Jak funguje Hallův senzor na motoru BLDC? Kompletní průvodce

Zvažte třífázový bezkomutátorový stejnosměrný motor, který začne hučet, odebírá nadměrný proud a odmítá se otáčet. Vinutí jsou neporušená, ovladač je napájen a magnety jsou plně magnetizované. Nejčastější příčinou v této situaci není spálená součást, ale chybějící signál: regulátor neví, kde je rotor.

Bezkomutátorový stejnosměrný motor nemá žádný mechanický komutátor a žádné kartáče. Řídicí jednotka proto musí být informována o poloze rotoru, než může ve správný okamžik nabudit správná statorová vinutí. U většiny BLDC motorů ventilátorového typu je součástí, která poskytuje tyto informace o poloze, snímač Hallova jevu.

Závěr v jednom odstavci je jednoduchý. Senzor Hallova jevu detekuje magnetické pole permanentních magnetů rotoru a převádí toto pole na digitální elektrický signál. Tři takové senzory, umístěné 120 elektrických stupňů od sebe kolem statoru, vytvářejí šest kombinací binárních výstupů, které jedinečně popisují sektor rotoru v každém elektrickém cyklu. Regulátor motoru dekóduje těchto šest stavů a ​​přepíná fázová vinutí ve správném pořadí. Když Hallovy senzory, jejich kabeláž, vytahovací obvody a komutační logika ovladače spolupracují, motor se hladce otáčí z klidu do plné rychlosti. Když některá část tohoto řetězce selže, symptomy jsou přesně hučení, nadproud a vibrace popsané v úvodním scénáři.

Tato příručka vysvětluje krok za krokem, jak senzory Hallova efektu fungují na motoru BLDC. Pokrýváme základní fyzikální efekt, způsob, jakým tři senzory generují šestikrokovou komutační sekvenci, charakteristiky Hall IC se západkou, umístění senzoru, zapojení, integritu signálu, srovnání s bezsenzorovým řízením a praktické vyhledávání závad. Podíváme se také na to, proč je konstrukce BLDC s Hallovým senzorem důležitá pro aplikace ventilátorů, odpařovacích vzduchových chladičů a EC motorů.

Hallův jev: co se vlastně děje v senzoru

Senzor Hallova jevu je polovodičové zařízení, které vytváří výstupní napětí úměrné hustotě magnetického toku, který jím prochází. Fyzika za tím sahá až do Edwina Halla v roce 1879. Hall objevil, že když je vodič, kterým prochází proud, umístěn v magnetickém poli v pravém úhlu ke směru proudu, jsou nosiče náboje vychylovány Lorentzovou silou. Elektrony nebo díry v polovodiči se pohybují na jednu stranu vodiče, takže se mezi dvěma bočními okraji objeví měřitelné příčné napětí. Toto napětí je Hallovo napětí.

Hallovo napětí je úměrné součinu proudu a intenzity magnetického pole a nepřímo úměrné tloušťce vodiče a hustotě nosiče náboje. V čistých vodičích, jako je měď, je hustota nosiče tak vysoká, že Hallovo napětí je nepatrné. To je důvod, proč jsou praktické Hallovy senzory vyrobeny z polovodičového materiálu s mnohem nižší hustotou nosiče, uspořádané v tenké desce zvané Hallova deska, integrované se zdrojem předpětí, diferenciálním zesilovačem, komparátorem a koncovým stupněm v jediném IC pouzdru.

Pro komutaci BLDC motorů nepotřebujeme měřit absolutní hustotu toku s vysokým rozlišením. Potřebujeme pouze binární odpověď na jednu otázku: je severní nebo jižní pól rotoru v tuto chvíli obrácen k senzoru. Proto je výstup Hallova senzoru komutačního stupně digitální. Komparátor uvnitř IC porovnává zesílené Hallovo napětí s referenčním prahem. Když severní pól rotoru přenese hustotu toku nad pracovní bod (BOP), výstup se přepne do jednoho stavu. Když jižní pól později stlačí hustotu toku pod bod uvolnění (BRP), výstup se přepne zpět. Rozdíl mezi BOP a BRP se nazývá hystereze a zajišťuje čistý digitální přechod bez chvění, když se magnetické pole obrátí.

