چگالی حامل بار نسبت معکوس دارد. در هادی های خالص مانند مس، چگالی حامل آنقدر زیاد است که ولتاژ هال ناچیز است. به همین دلیل است که سنسورهای هال عملی از مواد نیمه هادی با چگالی حامل بسیار کمتر ساخته شده اند که در یک صفحه نازک به نام صفحه هال چیده شده اند که با منبع جریان بایاس، تقویت کننده دیفرانسیل، مقایسه کننده و یک مرحله خروجی در یک بسته آی سی واحد قرار گرفته اند.

برای کموتاسیون موتورهای BLDC، ما نیازی به اندازه گیری چگالی شار مطلق با وضوح بالا نداریم. ما فقط به یک پاسخ دودویی نیاز داریم: آیا در این لحظه یک قطب شمال یا قطب جنوب روتور رو به سنسور است. بنابراین، خروجی یک سنسور هال درجه کموتاسیون دیجیتال است. مقایسه کننده داخل آی سی ولتاژ هال تقویت شده را با آستانه مرجع مقایسه می کند. هنگامی که قطب شمال روتور چگالی شار را بالاتر از نقطه کار (BOP) می آورد، خروجی به یک حالت سوئیچ می شود. وقتی قطب جنوب بعداً چگالی شار را به زیر نقطه رهاسازی (BRP) فشار می‌دهد، خروجی به عقب برمی‌گردد. تفاوت بین BOP و BRP هیسترزیس نامیده می شود و با معکوس شدن میدان مغناطیسی، انتقال دیجیتالی تمیز و بدون پچ پچ را تضمین می کند.

چرا یک موتور BLDC به بازخورد موقعیت روتور نیاز دارد؟

یک موتور DC بدون جاروبک یک موتور با آهنربای دائمی سنکرون است. استاتور آن دارای سیم‌پیچ‌های سه فاز است که معمولاً به صورت ستاره یا مثلث متصل می‌شوند و روتور آن با آهن‌رباهای دائمی متناوب شمالی و جنوبی مجهز است. بر خلاف موتور DC برس دار، که در آن کموتاتور به طور مکانیکی جریان آرمیچر را با توجه به موقعیت روتور سوئیچ می کند، موتور BLDC هیچ وسیله سوئیچینگ مکانیکی ندارد. جریان های فاز باید به صورت الکترونیکی توسط یک اینورتر سوئیچ شوند و لحظه های سوئیچینگ باید با موقعیت زاویه ای روتور مطابقت داشته باشند. برای درمان کامل معماری موتور می توانید به مقاله ما در مورد اصل کار موتور DC بدون جاروبک مراجعه کنید.

در یک درایو استاندارد سه فاز BLDC، تنها دو فاز در هر زمان هدایت می شوند. فاز سوم غیر فعال است. اینورتر شش سوئیچ قدرت شش حالت رسانایی ممکن را ایجاد می کند که یک میدان استاتور دوار را راه اندازی می کند. گشتاور به این دلیل تولید می شود که میدان استاتور روتور آهنربای دائمی را جذب و دفع می کند و سعی می کند میدان روتور را به سمت تراز بکشد. حداکثر گشتاور زمانی به دست می آید که میدان استاتور تقریباً 90 درجه الکتریکی جلوتر از میدان روتور باشد. برای حفظ این رابطه 90 درجه در حین چرخش روتور، کنترل کننده باید هر 60 درجه الکتریکی از یک حالت رسانایی به حالت بعدی تغییر کند. اگر سوئیچینگ زود باشد، گشتاور کاهش می یابد. اگر دیر باشد، گشتاور کاهش می یابد. اگر جفت اشتباه انتخاب شود، موتور به جای شتاب گرفتن، سرعت خود را کاهش می دهد. بخش مهم این است که کنترلر نمی تواند بداند کدام جفت را انتخاب کند مگر اینکه موقعیت روتور را بداند. بنابراین، بازخورد موقعیت یک اصلاح اختیاری نیست. یک نیاز کاربردی است.

