Kuinka Hall-efekti-anturi toimii BLDC-moottorissa? Täydellinen opas

Harkitse kolmivaiheista harjatonta tasavirtamoottoria, joka alkaa huminaa, vetää liikaa virtaa ja kieltäytyy pyörimästä. Käämit ovat ehjät, säätimessä on virtaa ja magneetit ovat täysin magnetoituja. Yleisin syy tässä tilanteessa ei ole palanut komponentti vaan puuttuva signaali: säädin ei tiedä missä roottori on.

Harjattomassa tasavirtamoottorissa ei ole mekaanista kommutaattoria eikä harjoja. Siksi säätimelle on kerrottava roottorin asento, ennen kuin se voi vetää oikeat staattorin käämit oikealla hetkellä. Useimmissa puhallintyyppisissä BLDC-moottoreissa tämän paikkatiedon antava komponentti on Hall-anturi.

Yhden kappaleen johtopäätös on yksinkertainen. Hall-anturi havaitsee roottorin kestomagneettien magneettikentän ja muuntaa sen digitaaliseksi sähkösignaaliksi. Kolme tällaista anturia, jotka on sijoitettu 120 sähköasteen etäisyydelle toisistaan ​​staattorin ympärille, tuottavat kuusi binääristä lähtöyhdistelmää, jotka kuvaavat ainutlaatuisesti roottorisektorin jokaisessa sähköjaksossa. Moottoriohjain dekoodaa nämä kuusi tilaa ja kommutoi vaihekäämit oikeassa järjestyksessä. Kun Hall-anturit, niiden johdot, vetopiirit ja ohjaimen kommutointilogiikka toimivat yhdessä, moottori pyörii tasaisesti pysähdyksestä täyteen nopeuteen. Kun jokin tämän ketjun osa epäonnistuu, oireet ovat täsmälleen avausskenaariossa kuvattu humina, ylivirta ja tärinä.

Tämä opas selittää vaihe vaiheelta, kuinka Hall-anturit toimivat BLDC-moottorissa. Käsittelemme taustalla olevan fyysisen vaikutuksen, tavan, jolla kolme anturia generoivat kuusivaiheisen kommutointisekvenssin, salpatyyppisen Hall IC:n ominaisuudet, anturin sijoittelun, johdotuksen, signaalin eheyden, vertailun anturittomaan ohjaukseen ja käytännön vianetsinnän. Tarkastelemme myös, miksi Hall-anturoidulla BLDC-rakenteella on merkitystä tuulettimen, haihtuvan ilmanjäähdyttimen ja EC-moottorisovelluksissa.

Hall-ilmiö: mitä anturissa todella tapahtuu

Hall-anturi on puolijohdelaite, joka tuottaa ulostulojännitteen, joka on verrannollinen sen läpi kulkevaan magneettivuon tiheyteen. Sen taustalla oleva fysiikka juontaa juurensa Edwin Hallilta vuodelta 1879. Hall havaitsi, että kun virtaa kuljettava johdin asetetaan magneettikenttään suorassa kulmassa virran suuntaan nähden, Lorentzin voima poikkeuttaa varauksen kantajat. Elektronit eli puolijohteessa olevat reiät siirtyvät johtimen toiselle puolelle niin, että kahden sivureunan väliin ilmestyy mitattavissa oleva poikittaisjännite. Tämä jännite on Hall-jännite.

Hall-jännite on verrannollinen virran ja magneettikentän voimakkuuden tuloon ja kääntäen verrannollinen johtimen paksuuteen ja varauksenkuljettajan tiheyteen. Puhtaissa johtimissa, kuten kuparissa, kantoaallon tiheys on niin korkea, että Hall-jännite on pieni. Tästä syystä käytännölliset Hall-anturit on valmistettu puolijohdemateriaalista, jolla on paljon pienempi kantoaaltotiheys, ja ne on järjestetty ohuelle levylle, jota kutsutaan Hall-levyksi ja joka on integroitu bias-virtalähteeseen, differentiaalivahvistimeen, komparaattoriin ja lähtöasteeseen yhdessä IC-paketissa.