Proč BLDC motor potřebuje zpětnou vazbu o poloze rotoru

Bezkomutátorový stejnosměrný motor je synchronní motor s permanentními magnety. Jeho stator nese tři fázová vinutí, obvykle zapojená do hvězdy nebo trojúhelníku, a jeho rotor je osazen střídavými severními a jižními permanentními magnety. Na rozdíl od kartáčovaného stejnosměrného motoru, kde komutátor mechanicky spíná proud kotvy podle polohy rotoru, nemá BLDC motor žádná mechanická spínací zařízení. Fázové proudy musí být spínány elektronicky invertorem a spínací okamžiky musí odpovídat úhlové poloze rotoru. Kompletní zpracování architektury motoru naleznete v našem článku o principu činnosti bezkomutátorového stejnosměrného motoru.

U standardního třífázového BLDC měniče jsou současně vodivé pouze dvě fáze. Třetí fáze je neaktivní. Šest výkonových spínačů invertoru vytváří šest možných stavů vedení, které nastavují rotující pole statoru. Točivý moment vzniká, protože pole statoru přitahuje a odpuzuje rotor s permanentními magnety a snaží se stáhnout pole rotoru do vyrovnání. Maximálního točivého momentu se dosáhne, když je pole statoru přibližně 90 elektrických stupňů před polem rotoru. Aby byl zachován tento 90stupňový vztah, když se rotor otáčí, musí ovladač každých 60 elektrických stupňů přepnout z jednoho stavu vedení do dalšího. Pokud je spínání předčasné, krouticí moment klesá; pokud je pozdě, točivý moment klesá; pokud je zvolen špatný pár, motor místo zrychlování zpomaluje. Důležité je, že ovladač nemůže vědět, který pár vybrat, pokud nezná polohu rotoru. Zpětná vazba polohy proto není volitelným vylepšením. Je to funkční požadavek.

Existuje několik způsobů, jak získat polohu rotoru v BLDC motoru. Kodéry a resolvery poskytují vysoké rozlišení, ale jsou drahé a mechanicky složité. Bezsenzorové metody odvozují polohu ze zpětného EMF, ale selhávají při stání a nízké rychlosti. Pro motor ventilátoru, který je citlivý na náklady a běží od několika stovek do několika tisíc otáček za minutu, jsou tři snímače Hallova efektu kompromisem průmyslového standardu. Jsou levné, robustní a poskytují absolutní polohu rotoru, i když se hřídel nepohybuje.

Tři Hallovy senzory, šest stavů, šest komutačních kroků

Hallovy senzory mohou být použity jednotlivě nebo ve vícenásobcích. U třífázového BLDC motoru jsou standardní konfigurací tři senzory rozmístěné kolem statoru o 120 elektrických stupňů. Snímače jsou pevné a magnety rotoru kolem nich procházejí, když se rotor otáčí. Když je každý senzor vystaven severnímu pólu, jeho digitální výstup přejde na logickou vysokou hodnotu; když projde jižní pól, výstup přejde na logickou nízkou hodnotu. Vzhledem k tomu, že tři senzory jsou fyzicky odděleny 120 elektrickými stupni, jejich výstupy se nikdy nemění ve stejném okamžiku. V každém okamžiku je kombinace tří výstupů jedním ze šesti platných stavů. Každý stav odpovídá sektoru rotoru v rozsahu 60 elektrických stupňů.

Ovladač obsahuje pravdivostní tabulku, která mapuje každý ze šesti stavů na dvojici fází, které musí být v daném sektoru pod napětím. Reprezentativní mapování je uvedeno níže.

V tabulce je sled stavů pro jeden úplný elektrický cyklus 101, 100, 110, 010, 011, 001. Přesné pořadí může být obráceno, pokud se motor otáčí opačným směrem, a přiřazení stavů k sektorům se mění, pokud jsou fázové vodiče prohozeny; princip zůstává stejný.

Dva body stojí za zdůraznění, protože vysvětlují řadu rozhodnutí o designu v reálném světě. Za prvé, kdykoli se Hallova kombinace změní, regulátor se může okamžitě přepnout do dalšího stavu vedení. Jako komutační událost lze použít samotný Hallův přechod. Proto je komutace často popisována jako Hallova synchronizovaná. Zadruhé, protože Hallovy signály se aktualizují pouze jednou na 60 elektrických stupňů, rozlišení je ve srovnání s kodérem hrubé. U motoru s několika pólovými páry se fyzická vzdálenost mezi senzory odpovídajícím způsobem zmenší; k tomuto mechanickému omezení se vrátíme ve vyhrazené části později.