راه های مختلفی برای به دست آوردن موقعیت روتور در موتور BLDC وجود دارد. رمزگذارها و حل کننده ها وضوح بالایی دارند، اما گران هستند و از نظر مکانیکی پیچیده هستند. روش‌های بدون سنسور موقعیت را از back-EMF بدست می‌آورند، اما در حالت سکون و سرعت پایین شکست می‌خورند. برای یک موتور فن حساس به هزینه که از چند صد تا چند هزار دور در دقیقه کار می کند، سه حسگر اثر هال مصالحه استاندارد صنعت هستند. آنها ارزان، مستحکم هستند و موقعیت روتور مطلق را حتی زمانی که شفت حرکت نمی کند فراهم می کنند.

سه سنسور هال، شش حالت، شش مرحله کموتاسیون

سنسورهای هال را می توان به صورت تکی یا چندتایی استفاده کرد. در موتور سه فاز BLDC، پیکربندی استاندارد سه حسگر است که با فاصله 120 درجه الکتریکی در اطراف استاتور قرار دارند. حسگرها ثابت هستند و با چرخش روتور، آهنرباهای روتور از کنار آنها عبور می کنند. از آنجایی که هر سنسور در معرض قطب شمال قرار می گیرد، خروجی دیجیتال آن به بالاترین حد منطقی می رسد. هنگامی که یک قطب جنوب عبور می کند، خروجی به پایین منطقی می رود. از آنجایی که این سه حسگر از نظر فیزیکی با 120 درجه الکتریکی از هم جدا می شوند، خروجی آنها هرگز در همان لحظه تغییر نمی کند. در هر لحظه، ترکیب سه خروجی یکی از شش حالت معتبر است. هر حالت مربوط به یک بخش روتور است که 60 درجه الکتریکی را در بر می گیرد.

کنترل کننده یک جدول حقیقت دارد که هر یک از شش حالت را به جفت فازهایی که باید در آن بخش انرژی داده شوند، ترسیم می کند. یک نقشه برداری نماینده در زیر نشان داده شده است.

با خواندن جدول، دنباله حالت‌ها برای یک چرخه الکتریکی کامل 101، 100، 110، 010، 011، 001 است. اگر موتور به سمت دیگری بچرخد، ترتیب دقیق ممکن است برعکس شود، و در صورت تعویض سیم‌های فاز، تخصیص حالت‌ها به بخش‌ها تغییر کند. اصل یکسان باقی می ماند.

دو نکته ارزش تاکید دارد زیرا آنها تعدادی از تصمیمات طراحی دنیای واقعی را توضیح می دهند. ابتدا، هر زمان که ترکیب هال تغییر کند، کنترل‌کننده می‌تواند فوراً به حالت رسانش بعدی سوئیچ کند. خود انتقال هال می تواند به عنوان رویداد کموتاسیون استفاده شود. به همین دلیل است که کموتاسیون اغلب به‌عنوان هماهنگ‌شده با هال توصیف می‌شود. دوم، چون سیگنال‌های هال تنها یک بار در هر 60 درجه الکتریکی به‌روزرسانی می‌شوند، وضوح در مقایسه با رمزگذار درشت است. برای یک موتور با چندین جفت قطب، فاصله فیزیکی بین سنسورها به نسبت کوچکتر می شود. بعداً در بخش اختصاصی به آن محدودیت مکانیکی باز خواهیم گشت.

در هر بخش 60 درجه، جریان در سیم پیچ های رسانا معمولاً توسط مدولاسیون عرض پالس (PWM) ولتاژ باس DC تنظیم می شود. سنسورهای هال جریان را تنظیم نمی کنند. آنها فقط تصمیم می گیرند که کدام جفت فاز PWM را دریافت کند. سرعت با تغییر چرخه وظیفه PWM تنظیم می شود، در حالی که پله های کموتاسیون به حالت های هال قفل می شود. این ترکیب از جابجایی شش مرحله ای به همراه PWM اساس عملاً تمام درایوهای فن و خنک کننده هوای BLDC حس شده است.

