cum funcționează senzorul cu efect hall pe motorul bldc: aplicații practice, selecție

Dacă ați deschis vreodată un motor fără perii de curent continuu (BLDC) sau ați studiat electronica de antrenare, probabil ați observat trei senzori mici cu efect Hall așezați lângă rotor. Sunt ușor de trecut cu vederea, dar sunt printre cele mai importante componente ale controlului motorului. În acest ghid, explicăm cum funcționează un senzor cu efect Hall într-un motor BLDC, de ce are nevoie de el motorul și ce se întâmplă când semnalul senzorului ajunge la controler.

La Hongyang Motor, am petrecut mai mult de trei decenii producând motoare DC fără perii și alte soluții de micromotoare. Senzorul Hall poate fi o parte mică, dar influența sa asupra eficienței și funcționării fără probleme este semnificativă.

Ce este un senzor cu efect Hall?

Efectul Hall este un fenomen fizic descoperit în 1879. Când un curent trece printr-un conductor subțire sau semiconductor și un câmp magnetic este aplicat în unghi drept față de curent, sarcinile în mișcare sunt deviate. Acest lucru creează o tensiune mică pe material, perpendiculară atât pe curent, cât și pe câmpul magnetic. Un senzor cu efect Hall este pur și simplu un dispozitiv care măsoară această tensiune și o convertește într-un semnal logic.

Într-un motor BLDC, senzorul este plasat lângă rotor. Pe măsură ce magneții permanenți de pe rotor trec de senzor, câmpul magnetic în schimbare comută ieșirea senzorului. Controlorul poate spune atunci dacă un pol nord sau un pol sud se află în apropiere.

De ce un motor BLDC are nevoie de detectarea poziției rotorului

Spre deosebire de un motor cu perii cu un comutator mecanic, un motor BLDC se bazează pe comutația electronică. Înfășurările statorului trebuie alimentate într-o secvență precisă, iar sincronizarea acelei secvențe depinde de poziția rotorului. Dacă controlerul activează înfășurarea greșită, motorul nu va genera un cuplu util. În schimb, se poate bloca, vibre sau supraîncălzi.

Senzorii Hall rezolvă această problemă oferind controlerului feedback în timp real despre locul în care se află rotorul. Trei senzori sunt suficienți pentru a defini șase stări de comutație, ceea ce corespunde modelului standard de comutație în șase trepte utilizat în majoritatea motoarelor BLDC trifazate.

Cum sunt aranjați senzorii Hall și cum funcționează împreună

Într-un motor tipic BLDC trifazat, trei senzori Hall sunt distanțați la 60 de grade electric unul de celălalt. Unele modele folosesc spațiere de 120 de grade, dar conceptul rămâne același. Senzorii sunt de obicei montați pe o placă cu senzori mici la capătul motorului, în spatele inelului magnetic al rotorului. Fiecare senzor citește câmpul magnetic ca fiind ridicat sau scăzut, în funcție de faptul că polul îndreptat spre el este nord sau sud.

Cele trei semnale formează împreună un cod de 3 biți. Deoarece fiecare ciclu electric are șase segmente de 60 de grade, sunt folosite doar șase din cele opt stări posibile. Tabelul de mai jos prezintă o mapare comună; modelul exact se poate schimba cu plasarea senzorului și configurația înfășurării motorului.

Modele de stare simplificate ale senzorului Hall pentru comutație în șase trepte.
H1	H2	H3	Poziția rotorului (aprox.)	Înfășurări sub tensiune
0	0	1	0°–60°	A → B
0	1	1	60°–120°	A → C
0	1	0	120°–180°	B → C
1	1	0	180°–240°	B → A
1	0	0	240°–300°	C → A
1	0	1	300°–360°	C → B

Odată ce controlerul vede o schimbare în stare, știe că rotorul s-a mișcat cu 60 de grade electrice. Apoi comută tranzistoarele invertorului la pasul următor, menținând câmpul statorului în fața rotorului. Acesta este motivul pentru care aranjamentul este uneori numit comutație în șase trepte sau trapezoidală.

Pas cu pas: Cum senzorul Hall controlează motorul

Polii magnetic al rotorului trec prin fața celor trei senzori Hall.
Fiecare senzor emite un semnal ridicat sau scăzut, în funcție de polaritatea sub el.
Cele trei ieșiri se combină într-o stare de 3 biți.
Controlerul caută această stare în tabelul său de comutare.
Comută invertorul trifazat pentru a alimenta perechea corectă de înfășurări ale statorului.
Câmpul statorului avansează, trăgând rotorul în următoarea poziție.
Procesul se repetă, creând o rotație continuă.

Semnalul Hall trebuie să fie curat și cronometrat corect. Chiar și un mic decalaj în poziția senzorului poate face ca controlerul să treacă devreme sau târziu, ceea ce scade eficiența și crește zgomotul.

Senzori Hall vs. Control fără senzori: Ce să alegeți

Controlul BLDC fără senzori estimează poziția rotorului din forța electromotoare din spate generată în înfășurarea nealimentată. Elimină senzorii Hall, ceea ce reduce costurile și simplifică asamblarea. Cu toate acestea, back-EMF nu este disponibil atunci când motorul este oprit, astfel încât pornirea fără senzori este de obicei mai dificilă și mai puțin robustă la sarcină mare.

Senzori Hall: poziție precisă la viteză zero, pornire mai lină, reglare mai simplă.
Fără senzori: mai puține componente, costuri mai mici, bune pentru medii de mare viteză și curate.

Aplicații precum roboți industriali , echipamentele medicale și dronele preferă adesea design-urile cu senzori Hall, deoarece au nevoie de un cuplu previzibil de la oprire. Ventilatoarele și pompele, pe de altă parte, pot funcționa fără senzori pentru a reduce costul sistemului.

Ce am învățat în fabricarea motoarelor BLDC cu senzori de sală

În mai mult de 30 de ani de fabricare a micromotoarelor, am descoperit că plasarea senzorului Hall este unul dintre pașii cei mai sensibili la detalii din producție. Senzorii trebuie aliniați în mod consecvent cu fantele statorului și magneții rotorului. Deviația senzorului, calitatea lipirii și chiar și grosimea adezivului pot afecta sincronizarea. Designul bun și controlul procesului fac diferența între un motor silențios și eficient și unul care zumzetă sau își pierde cuplul.

Propulsia cu drone este un bun exemplu. Un motor de dronă are nevoie de răspuns instantaneu atunci când pilotul schimbă accelerația și trebuie să pornească fără ezitare. De aceea, proiectăm motorul nostru DC fără perii pentru dronă cu senzori Hall bine poziționați și o placă de driver potrivită. Dacă alegeți un motor BLDC pentru un produs compact, de înaltă performanță, schema senzorului Hall ar trebui să facă parte din evaluarea dvs., nu o idee ulterioară.

Gânduri de închidere

Senzorii cu efect Hall sunt puntea practică între poziția fizică a rotorului și controlerul electronic dintr-un motor BLDC. Acestea fac comutația în șase trepte fiabilă, în special la viteză mică și sub sarcină. Indiferent dacă proiectați un motor pentru o dronă, un robot sau un aparat inteligent, înțelegerea modului în care acești senzori funcționează vă ajută să evaluați cu mai multă atenție designul unui motor și să puneți întrebările potrivite înainte de a alege un furnizor.