V každém 60stupňovém sektoru je proud ve vodivých vinutích typicky regulován pulzně šířkovou modulací (PWM) napětí stejnosměrné sběrnice. Hallovy senzory neregulují proud; pouze rozhodují, která dvojice fází přijímá PWM. Rychlost se nastavuje změnou pracovního cyklu PWM, zatímco komutační krokování zůstává uzamčeno na Hallovy stavy. Tato kombinace šestistupňové komutace plus PWM je základem prakticky všech snímačů BLDC ventilátorů a pohonů vzduchového chladiče.

Halové integrované obvody typu Latch: součást, na které záleží

V komutační aplikaci BLDC pracuje Hallův senzor v blokovacím režimu; obvykle se nazývá bipolární západka spíše než unipolární spínač. Unipolární spínač se zapne, když pole jedné polarity překročí práh, a vypne se, když pole klesne zpět pod tento práh. Toto chování je v pořádku pro detekci přítomnosti magnetu, ale ne pro komutaci. Komutační senzor si musí zapamatovat svůj stav a podržet jej, dokud nepřijde opačný pól. Hall IC typu latch dělá přesně toto: zachytí logiku vysoko, když vidí severní pól nad BOP, a neuvolní, dokud neuvidí jižní pól pod BRP. Výstup pak zůstává vysoký přes zhruba 180 elektrických stupňů a nízký přes zhruba 180 elektrických stupňů, čímž vzniká rovnoměrně vyvážená obdélníková vlna, kterou očekává komutační logika.

Klíčové parametry datového listu není obtížné interpretovat. Napájecí napětí typického komutačního Hall IC je 3,3 až 24 V DC, s výstupem open-drain nebo push-pull. Výstupy s otevřeným odtokem vyžadují externí pull-up rezistor; push-pull výstupy ne. Spínací prahy BOP a BRP jsou specifikovány v Gauss nebo militesla a hystereze je rozdíl mezi nimi. Typická západka může mít pracovní bod několik desítek Gaussů a bod uvolnění opačné polarity několik desítek Gaussů; skutečná čísla musí odpovídat hustotě toku dostupné v místě senzoru. Spínací frekvence musí být vyšší než maximální elektrická frekvence motoru; to je u motorů ventilátorů zřídka problém, ale mělo by se zkontrolovat, zda se jedná o vysokorychlostní konstrukce nebo konstrukce s vysokým počtem pólů. Rozsah okolních teplot musí pokrýt nejhorší případ umístění snímače uvnitř motoru, včetně tepelné izolace z vinutí. U venkovních zařízení, jako jsou odpařovací vzduchové chladiče, záleží také na odolnosti sestavy snímače vůči vlhkosti.

Jedním jemným, ale opakujícím se konstrukčním problémem je vztah mezi umístěním Hallova snímače a tokem magnetu ve štěrbinovém statoru. Snímač nevidí pouze magnet rotoru; také vidí únikový tok z napájených statorových vinutí. Pokud je svodové pole dostatečně silné, může překročit prahové hodnoty BOP a BRP nebo posunout časování komutace. Standardními opatřeními je maskování nebo upevnění senzoru, jeho umístění za statorový svazek nebo dočasné vymazání Hallova signálu během spínání měniče pomocí krátkého odrazu nebo filtru v regulátoru. Toto je typický detail, který odlišuje odolnou konstrukci motoru od motoru s občasnými chybami komutace.

Montáž, zarovnání a omezení páru pólů

Mechanická montáž Hallových senzorů je téměř stejně důležitá jako elektrické provedení. U většiny malých a středních BLDC motorů určených pro ventilátory, vzduchové chladiče a odpařovací chladiče jsou tři Hallovy integrované obvody připájeny na malou desku s plošnými spoji namontovanou na nehnací koncový štít motoru. Rotor nese další magnety, které procházejí přes desku senzoru, nebo je deska senzoru umístěna tak, že magnety hlavního rotoru kolem ní procházejí, v závislosti na architektuře. PCB snímače je elektricky připojeno k řídicí desce konektorem, který tvoří obvyklé pětivodičové rozhraní: VCC, GND a tři výstupy snímače.