آی سی های هال نوع لچ: مؤلفه ای که اهمیت دارد

در یک برنامه کموتاسیون BLDC، سنسور هال در حالت قفل عمل می کند. معمولاً به جای سوئیچ تک قطبی، قفل دوقطبی نامیده می شود. یک سوئیچ تک قطبی زمانی روشن می شود که میدانی با یک قطبیت از آستانه فراتر رود و زمانی که میدان به زیر آن آستانه برگردد خاموش می شود. این رفتار برای تشخیص وجود آهنربا خوب است، اما برای جابجایی مناسب نیست. یک سنسور کموتاسیون باید وضعیت خود را به خاطر بسپارد و آن را تا رسیدن قطب مخالف نگه دارد. یک IC Hall از نوع لچ دقیقاً این کار را انجام می دهد: وقتی یک قطب شمال را بالای BOP می بیند، منطق را بالا می بندد و تا زمانی که قطب جنوب را زیر BRP نبیند آزاد نمی شود. سپس خروجی در حدود 180 درجه الکتریکی بالا و در حدود 180 درجه الکتریکی پایین می‌ماند و موج مربعی متعادلی را که منطق کموتاسیون انتظار دارد تولید می‌کند.

تفسیر پارامترهای صفحه داده کلیدی دشوار نیست. ولتاژ تغذیه یک آی سی هال کموتاسیون معمولی 3.3 تا 24 ولت DC است، با خروجی تخلیه باز یا فشار کش. خروجی های تخلیه باز به یک مقاومت کششی خارجی نیاز دارند. خروجی های فشاری-کشی انجام نمی دهند. آستانه های سوئیچینگ BOP و BRP در Gauss یا millitesla مشخص شده اند و پسماند تفاوت بین آنهاست. یک چفت معمولی ممکن است دارای یک نقطه عملکرد چند ده گاوس و یک نقطه آزاد با قطب مخالف چند ده گاوس باشد. اعداد واقعی باید با چگالی شار موجود در محل حسگر مطابقت داشته باشند. فرکانس سوئیچینگ باید بالاتر از حداکثر فرکانس الکتریکی موتور باشد. این به ندرت برای موتورهای فن مشکلی ایجاد می کند، اما باید از نظر طرح های با سرعت بالا یا تعداد قطب بالا بررسی شود. محدوده دمای محیط باید بدترین موقعیت سنسور را در داخل موتور، از جمله خیساندن حرارت از سیم پیچ ها، پوشش دهد. برای تجهیزات فضای باز مانند کولرهای هوای تبخیری، مقاومت مجموعه حسگر در برابر رطوبت نیز اهمیت دارد.

یکی از مسائل ظریف اما تکرارشونده طراحی، رابطه بین قرارگیری سنسور هال و شار آهنربایی در یک استاتور شکافدار است. سنسور فقط آهنربای روتور را نمی بیند. همچنین شار نشتی از سیم‌پیچ‌های استاتور پر انرژی را می‌بیند. اگر میدان نشتی به اندازه کافی قوی باشد، می‌تواند از آستانه‌های BOP و BRP تجاوز کند یا زمان کموتاسیون را تغییر دهد. راه حل های استاندارد عبارتند از: ماسک کردن یا براکت کردن سنسور، قرار دادن آن فراتر از پشته استاتور، یا به طور موقت خاموش کردن سیگنال هال در حین سوئیچینگ اینورتر با استفاده از یک بازگرداندن کوتاه یا فیلتر در کنترلر. این یک جزئیات معمولی است که یک طراحی موتور بادوام را از نمونه ای با خطاهای کموتاسیون متناوب متمایز می کند.

نصب، تراز، و محدودیت جفت قطب

نصب مکانیکی سنسورهای هال تقریباً به اندازه طراحی الکتریکی مهم است. In most small and medium BLDC motors intended for fans, air coolers, and evaporative coolers, the three Hall ICs are soldered to a small printed circuit board mounted on the non-drive end shield of the motor. روتور آهنرباهای اضافی را حمل می کند که از روی برد سنسور عبور می کنند، یا برد سنسور طوری قرار می گیرد که آهنرباهای روتور اصلی بسته به معماری آن را عبور دهند. PCB سنسور توسط یک کانکتور به برد کنترلر متصل می شود و رابط معمولی پنج سیم را تشکیل می دهد: VCC، GND و سه خروجی سنسور.

