حسگر جلوه هال چگونه روی موتور bldc کار می کند: کاربردهای عملی، انتخاب

اگر تا به حال یک موتور DC بدون جاروبک (BLDC) را باز کرده باشید یا قطعات الکترونیکی محرک آن را مطالعه کرده باشید، احتمالا متوجه سه حسگر کوچک اثر هال شده اید که در نزدیکی روتور قرار دارند. نادیده گرفتن آنها آسان است، با این حال از مهمترین اجزای کنترل موتور هستند. در این راهنما توضیح می دهیم که حسگر اثر هال در موتور BLDC چگونه کار می کند، چرا موتور به آن نیاز دارد و وقتی سیگنال سنسور به کنترلر می رسد چه اتفاقی می افتد.

در هونگ یانگ موتور، ما بیش از سه دهه را صرف تولید کرده ایم موتورهای DC بدون جاروبک و سایر راه حل های میکرو موتور. سنسور هال ممکن است بخش کوچکی باشد، اما تاثیر آن بر کارایی و عملکرد روان بسیار مهم است.

سنسور اثر هال چیست؟

اثر هال یک پدیده فیزیکی است که در سال 1879 کشف شد. هنگامی که جریانی از یک هادی یا نیمه هادی نازک عبور می کند و یک میدان مغناطیسی در زاویه قائم به جریان اعمال می شود، بارهای متحرک منحرف می شوند. این یک ولتاژ کوچک در سراسر ماده ایجاد می کند، عمود بر جریان و میدان مغناطیسی. سنسور اثر هال به سادگی وسیله ای است که این ولتاژ را اندازه گیری می کند و آن را به یک سیگنال منطقی تبدیل می کند.

در موتور BLDC، سنسور در نزدیکی روتور قرار می گیرد. همانطور که آهنرباهای دائمی روی روتور از سنسور عبور می کنند، میدان مغناطیسی در حال تغییر خروجی سنسور را تغییر می دهد. سپس کنترل کننده می تواند تشخیص دهد که آیا یک قطب شمال یا یک قطب جنوب نزدیک است.

چرا یک موتور BLDC به سنجش موقعیت روتور نیاز دارد؟

بر خلاف موتورهای برس دار با کموتاتور مکانیکی، موتور BLDC به کموتاسیون الکترونیکی متکی است. سیم‌پیچ‌های استاتور باید در یک توالی دقیق فعال شوند و زمان‌بندی آن ترتیب به موقعیت روتور بستگی دارد. اگر کنترل کننده سیم پیچ اشتباهی را روشن کند، موتور گشتاور مفیدی تولید نخواهد کرد. در عوض، ممکن است متوقف شود، لرزش یا بیش از حد گرم شود.

حسگرهای هال این مشکل را با دادن بازخورد بلادرنگ به کنترلر در مورد محل قرارگیری روتور حل می کنند. سه حسگر برای تعریف شش حالت کموتاسیون کافی است که با الگوی کموتاسیون شش مرحله ای استاندارد مورد استفاده در اکثر موتورهای سه فاز BLDC مطابقت دارد.

سنسورهای هال چگونه چیده شده اند و چگونه با هم کار می کنند

در یک موتور سه فاز BLDC معمولی، سه حسگر هال با فاصله 60 درجه الکتریکی از هم قرار دارند. برخی از طرح ها از فاصله 120 درجه استفاده می کنند، اما مفهوم یکسان باقی می ماند. سنسورها معمولاً روی یک برد سنسور کوچک در انتهای موتور، پشت حلقه آهنربای روتور نصب می‌شوند. هر سنسور بسته به اینکه قطبی که رو به آن است شمالی یا جنوبی باشد، میدان مغناطیسی را زیاد یا کم می خواند.

این سه سیگنال با هم یک کد 3 بیتی را تشکیل می دهند. از آنجایی که هر چرخه الکتریکی دارای شش قطعه 60 درجه است، تنها شش حالت از هشت حالت ممکن استفاده می شود. جدول زیر یک نگاشت رایج را نشان می دهد. الگوی دقیق می تواند با قرار دادن سنسور و پیکربندی سیم پیچ موتور تغییر کند.

هنگامی که کنترل کننده تغییری در وضعیت مشاهده کرد، می داند که روتور 60 درجه الکتریکی حرکت کرده است. سپس ترانزیستورهای اینورتر را به مرحله بعدی سوئیچ می کند و میدان استاتور را جلوتر از روتور نگه می دارد. به همین دلیل است که این چیدمان را گاهی کموتاسیون شش مرحله ای یا ذوزنقه ای می نامند.