Elektrická vzdálenost 120 stupňů se převádí do mechanického úhlu, který závisí na počtu párů magnetických pólů. Jeden elektrický cyklus odpovídá jednomu páru pólů, takže mechanický úhel mezi sousedními senzory je 120 elektrických stupňů děleno počtem párů pólů. U dvoupólového motoru jsou tři senzory od sebe vzdáleny 120 mechanických stupňů. U čtyřpólového motoru jsou od sebe vzdáleny 60 mechanických stupňů. U osmipólového motoru se čtyřmi pólovými páry je rozteč 30 mechanických stupňů. Důsledkem je, že jak počet pólů stoupá, dostupný prostor pro pouzdra senzorů se zmenšuje a tolerance vyrovnání se zpřísňuje. To je jeden z důvodů, proč se mnoho motorů větších ventilátorů drží středního počtu pólů a proč jsou motory s vysokým počtem pólů často navrženy bez senzorů nebo se senzory namontovanými přímo na hlavní desce plošných spojů spíše než na samostatné desce.

Zarovnání je druhé omezení. Deska senzoru je během montáže umístěna tak, že spínací hrana každého Hallova výstupu nastává ve správném úhlu rotoru vzhledem k vinutí statoru odpovídající fáze. Pokud jsou snímače vychýleny o několik elektrických stupňů v kterémkoli směru, dojde ke komutační události příliš brzy nebo příliš pozdě, což způsobí proudové špičky, zvlnění točivého momentu, vibrace a ztrátu účinnosti. Pokud jsou snímače silně vyosené, motor se nemusí vůbec spustit. Některé návrhy záměrně zavádějí pevný úhel mezi senzory a osou vinutí, aby se vytvořil fázový předstih pro vysokorychlostní provoz, ale posun je pak konzistentní a dokumentovaný, nikoli náhodný.

Konstrukce vnějšího rotoru použitá u několika motorů ventilátoru vzduchového chladiče dává stator dovnitř a misku rotoru ven. Zjevnou výhodou senzorového systému je, že Hallova deska je namontována na pevné straně statoru a magnetický kroužek je na vnitřní straně otočné misky; vzduchová mezera je předvídatelná a snímač je chráněn před vnějším prouděním vzduchu. Jako příklad této architektury ve velikosti, která čelí skutečnému proudění vzduchu, je reprezentativním případem externí motor BLDC vzduchového chladiče DC149-220V-600W.

DC149 220V 600W externí rotor BLDC motor vzduchového chladiče Tento 600W motor s externím rotorem je reprezentativním příkladem Hallova snímání namontovaného na statoru, nabízí předvídatelnou vzduchovou mezeru a chráněné umístění senzoru pro spolehlivou komutaci v reálném provozu proudění vzduchu. Zobrazit produkt →

Integrita kabeláže a signálu: přenos impulsů do ovladače

Hallovy výstupy jsou čtvercové vlny, ale procházejí kabelem, který vede podél fázových vodičů přenášejících rychle spínané PWM proudy. Bez péče může být signál poškozen. Nejdůležitější praktické body jsou:

• Pro Hallovy výstupy s otevřeným odtokem použijte pull-up rezistory 1k až 10k ohmů. Hodnota řídí jak dobu náběhu signálu, tak odolnost. Příliš nízký odpor odebírá zbytečný proud; příliš vysoký odpor způsobuje, že hrana je pomalá a citlivá na kapacitu.
• Umístěte malý kondenzátor blízko vstupu regulátoru, obvykle 1 nF až 100 nF, abyste odstranili vysokofrekvenční šum při zachování časování komutační hrany.
• Udržujte signálové vodiče Hall kroucené nebo stíněné a oddělte je od fázových vodičů, kdekoli to vedení umožňuje.
• Připojte uzemnění snímače a uzemnění řídicí jednotky v jednom společném bodě, abyste zabránili posunutí země. Pokud je snímač napájen samostatným regulátorem napětí, ujistěte se, že výstup regulátoru je stabilní během přechodů PWM.
• Pro dlouhé kabelové trasy lze vložit diferenciální budiče vedení nebo tranzistorové vyrovnávací paměti, ale pro motory s až několika metry kabelu obvykle postačuje filtrovaný signál otevřeného odtoku.

Komutační logika v regulátoru se obvykle spouští na přechodové hraně, nikoli na úrovni. Jakýkoli šum, který vytváří další přechod na Hallově lince, způsobí předčasnou komutaci, což je důvod, proč jsou debounce a detekce hran součástí firmwaru produkčních kontrolérů. Některé invertory zaslepují Hallovy vstupy na několik mikrosekund během přepínání fází, protože rychlá změna napětí spínacího uzlu se kapacitně spojí s vodiči snímače.