فاصله الکتریکی 120 درجه به یک زاویه مکانیکی تبدیل می شود که به تعداد جفت قطب های مغناطیسی بستگی دارد. One electrical cycle corresponds to one pole pair, so the mechanical angle between adjacent sensors is 120 electrical degrees divided by the number of pole pairs. برای یک موتور دو قطبی، سه سنسور با فاصله 120 درجه مکانیکی از هم قرار دارند. برای موتورهای چهار قطبی، 60 درجه مکانیکی از هم فاصله دارند. برای یک موتور هشت قطبی با چهار جفت قطب، فاصله 30 درجه مکانیکی است. نتیجه این است که با افزایش تعداد قطب‌ها، فضای موجود برای بسته‌های حسگر کوچک می‌شود و تحمل هم‌ترازی تنگ‌تر می‌شود. این یکی از دلایلی است که چرا بسیاری از موتورهای فن بزرگتر به تعداد قطب های متوسط ​​می چسبند و چرا موتورهای با تعداد قطب بالا اغلب بدون سنسور یا با سنسورهایی که مستقیماً روی PCB اصلی نصب شده اند و نه روی یک برد جداگانه طراحی می شوند.

هم ترازی دومین محدودیت است. برد سنسور در هنگام مونتاژ به گونه ای قرار می گیرد که لبه سوئیچینگ هر خروجی هال در زاویه صحیح روتور نسبت به سیم پیچ استاتور فاز مربوطه رخ دهد. اگر حسگرها در هر دو جهت چندین درجه الکتریکی نامناسب باشند، رویداد کموتاسیون خیلی زود یا خیلی دیر می رسد و باعث افزایش جریان، موج گشتاور، لرزش و از دست دادن کارایی می شود. اگر سنسورها به شدت نامناسب باشند، ممکن است موتور اصلا روشن نشود. برخی از طرح‌ها عمداً یک زاویه ثابت بین سنسورها و محور سیم‌پیچ معرفی می‌کنند تا پیشروی فاز را برای عملیات با سرعت بالا ایجاد کنند، اما پس از آن، افست ثابت و مستند است، نه تصادفی.

ساختار روتور خارجی مورد استفاده در چندین موتور فن کولر هوا، استاتور را در داخل و کاپ روتور را در خارج قرار می دهد. مزیت آشکار برای سیستم حسگر این است که تخته هال در سمت ثابت استاتور و حلقه آهنربا در داخل فنجان چرخان نصب شده است. شکاف هوا قابل پیش بینی است و سنسور از جریان هوای خارجی محافظت می شود. برای نمونه ای از این معماری در اندازه ای که با وظیفه جریان هوای واقعی مواجه است، موتور کولر خارجی BLDC DC149-220V-600W نمونه ای معرف است.

DC149 220V 600W External Rotor BLDC Air Cooler Motor این موتور روتور خارجی 600 وات نمونه ای نماینده از حسگر هال نصب شده بر روی استاتور است که شکاف هوای قابل پیش بینی و قرارگیری حسگر محافظت شده را برای جابجایی قابل اعتماد در وظیفه جریان هوا واقعی ارائه می دهد. مشاهده محصول →

Wiring and signal integrity: getting the pulses to the controller

The Hall outputs are square waves, but they travel through a cable that runs alongside the phase wires carrying rapidly switching PWM currents. بدون مراقبت، سیگنال ممکن است خراب شود. مهمترین نکات کاربردی عبارتند از:

• Use pull-up resistors of 1k to 10k ohms for open-drain Hall outputs. این مقدار هم زمان افزایش سیگنال و هم ایمنی را کنترل می کند. مقاومت خیلی کم جریان غیر ضروری را می کشد. مقاومت بسیار زیاد لبه را کند و نسبت به ظرفیت خازنی حساس می کند.
• یک خازن کوچک در نزدیکی ورودی کنترلر قرار دهید، معمولاً 1nF تا 100nF، برای حذف نویز فرکانس بالا و در عین حال حفظ زمان بندی لبه کموتاسیون.
• Keep the Hall signal wires twisted or shielded, and separate them from phase conductors wherever the routing allows.
• Connect the sensor ground and the controller ground at a single common point to avoid ground offset. اگر سنسور توسط یک تنظیم کننده ولتاژ جداگانه تامین می شود، مطمئن شوید که خروجی رگولاتور در طول گذراهای PWM پایدار است.
• For long cable runs, differential line drivers or transistor buffers can be inserted, but for motors with up to a few meters of cable, a filtered open-drain signal is usually sufficient.