BLDC-moottoreiden kommutointia varten meidän ei tarvitse mitata absoluuttista vuotiheyttä suurella resoluutiolla. Tarvitsemme vain binaarisen vastauksen yhteen kysymykseen: onko roottorin pohjoisnapa vai etelänapa tällä hetkellä anturia kohti. Siksi kommutointiluokan Hall-anturin lähtö on digitaalinen. IC:n sisällä oleva komparaattori vertaa vahvistettua Hall-jännitettä vertailukynnykseen. Kun roottorin pohjoisnapa tuo vuotiheyden toimintapisteen (BOP) yläpuolelle, lähtö vaihtuu yhteen tilaan. Kun etelänapa myöhemmin painaa vuontiheyden vapautumispisteen (BRP) alapuolelle, lähtö vaihtuu takaisin. Eroa BOP:n ja BRP:n välillä kutsutaan hystereesiksi, ja se varmistaa puhtaan, tärisemättömän digitaalisen siirtymän magneettikentän kääntyessä.

Miksi BLDC-moottori tarvitsee roottorin asennon palautetta

Harjaton DC-moottori on synkroninen kestomagneettimoottori. Sen staattorissa on kolme vaihekäämitystä, jotka on yleensä kytketty tähtiin tai kolmioon, ja sen roottori on varustettu vuorotellen pohjoisen ja etelän kestomagneeteilla. Toisin kuin harjatussa DC-moottorissa, jossa kommutaattori kytkee mekaanisesti ankkurivirran roottorin asennon mukaan, BLDC-moottorissa ei ole mekaanisia kytkinlaitteita. Vaihevirrat on kytkettävä elektronisesti invertterillä ja kytkentähetkien on vastattava roottorin kulma-asentoa. Moottoriarkkitehtuurin täydellinen käsittely on artikkelissamme harjattoman tasavirtamoottorin toimintaperiaatteesta.

Tavallisessa kolmivaiheisessa BLDC-käytössä vain kaksi vaihetta johtaa kerrallaan. Kolmas vaihe ei ole aktiivinen. Invertterin kuusi tehokytkintä tuottavat kuusi mahdollista johtavuustilaa, jotka muodostavat pyörivän staattorikentän. Vääntömomentti syntyy, koska staattorikenttä vetää puoleensa ja hylkii kestomagneettiroottoria ja yrittää vetää roottorikentän linjaan. Suurin vääntömomentti saavutetaan, kun staattorikenttä on noin 90 sähköastetta roottorikentän edellä. Jotta tämä 90 asteen suhde roottorin pyöriessä pysyy, ohjaimen on vaihdettava johtamistilasta toiseen 60 sähköasteen välein. Jos kytkentä on aikaisin, vääntömomentti laskee; jos se on myöhässä, vääntömomentti laskee; jos valitaan väärä pari, moottori hidastaa kiihdytyksen sijaan. Tärkeää on, että ohjain ei voi tietää, minkä parin valita, ellei se tiedä roottorin asentoa. Paikkapalaute ei siksi ole valinnainen tarkennus. Se on toiminnallinen vaatimus.

On olemassa useita tapoja saada roottorin asema BLDC-moottorissa. Enkooderit ja resolverit antavat korkean resoluution, mutta ne ovat kalliita ja mekaanisesti monimutkaisia. Anturittomat menetelmät saavat sijainnin back-EMF:stä, mutta ne epäonnistuvat pysähdyksissä ja alhaisella nopeudella. Kustannusherkälle tuuletinmoottorille, joka pyörii muutamasta sadasta muutamaan tuhanteen kierrokseen minuutissa, kolme Hall-efektianturia ovat alan standardi kompromissi. Ne ovat halpoja, kestäviä ja tarjoavat ehdottoman roottorin asennon myös silloin, kun akseli ei liiku.