Dalším ochranným opatřením uvnitř motoru je sériový odpor v každém Hallově vedení poblíž konektoru; v kombinaci s kondenzátorem na straně regulátoru to tvoří dolní propust. Pokud získáváte samotný motor, ujistěte se, že kolíky konektoru motoru nesou štítky pro VCC, GND, H1, H2 a H3; nesprávný vývod je nejběžnější chybou v elektrickém zapojení a může rychle poškodit Hall IC, pokud je polarita napájení obrácena.

Hallovy senzory versus bezsenzorové řízení: praktické srovnání

Opakující se technickou otázkou je, zda bezsenzorové řízení zpětného EMF může nahradit Hallovy senzory. Ve velkoobjemových aplikacích je odpověď někdy ano, ale ne bez kompromisů. Senzorové řízení s Hallovými senzory má jednu rozhodující výhodu: funguje při nulové rychlosti. Naproti tomu bezsenzorový pohon odhaduje polohu rotoru ze zadního EMF otevřené fáze a zadní EMF je úměrný rychlosti. V klidovém stavu a při velmi nízkých otáčkách je zpětná EMF příliš malá na to, aby ji bylo možné změřit, takže regulátor musí použít seřizovací impulsy a rampy v otevřené smyčce, aby se motor rozhýbal. Pokud je zatěžovací moment vysoký nebo se během spouštění změní, rampa s otevřenou smyčkou může selhat, zastavit motor nebo způsobit krátkodobou zpětnou rotaci.

Pro vzduchové chladiče, potrubní ventilátory a další zatížení vrtule samotný ventilátor při zastavení aplikuje velmi nízký kroutící moment, ale aerodynamické zatížení se zvyšuje s druhou mocninou rychlosti. Snímaný motor se spustí s plným momentem od prvního Hallova přechodu, což zjednodušuje regulátor a zaručuje známý směr. Bezsenzorový motor lze spustit, pokud je firmware dobře vyladěn, ale úsilí se pak přesune do softwaru spíše než do hardwaru.

Cena a spolehlivost jsou obvykle hlavními důvody, proč zvážit odstranění senzorů. Hallovy senzory přidávají dva nebo tři vodiče ke kabelu motoru, konektor, PCB senzoru a dobu montáže. Na straně spolehlivosti může selhat senzor nebo pájený spoj, zatímco snímání zpětného EMF nemá žádnou další pohyblivou nebo magnetickou část. Moderní Hall IC jsou však levné a velmi robustní, když jsou správně namontovány a chráněny. U motorů ventilátorů, které běží nepřetržitě měsíce, je míra selhání snímače nízká; častější závadou je mechanické poškození kabelu či konektoru snímače při instalaci.

Nakonec se výběr týká provozní obálky. Motor, který musí produkovat točivý moment v klidu, udržovat ventilátor při nízkých otáčkách nebo couvat, spolehlivě těží z Hallových senzorů. Ventilátor s pevnou rychlostí, který se točí z klidu bez zatížení, může být bezsenzorový s pečlivě vyladěným spouštěcím postupem. Většina komerčních motorů vzduchového chladiče, EC motorů ventilátorů a BLDC ventilátorů s nízkou hlučností udržuje Hallovy senzory tak, aby zaručovaly hladký, tichý provoz s nízkou rychlostí a předvídatelný start.

Co ověřit při výběru BLDC motoru s Hallovým senzorem

Pokud kupujete kompletní motor, obecně si model Hallova senzoru nevybíráte sami; výrobce motoru ano. Měli byste však vědět, co ověřit, protože kvalita snímače přímo ovlivňuje spolehlivost startu a životnost vašeho zařízení.

Nejprve zkontrolujte rozsah napájecího napětí snímače proti vašemu regulátoru. Motor s Hallovými senzory napájenými 5V nemůže běžet na 3,3V zdroj, pokud senzory neakceptují 3,3V provoz a pull-upy nejsou připojeny na 3,3V lištu. Mnoho moderních Hallových integrovaných obvodů pokrývá 3,3 až 24 V. Za druhé, potvrďte výstupní logiku: výstupy s otevřeným odtokem potřebují pull-up rezistor a pull-up musí být na vaší řídicí desce. Za třetí, ověřte počet párů pólů a vzdálenost snímačů; toto není konfigurovatelné uživatelem. Za čtvrté, zvažte environmentální hodnocení. Pokud je motor namontován v proudu vlhkého vzduchu odpařovacího chladiče nebo je vystaven kondenzaci, musí být PCB snímače a konektor chráněny.