منطق کموتاسیون در کنترل کننده معمولاً در لبه انتقال فعال می شود، نه در سطح. هر صدایی که یک انتقال اضافی در یک خط هال ایجاد کند باعث کموتاسیون زودهنگام می شود، به همین دلیل است که debouncing و تشخیص لبه بخشی از سیستم عامل کنترل کننده های تولید است. برخی از اینورترها ورودی هال را برای چند میکروثانیه در حین سوئیچینگ فاز خالی می کنند، زیرا تغییر ولتاژ سریع گره سوئیچینگ به صورت خازنی با سیم های حسگر جفت می شود.

یکی از اقدامات حفاظتی اضافی در داخل موتور یک مقاومت سری در هر خط هال نزدیک کانکتور است. در ترکیب با خازن سمت کنترلر، این یک فیلتر پایین گذر را تشکیل می دهد. اگر موتور را به تنهایی تامین می‌کنید، مطمئن شوید که پین‌های رابط موتور دارای برچسب‌هایی برای VCC، GND، H1، H2 و H3 هستند. پین اوت نادرست رایج ترین خطای سیم کشی میدان است و در صورت معکوس شدن قطبیت منبع، می تواند به سرعت به آی سی های هال آسیب برساند.

سنسورهای هال در مقابل کنترل بدون حسگر: یک مقایسه عملی

یک سوال مهندسی مکرر این است که آیا کنترل EMF پشتی بدون سنسور می تواند جایگزین سنسورهای هال شود؟ In high-volume applications the answer is sometimes yes, but not without compromises. Sensored control with Hall sensors has one decisive advantage: it works at zero speed. A sensorless drive, by contrast, estimates rotor position from the back-EMF of the open phase, and the back-EMF is proportional to speed. در حالت سکون و در دورهای بسیار کم، EMF پشتی برای اندازه‌گیری بسیار کوچک است، بنابراین کنترل‌کننده باید پالس‌های تراز و شیب حلقه باز را فقط برای به حرکت درآوردن موتور اعمال کند. اگر گشتاور بار زیاد باشد یا در حین راه اندازی تغییر کند، ممکن است رمپ حلقه باز از کار بیفتد، موتور را متوقف کند یا چرخش معکوس لحظه ای ایجاد کند.

برای کولرهای هوا، فن های کانالی و سایر بارهای پروانه، خود فن در حالت سکون گشتاور بسیار کمی اعمال می کند، اما بار آیرودینامیکی با مجذور سرعت افزایش می یابد. یک موتور حسگر با گشتاور کامل از اولین انتقال هال شروع می شود که کنترل کننده را ساده می کند و یک جهت مشخص را تضمین می کند. A sensorless motor can be made to start if the firmware is well tuned, but the effort then moves into software rather than hardware.

هزینه و قابلیت اطمینان معمولاً دلایل اصلی حذف سنسورها هستند. سنسورهای هال دو یا سه هادی به کابل موتور، یک کانکتور، یک PCB سنسور و زمان مونتاژ اضافه می کنند. از نظر قابلیت اطمینان، یک حسگر یا اتصال لحیم کاری ممکن است از کار بیفتد، در حالی که حسگر EMF پشتی هیچ بخش متحرک یا مغناطیسی اضافی ندارد. با این حال، آی سی های هال مدرن ارزان هستند و زمانی که به درستی نصب و محافظت شوند، بسیار مقاوم هستند. برای موتورهای فن که ماه ها به طور مداوم کار می کنند، میزان خرابی سنسور کم است. خرابی رایج تر آسیب مکانیکی به کابل سنسور یا کانکتور در حین نصب است.