گام به گام: چگونه سنسور هال موتور را کنترل می کند

1. قطب های آهنربای روتور از مقابل سه حسگر هال عبور می کنند.
2. هر سنسور بسته به قطبیت زیر آن یک سیگنال بالا یا پایین خروجی می دهد.
3. این سه خروجی در حالت 3 بیتی ترکیب می شوند.
4. کنترلر این حالت را در جدول کموتاسیون خود جستجو می کند.
5. اینورتر سه فاز را سوئیچ می کند تا جفت سیم پیچ درست استاتور را انرژی دهد.
6. میدان استاتور پیشروی می کند و روتور را به موقعیت بعدی می کشد.
7. این روند تکرار می شود و چرخش مداوم ایجاد می کند.

سیگنال هال باید تمیز و به درستی زمان بندی شده باشد. حتی یک افست کوچک در موقعیت سنسور می‌تواند باعث شود که کنترلر زود یا دیر سوئیچ کند، که باعث کاهش راندمان و افزایش نویز می‌شود.

سنسورهای سالن در مقابل کنترل بدون حسگر: چه چیزی را انتخاب کنید

کنترل BLDC بدون حسگر موقعیت روتور را از نیروی الکتروموتور پشتی ایجاد شده در سیم پیچ بدون نیرو تخمین می زند. سنسورهای هال را حذف می کند که هزینه را کاهش می دهد و مونتاژ را ساده می کند. با این حال، هنگامی که موتور متوقف می شود، Back-EMF در دسترس نیست، بنابراین راه اندازی بدون حسگر معمولاً زیر بار سنگین تر و مقاوم تر است.

• سنسورهای هال: موقعیت دقیق در سرعت صفر، راه اندازی نرم تر، تنظیم ساده تر.
• بدون سنسور: اجزای کمتر، هزینه کمتر، مناسب برای محیط های با سرعت بالا و تمیز.

کاربردهایی مانند ربات های صنعتی تجهیزات پزشکی و هواپیماهای بدون سرنشین اغلب از طرح‌های سنسور هال استفاده می‌کنند زیرا به گشتاور قابل پیش‌بینی از حالت سکون نیاز دارند. از طرف دیگر، فن ها و پمپ ها ممکن است بدون حسگر کار کنند تا هزینه سیستم را کاهش دهند.

آنچه در ساخت موتورهای BLDC با سنسور هال آموخته ایم

در بیش از 30 سال ساخت موتورهای میکرو، ما دریافتیم که قرار دادن سنسور هال یکی از حساس ترین مراحل در تولید است. سنسورها باید با شکاف های استاتور و آهنرباهای روتور هماهنگ شوند. رانش سنسور، کیفیت لحیم کاری و حتی ضخامت چسب می تواند بر زمان بندی تاثیر بگذارد. طراحی خوب و کنترل فرآیند، تفاوت بین یک موتور کم صدا و کارآمد و موتوری که زمزمه می کند یا گشتاور را از دست می دهد، ایجاد می کند.

پیشرانه هواپیماهای بدون سرنشین نمونه خوبی است. هنگامی که خلبان دریچه گاز را تغییر می دهد، یک موتور پهپاد نیاز به واکنش فوری دارد و باید بدون تردید راه اندازی شود. به همین دلیل است که ما موتور DC بدون جاروبک خود را برای هواپیماهای بدون سرنشین با سنسورهای هال با موقعیت مناسب و یک برد راننده منطبق طراحی می کنیم. اگر یک موتور BLDC را برای یک محصول جمع و جور و با کارایی بالا انتخاب می کنید، طرح سنسور هال باید بخشی از ارزیابی شما باشد، نه یک فکر بعدی.

افکار بسته

سنسورهای اثر هال پل عملی بین موقعیت روتور فیزیکی و کنترل کننده الکترونیکی در موتور BLDC هستند. آنها کموتاسیون شش مرحله ای را به خصوص در سرعت کم و تحت بار قابل اعتماد می کنند. چه در حال طراحی موتوری برای یک هواپیمای بدون سرنشین، یک ربات یا یک دستگاه هوشمند باشید، درک نحوه عملکرد این حسگرها به شما کمک می‌کند تا طراحی موتور را با دقت بیشتری ارزیابی کنید و قبل از انتخاب تامین‌کننده سؤالات درست را بپرسید.