Za páté, zkontrolujte chování při spouštění se skutečným zatížením. Oběžné kolo ventilátoru má někdy mírné klidové předpětí; pokud je Hallova deska špatně vyrovnána, motor se může občas rozběhnout dozadu nebo vibrovat při nízké rychlosti. Poctivý test je na reálné montáži. Za šesté se zeptejte, jak se motor chová, když se ztratí Hallův signál. Dobrý firmware řadiče detekuje chybějící Hallovu hranu, přestane generovat PWM a označí chybu, místo aby pokračoval se špatným komutačním vzorem.

Nakonec, pokud dimenzujete motor pro větší chladič, porovnejte mechanickou montáž a konfiguraci hřídele. Vysoce výkonný motor s externím rotorem pro velké vzduchové chladiče je jiný fyzický balíček než kompaktní EC motor ventilátoru. Ve vyšší výkonové třídě představuje externí BLDC motor vzduchového chladiče DC198-220V-1500W 1500W vrstvu se stejnou škálovanou senzorovou architekturou.

DC198 220V 1500W BLDC motor vzduchového chladiče s externím rotorem Tento vysoce výkonný motor s externím rotorem, zmenšený na úroveň 1 500 W, sdílí stejnou senzorovou architekturu, což z něj činí vhodný srovnávací bod při dimenzování větších chladičů s těžšími požadavky na mechanickou montáž. Zobrazit produkt →

Běžné chyby Hallova snímače a jak je diagnostikovat

V poli se opakovaně objevují hučení, nadproud, žádný start a zpětný start. Následující seznam obsahuje klasické poruchové režimy a kde hledat jako první.

1. Motor se nespustí a odebírá vysoký proud: ovladač obvykle nikdy neviděl platný Hallův stav, takže nemůže iniciovat komutaci. Mezi příčiny patří odpojený senzor, pájecí můstek nebo zaseknutý výstup.
2. Motor se spustí, běží a pak se zastaví, když je aplikována zátěž: jeden Hallův výstup občas vypadne, takže komutovaný pár se pokazí. Mezi příčiny patří špatné spojení, prasklý pájený spoj nebo přerušovaný vytahovací kontakt.
3. Motor běží zhruba v jednom směru s nadměrnými vibracemi: časování komutace je předčasné nebo pozdní, protože jeden snímač je posunutý nebo jeho práh je příliš vysoký na to, aby se spínal přesně pod zamýšleným úhlem.
4. Motor se přerušovaně otáčí dozadu: pořadí stavů nebo logika spouštění se obrátí výměnou vodičů dvou Hallových linek. U některých ovladačů to lze opravit ve firmwaru; jinak jsou senzory ve špatném fyzickém pořadí.
5. Motor běží při nižších otáčkách, než je přikázáno, se slyšitelným tikáním: jeden Hallův výstup chybí nebo je vždy vysoký, takže regulátor vynutí pouze čtyřstavovou sekvenci a nemůže produkovat plný šestistupňový moment. Toto je snadný test: odečtěte tři výstupy při otáčení rotoru rukou; všechny se musí přepnout přesně jednou na pólový pár.

Užitečný testovací postup je následující. Odpojte motor od invertoru, napájejte Hallovu desku stolním napájením při jmenovitém VCC, připojte tři výstupy pomocí pull-upů k napájení logiky a pomalu otáčejte rotorem rukou. Na osciloskopu byste měli vidět šest různých kombinací kolem elektrického cyklu s čistými okraji a bez dvojitých přechodů. Na multimetru můžete potvrdit, že každý výstup se přepíná individuálně, ale osciloskop odhaluje časový vztah mezi třemi kanály, což je část, která je pro komutaci nejdůležitější.

Porovnejte také naměřenou rozteč senzorů v mechanických stupních s očekávanou hodnotou pro počet pólů: u čtyřpólového provedení jsou tři senzory od sebe 60 mechanických stupňů a tak dále. Pokud jeden snímač nepřetržitě hlásí vysokou logiku, i když je protipól magnetu přímo před ním, vyměňte tento IC snímače. Pokud výstup sleduje pole, ale magnetické prahové hodnoty jsou marginální, je obvyklou opravou magnet se silnějším remanentním tokem.