در نهایت، انتخاب به پاکت عملیاتی بستگی دارد. موتوری که باید در حالت سکون گشتاور تولید کند، فن را با سرعت کم نگه دارد یا به طور قابل اعتمادی معکوس کند، از سنسورهای هال سود می برد. یک فن با سرعت ثابت که از حالت استراحت بدون بار می‌چرخد، با یک روال راه‌اندازی که به دقت تنظیم شده است، می‌تواند بدون حسگر باشد. اکثر موتورهای خنک‌کننده هوای تجاری، موتورهای فن EC و موتورهای فن کم‌صدا BLDC حسگرهای هال را حفظ می‌کنند تا عملکرد نرم، بی‌صدا، با سرعت آهسته و راه‌اندازی قابل پیش‌بینی را تضمین کنند.

هنگام انتخاب یک موتور BLDC با سنسور هال چه مواردی را باید تأیید کرد

اگر یک موتور کامل می‌خرید، معمولاً مدل سنسور هال را خودتان انتخاب نمی‌کنید. سازنده موتور انجام می دهد. اما باید بدانید چه چیزی را باید تأیید کنید، زیرا کیفیت سنسور مستقیماً بر قابلیت اطمینان شروع و عمر مفید تجهیزات شما تأثیر می گذارد.

ابتدا محدوده ولتاژ منبع تغذیه سنسور را با کنترلر خود بررسی کنید. A motor with Hall sensors powered at 5V cannot run on a 3.3V supply unless the sensors accept 3.3V operation and the pull-ups are connected to the 3.3V rail. بسیاری از آی سی های هال مدرن 3.3 تا 24 ولت را پوشش می دهند. دوم، منطق خروجی را تأیید کنید: خروجی‌های تخلیه باز نیاز به یک مقاومت کششی دارند، و pull-up باید روی برد کنترلر شما باشد. سوم، تعداد جفت قطب ها و فاصله سنسور را بررسی کنید. این توسط کاربر قابل تنظیم نیست. چهارم، رتبه زیست محیطی را در نظر بگیرید. اگر موتور در جریان هوای مرطوب یک خنک کننده تبخیری نصب شده باشد یا در معرض تراکم قرار گیرد، PCB سنسور و کانکتور باید محافظت شوند.

پنجم، رفتار راه اندازی را با بار واقعی خود بررسی کنید. پروانه فن گاهی اوقات کمی تعصب دارد. اگر صفحه هال به درستی تنظیم نشده باشد، ممکن است موتور گهگاهی به سمت عقب روشن شود یا با سرعت کم لرزش داشته باشد. آزمون صادقانه در مونتاژ واقعی است. ششم، بپرسید در صورت از بین رفتن سیگنال هال، موتور چگونه رفتار می کند. یک سیستم عامل کنترل کننده خوب یک لبه هال گم شده را تشخیص می دهد، تولید PWM را متوقف می کند و به جای ادامه دادن با یک الگوی کموتاسیون اشتباه، یک خطا را علامت گذاری می کند.

در نهایت، اگر اندازه یک موتور را برای یک کولر بزرگتر تعیین می کنید، نصب مکانیکی و پیکربندی شفت را مقایسه کنید. یک موتور روتور خارجی پرقدرت برای کولرهای هوای بزرگ یک بسته فیزیکی متفاوت از یک موتور فن فشرده EC است. در کلاس توان بالاتر، موتور خنک کننده هوای خارجی BLDC DC198-220V-1500W نشان دهنده ردیف 1500 وات با همان معماری حسگر است.

موتور کولر هوا DC198 220 ولت 1500 وات روتور خارجی BLDC این موتور روتور خارجی پرقدرت که تا ردیف 1500 وات مقیاس بندی شده است، از همان معماری حسگر بهره می برد و آن را به نقطه مقایسه مناسبی برای اندازه گیری کولرهای بزرگتر با الزامات نصب مکانیکی سنگین تر تبدیل می کند. مشاهده محصول →

خطاهای سنسور معمولی هال و نحوه تشخیص آنها

Humb، Overcurrent، No Start و Reverse Start به طور مکرر در فیلد ظاهر می شوند. فهرست زیر حالت‌های خطای کلاسیک را پوشش می‌دهد و ابتدا به کجا نگاه کنید.