Kolme Hall-anturia, kuusi tilaa, kuusi kommutointiaskelta

Hall-antureita voidaan käyttää yksittäin tai useita kertoja. Kolmivaiheisessa BLDC-moottorissa vakiokokoonpano on kolme anturia, jotka on sijoitettu 120 sähköasteen välein staattorin ympärille. Anturit ovat kiinteitä ja roottorin magneetit kulkevat niiden ohi roottorin kääntyessä. Kun jokainen anturi on alttiina pohjoisnavalle, sen digitaalinen lähtö menee logiikka korkealle; kun etelänapa ohittaa, lähtö menee logiikka matalalle. Koska kolme anturia on fyysisesti erotettu toisistaan ​​120 sähköasteella, niiden lähdöt eivät koskaan muutu samalla hetkellä. Kulloinkin kolmen lähdön yhdistelmä on yksi kuudesta voimassa olevasta tilasta. Jokainen tila vastaa roottorin sektoria, joka ulottuu 60 sähköastetta.

Ohjaimella on totuustaulukko, joka kartoittaa kunkin kuudesta tilasta vaihepariin, joka on kytkettävä kyseisessä sektorissa. Edustava kartta on esitetty alla.

Taulukon poikki tarkasteltuna yhden täydellisen sähköjakson tilojen järjestys on 101, 100, 110, 010, 011, 001. Tarkka järjestys voi olla päinvastainen, jos moottori pyörii toiseen suuntaan, ja tilojen osoitus sektoreille muuttuu, jos vaihejohdot vaihdetaan; periaate pysyy samana.

Kaksi seikkaa kannattaa korostaa, koska ne selittävät useita todellisia suunnittelupäätöksiä. Ensinnäkin aina kun Hall-yhdistelmä muuttuu, ohjain voi välittömästi vaihtaa seuraavaan johtavuustilaan. Itse Hall-siirtymää voidaan käyttää kommutointitapahtumana. Tästä syystä kommutointia kuvataan usein Hall-synkronoiduksi. Toiseksi, koska Hall-signaalit päivittyvät vain kerran 60 sähköastetta kohti, resoluutio on karkea kooderiin verrattuna. Moottorissa, jossa on useita napapareja, antureiden välinen fyysinen etäisyys pienenee vastaavasti; palaamme tähän mekaaniseen rajoitteeseen erillisessä osiossa myöhemmin.

Jokaisessa 60 asteen sektorissa johtavien käämien virtaa säädellään tyypillisesti DC-väyläjännitteen pulssinleveysmodulaatiolla (PWM). Hall-anturit eivät säätele virtaa; he vain päättävät, mikä vaihepari vastaanottaa PWM:n. Nopeutta säädetään muuttamalla PWM-käyttöjaksoa, kun taas kommutaatioaskel pysyy lukittuna Hall-tiloihin. Tämä kuusivaiheisen kommutoinnin ja PWM:n yhdistelmä on käytännössä kaikkien anturoitujen BLDC-puhallin- ja ilmajäähdytinkäyttöjen perusta.

Salpatyyppiset Hall-IC:t: komponentti, jolla on merkitystä

BLDC-kommutointisovelluksessa Hall-anturi toimii lukitustilassa; sitä kutsutaan yleensä bipolaariseksi salpaksi eikä unipolaariseksi kytkimeksi. Yksinapainen kytkin kytkeytyy päälle, kun yhden napaisuuden kenttä ylittää kynnyksen, ja sammuu, kun kenttä putoaa takaisin kynnyksen alapuolelle. Tämä käyttäytyminen on hyvä magneetin havaitsemiseen, mutta ei kommutointiin. Kommutointianturin on muistettava tilansa ja pidettävä sitä, kunnes vastakkainen napa saapuu. Salpatyyppinen Hall IC tekee juuri tämän: se lukitsee logiikan korkealle, kun se näkee pohjoisnavan BOP:n yläpuolella, eikä vapauta ennen kuin näkee etelänavan BRP:n alapuolella. Tällöin lähtö pysyy korkealla noin 180 sähköasteessa ja matalana noin 180 sähköasteessa, mikä tuottaa tasaisesti tasapainotetun neliöaallon, jota kommutointilogiikka odottaa.