Proč jsou Hallovy senzory důležité v aplikacích vzduchových chladičů, ventilátorů a EC motorů

Praktický význam dokládají aplikace v produktové řadě společnosti. Odpařovací vzduchové chladiče jsou jednoduché stroje, ale představují náročnou motorovou zátěž: zatížení oběžného kola s nízkými otáčkami v noci, vysoký průtok vzduchu v odpoledních hodinách, kolísání síťového napětí a proud vlhkého vzduchu. Motor BLDC s vnějším rotorem se snímačem poskytuje točivý moment při nízkých otáčkách a zaručený směr startu, který aplikace potřebuje. Konstrukce vnějšího rotoru udržuje stator a Hallovu desku chráněnou uvnitř, kde se kondenzace a nečistoty nemohou dostat k elektronice. S řízením PWM synchronizovaným do Hallových stavů může motor otáčet oběžné kolo zlomkem jmenovité rychlosti bez přehřátí a může rychle akcelerovat na maximální průtok vzduchu, když to řídicí signál vyžaduje.

EC motory ventilátorů jsou stroje stejné třídy; termín EC označuje elektronickou komutaci, která nahrazuje mechanické kartáčování, což je přesně to, co implementuje BLDC pohon s Hallovým senzorem. U motorů EC ventilátorů Hallovy senzory určují sektor rotoru, regulátor aplikuje PWM a integrovaná jednotka reguluje rychlost a průtok vzduchu podle nastavené hodnoty. Výhodou EC ventilátorů oproti indukčním ventilátorům je účinnost při částečném zatížení. Úpravou pracovního cyklu PWM a zachováním komutace přes Hallovy stavy může kompaktní EC motor ventilátoru poskytovat zlepšenou účinnost v širokém provozním rozsahu. Pro aplikaci třídy 350 W na napájení 220 V je reprezentativním příkladem této architektury motor ventilátoru ECF35010 EC.

ECF-350-10 220V 350W EC Motor ventilátoru Tento 350W EC motor ventilátoru je příkladem kompaktní komutace BLDC s Hallovým senzorem, která poskytuje zlepšenou účinnost při částečném zatížení a tichý provoz ventilačních systémů v prostředích citlivých na hluk. Zobrazit produkt →

Tichý provoz při nízkých otáčkách je dalším důvodem, proč je u ventilačních zařízení preferováno provedení se snímačem. Bezsenzorové pohony BLDC často musí napájet fázové páry po delší dobu v jednokrokové spouštěcí fázi, než je zpětné EMF čitelné, což způsobuje tvrdý řez a cvakání. Snímané motory komutují se správným úhlem točivého momentu již od prvního přechodu, takže síla statoru je konstantní a tichá. To je důvod, proč nízkohlučné motory BLDC pro skleníky, drůbežárny a obytné chladničky spoléhají spíše na Hallovy senzory než na čisté zpětné EMF odhady.

Z pohledu výrobce zařízení je to praktické: motor BLDC se snímačem Hall zjednodušuje vývoj regulátoru, zlepšuje spolehlivost spouštění a udržuje stabilní točivý moment při nízkých otáčkách, a to za cenu několika kabelů navíc. Pro průmysl vzduchových chladičů a ventilátorů je to téměř vždy přijatelné řemeslo.

Závěr

Hallův senzor není záhadným doplňkem; je to malý západkový magnetický spínač, který říká ovladači, který sektor elektrického cyklu BLDC motoru je aktivní. Tři senzory s roztečí 120 stupňů generují šest binárních kódů; ovladač mapuje každý kód do jednoho ze šesti kroků vedení; a motor postupuje ze sektoru do sektoru se správným točivým momentem. Fyzikální efekt je jednoduchý a praktické inženýrství spočívá ve vyrovnání, zapojení, prahových hodnotách a filtrování.

Když si vyberete motor pro ventilátor, odpařovací chladič nebo EC ventilátor, nepovažujte Hallovy senzory za obskurní detail. Jejich kvalita a uspořádání rozhoduje o tom, zda se motor pokaždé spustí, zda běží tiše při nízkých otáčkách a jak spolehlivě dokáže regulátor spínat. Před provedením návrhu ověřte napětí, třídu výkonu, rozhraní snímače a ochranu životního prostředí a otestujte spuštění při skutečném zatížení oběžného kola.