1. موتور روشن نمی شود و جریان بالایی می کشد: معمولاً کنترل کننده هرگز وضعیت هال معتبری را ندیده است، بنابراین نمی تواند کموتاسیون را آغاز کند. دلایل آن عبارتند از قطع شدن سنسور، پل لحیم کاری یا خروجی گیر.
2. موتور روشن می‌شود، کار می‌کند، سپس با اعمال بار متوقف می‌شود: یک خروجی هال گهگاه از بین می‌رود، بنابراین جفت کموت شده اشتباه می‌شود. دلایل آن عبارتند از اتصال ضعیف، ترک خوردگی اتصال لحیم کاری، یا تماس متناوب بالا رفتن.
3. Motor runs roughly in one direction with excessive vibration: commutation timing is early or late because one sensor is offset, or its threshold is too high to switch exactly at the intended angle.
4. موتور به طور متناوب به سمت عقب می چرخد: نظم حالت یا منطق راه اندازی با تعویض سیم کشی دو خط هال معکوس می شود. در برخی از کنترلرها این می تواند در سیستم عامل ثابت شود. otherwise, the sensors are in the wrong physical order.
5. موتور با سرعتی کمتر از سرعت فرمان با تیک تیک صوتی کار می کند: یک خروجی هال وجود ندارد یا همیشه زیاد است، بنابراین کنترل کننده فقط یک توالی چهار حالته را اعمال می کند و نمی تواند گشتاور شش مرحله ای کامل را تولید کند. این یک آزمایش آسان است: هنگام چرخاندن روتور با دست، سه خروجی را بخوانید. همه آنها باید دقیقاً یک بار در هر جفت قطب جابجا شوند.

یک روش آزمایش مفید به شرح زیر است. موتور را از اینورتر جدا کنید، برد هال را با یک منبع تغذیه در VCC نامی خود تغذیه کنید، سه خروجی را از طریق کشش به منبع منطقی متصل کنید و روتور را به آرامی با دست بچرخانید. در اسیلوسکوپ باید شش ترکیب متمایز در اطراف چرخه الکتریکی، با لبه های تمیز و بدون انتقال دوگانه را مشاهده کنید. در یک مولتی متر می توانید تأیید کنید که هر خروجی به طور جداگانه تغییر می کند، اما اسیلوسکوپ رابطه زمان بندی بین سه کانال را نشان می دهد، که قسمتی است که بیشترین اهمیت را برای کموتاسیون دارد.

همچنین فاصله سنسور اندازه گیری شده را در درجه مکانیکی با مقدار مورد انتظار برای تعداد قطب مقایسه کنید: برای طراحی چهار قطبی، سه سنسور 60 درجه مکانیکی از هم فاصله دارند و غیره. اگر یک حسگر به طور مداوم منطق را بالا گزارش می کند، حتی زمانی که قطب مغناطیسی مخالف مستقیماً در مقابل آن قرار دارد، آن آی سی سنسور را تعویض کنید. اگر خروجی از میدان پیروی کند اما آستانه های مغناطیسی حاشیه ای باشند، یک آهنربا با شار پسماند قوی تر راه حل معمول است.

چرا سنسورهای هال در کاربردهای خنک کننده هوا، فن و موتور EC اهمیت دارند؟

برنامه های کاربردی در خط تولید شرکت، ارتباط عملی را نشان می دهد. خنک‌کننده‌های هوای تبخیری ماشین‌های ساده‌ای هستند، اما نشان‌دهنده یک وظیفه موتوری سخت هستند: یک بار پروانه با سرعت کم در شب، جریان هوای زیاد در بعد از ظهر، تغییرات ولتاژ شبکه و جریانی از هوای مرطوب. یک موتور BLDC روتور خارجی حسگر گشتاور کم سرعت و جهت شروع تضمینی مورد نیاز برنامه را فراهم می کند. ساختار روتور خارجی استاتور و برد هال را در داخل محافظت می کند، جایی که تراکم و آلودگی نمی تواند به الکترونیک برسد. با کنترل PWM که با حالت های هال همگام شده است، موتور می تواند پروانه را با کسری از سرعت اسمی بدون گرم شدن بیش از حد بچرخاند و زمانی که سیگنال کنترل ایجاب می کند می تواند به سرعت به حداکثر جریان هوا برسد.