Tietolomakkeen tärkeimmät parametrit eivät ole vaikeita tulkita. Tyypillisen kommutointihallin IC:n syöttöjännite on 3,3 - 24 V DC avoimella tai push-pull-lähdöllä. Avoin tyhjennyslähdöt vaativat ulkoisen vetovastuksen; push-pull-lähdöt eivät. Kytkentäkynnykset BOP ja BRP määritetään Gaussissa tai milliteslassa, ja hystereesi on niiden välinen ero. Tyypillisellä salvalla voi olla muutaman kymmenen Gaussin toimintapiste ja päinvastaisen napaisuuden vapautumispiste muutaman kymmenen Gaussin verran; todelliset luvut on sovitettava anturin sijainnissa käytettävissä olevaan vuontiheyteen. Kytkentätaajuuden on oltava suurempi kuin moottorin suurin sähkötaajuus; tämä on harvoin ongelma tuuletinmoottoreissa, mutta se on tarkistettava nopeiden tai korkean napalukujen osalta. Ympäristön lämpötila-alueen on katettava anturin pahin sijainti moottorin sisällä, mukaan lukien käämien lämpöhaihdutus. Ulkovarusteille, kuten haihtumisilmanjäähdyttimille, anturikokoonpanon kosteudenkestävyydellä on myös merkitystä.

Yksi hienovarainen mutta toistuva suunnitteluongelma on Hall-anturin sijoittelun ja magneettivuon välinen suhde uritetussa staattorissa. Anturi ei näe vain roottorimagneettia; se näkee myös vuotovirran jännitteisistä staattorikäämeistä. Jos vuotokenttä on riittävän vahva, se voi ylittää BOP- ja BRP-kynnykset tai siirtää kommutoinnin ajoitusta. Vakiotoimenpiteitä ovat anturin peittäminen tai kiinnittäminen, sen sijoittaminen staattoripinon ulkopuolelle tai Hall-signaalin tilapäinen tyhjennys invertterikytkennän aikana käyttämällä lyhyttä häiriötä tai suodatinta ohjaimessa. Tämä on tyypillinen yksityiskohta, joka erottaa kestävän moottorirakenteen ajoittaisia ​​kommutointivirheitä sisältävästä.

Asennus, kohdistus ja napaparirajoitus

Hall-anturien mekaaninen asennus on lähes yhtä tärkeää kuin sähköinen suunnittelu. Useimmissa pienissä ja keskikokoisissa BLDC-moottoreissa, jotka on tarkoitettu puhaltimille, ilmanjäähdyttimille ja haihtumisjäähdyttimille, kolme Hall-IC:tä on juotettu pieneen painettuun piirilevyyn, joka on asennettu moottorin ei-käyttöiseen päätykilpiin. Roottorissa on lisämagneetteja, jotka kulkevat anturilevyn yli, tai anturilevy on sijoitettu siten, että pääroottorimagneetit pyyhkäisevät sen ohi arkkitehtuurista riippuen. Anturin piirilevy on liitetty sähköisesti ohjainkorttiin liittimellä, joka muodostaa tavallisen viisijohtimisrajapinnan: VCC, GND ja kolme anturin lähtöä.