موتورهای فن EC از همان کلاس ماشین هستند. اصطلاح EC به کموتاسیون الکترونیکی اشاره دارد که جایگزین مسواک زدن مکانیکی می شود، که دقیقا همان چیزی است که درایو BLDC با سنسور هال اجرا می کند. در موتورهای فن EC حسگرهای هال بخش روتور را تعیین می‌کنند، کنترل‌کننده PWM را اعمال می‌کند، و واحد یکپارچه سرعت و جریان هوا را در برابر یک نقطه تنظیم تنظیم می‌کند. مزیت فن های EC در مقایسه با فن های القایی کارایی در بار جزئی است. با تنظیم چرخه وظیفه PWM و حفظ کموتاسیون در حالت های هال، یک موتور فن جمع و جور EC می تواند راندمان بهبود یافته را در محدوده عملیاتی گسترده ای ارائه دهد. موتور فن ECF35010 برای کاربرد کلاس 350 وات بر روی منبع تغذیه 220 ولت، نمونه ای از این معماری است.

موتور فن ECF-350-10 220V 350W EC این موتور فن 350 واتی EC نمونه‌ای از کموتاسیون BLDC با سنسور هال فشرده است که راندمان بار جزئی بهبود یافته و عملکرد بی‌صدا را برای سیستم‌های تهویه در محیط‌های حساس به نویز ارائه می‌دهد. مشاهده محصول →

عملکرد بی صدا در سرعت کم دلیل دیگری است که طراحی حسگر در تجهیزات تهویه ترجیح داده می شود. درایوهای BLDC بدون سنسور اغلب در مرحله راه‌اندازی تک مرحله‌ای باید جفت‌های فاز را برای مدت طولانی‌تری فعال کنند تا اینکه EMF برگشتی قابل خواندن باشد، و این باعث برش سخت و صدای کلیک می‌شود. موتورهای حسگر از همان اولین انتقال در زاویه گشتاور صحیح جابجا می شوند، بنابراین نیروی استاتور ثابت و بی صدا است. به همین دلیل است که طراحی‌های موتور BLDC کم‌صدا برای گلخانه‌ها، مرغداری‌ها و خنک‌کننده‌های مسکونی به جای تخمین‌گرهای Back-EMF خالص به سنسورهای هال متکی هستند.

از منظر یک سازنده تجهیزات، غذای آماده عملی است: یک موتور BLDC با سنسور هال، توسعه کنترلر را ساده می کند، قابلیت اطمینان راه اندازی را بهبود می بخشد، و گشتاور را در سرعت های پایین، به قیمت چند سیم اضافی، ثابت نگه می دارد. برای صنعت کولرهای هوا و فن، این تقریباً همیشه یک تجارت قابل قبول است.

نتیجه گیری

سنسور اثر هال یک لوازم جانبی مرموز نیست. این یک سوئیچ مغناطیسی گیره کوچک است که به کنترل کننده می گوید کدام بخش از چرخه الکتریکی موتور BLDC فعال است. سه حسگر با فاصله 120 درجه الکتریکی شش کد باینری تولید می کنند. کنترلر هر کد را به یکی از شش مرحله هدایت نگاشت می کند. و موتور از بخش به بخش با گشتاور صحیح پیش می رود. اثر فیزیکی ساده است و مهندسی عملی در تراز، سیم کشی، آستانه و فیلتر است.

هنگامی که موتوری را برای یک فن، خنک کننده تبخیری یا فن EC انتخاب می کنید، حسگرهای هال را جزییات مبهم تلقی نکنید. کیفیت و چیدمان آنها تعیین می‌کند که آیا موتور هر بار روشن می‌شود، آیا در سرعت کم بی‌صدا کار می‌کند یا نه، و کنترل‌کننده تا چه حد می‌تواند سوئیچ کند. ولتاژ، کلاس توان، رابط حسگر و حفاظت از محیط زیست را تأیید کنید و راه‌اندازی را تحت بار واقعی پروانه خود قبل از انجام یک طراحی آزمایش کنید.