120 asteen sähköinen etäisyys muuttuu mekaaniseksi kulmaksi, joka riippuu magneettisten napaparien lukumäärästä. Yksi sähköjakso vastaa yhtä napaparia, joten vierekkäisten antureiden välinen mekaaninen kulma on 120 sähköastetta jaettuna napaparien lukumäärällä. Kaksinapaisessa moottorissa kolme anturia on sijoitettu 120 mekaanisen asteen välein. Nelinapaisessa moottorissa ne ovat 60 mekaanisen asteen etäisyydellä toisistaan. Kahdeksannapaisessa moottorissa, jossa on neljä napaparia, etäisyys on 30 mekaanista astetta. Seurauksena on, että napojen lukumäärän kasvaessa anturipakettien käytettävissä oleva tila pienenee ja kohdistustoleranssi tiukenee. Tämä on yksi syy siihen, miksi monet suuremmat tuuletinmoottorit pitävät kiinni kohtalaisesta napamäärästä ja miksi suuren napamäärän moottorit on usein suunniteltu ilman anturia tai anturit on asennettu suoraan pääpiirilevylle erillisen piirilevyn sijaan.

Tasaus on toinen rajoitus. Anturilevy sijoitetaan asennuksen aikana siten, että jokaisen Hall-lähdön kytkentäreuna on oikeassa roottorikulmassa suhteessa vastaavan vaiheen staattorikäämiin. Jos antureita on kohdistettu useilla sähköasteilla kumpaankin suuntaan, kommutointitapahtuma saapuu liian aikaisin tai liian myöhään, mikä aiheuttaa virtapiikkejä, vääntömomentin aaltoilua, tärinää ja tehonmenetystä. Jos anturit ovat pahasti kohdistettuja väärin, moottori ei ehkä käynnisty ollenkaan. Joissakin malleissa asetetaan tarkoituksella kiinteä kulma anturien ja käämitysakselin välille vaiheensiirron aikaansaamiseksi nopeaa toimintaa varten, mutta siirtymä on tällöin johdonmukainen ja dokumentoitu, ei vahingossa.

Useissa ilmajäähdyttimen tuuletinmoottoreissa käytetty ulkoroottorirakenne asettaa staattorin sisään ja roottorikupin ulkopuolelle. Anturijärjestelmän ilmeinen etu on, että Hall-levy on asennettu kiinteälle staattoripuolelle ja magneettirengas on pyörivän kupin sisäpuolella; ilmarako on ennakoitavissa ja anturi on suojattu ulkoiselta ilmavirralta. Esimerkki tästä arkkitehtuurista, joka vastaa todellista ilmavirtauskäyttöä, on DC149-220V-600 W ulkoinen BLDC-ilmajäähdytinmoottori.

DC149 220V 600W ulkoroottori BLDC ilmanjäähdytinmoottori Tämä 600 W:n ulkoroottorimoottori on edustava esimerkki staattoriin asennetusta Hall-tunnistuksesta, joka tarjoaa ennustettavan ilmavälin ja suojatun anturin sijainnin luotettavaa kommutointia varten todellisessa ilmavirtauskäytössä. Näytä tuote →

Johdotuksen ja signaalin eheys: pulssien saaminen ohjaimeen

Hall-lähdöt ovat neliöaaltoja, mutta ne kulkevat kaapelin kautta, joka kulkee nopeasti vaihtuvia PWM-virtoja kuljettavien vaihejohtojen rinnalla. Ilman huolellisuutta signaali voi vioittua. Tärkeimmät käytännön asiat ovat:

• Käytä 1k - 10k ohmin vetovastuksia avoimiin Hall-lähtöihin. Arvo ohjaa sekä signaalin nousuaikaa että häiriönsietoa. Liian pieni resistanssi kuluttaa tarpeetonta virtaa; liian suuri resistanssi tekee reunasta hitaan ja herkän kapasitanssille.
• Aseta pieni kondensaattori lähelle ohjaimen sisäänmenoa, tyypillisesti 1 nF - 100 nF, jotta voit poistaa korkeataajuisen kohinan ja säilyttää kommutoinnin reuna-ajoituksen.
• Pidä Hall-signaalijohdot kierrettyinä tai suojattuina ja erota ne vaihejohtimista aina, kun reititys sallii.
• Yhdistä anturin maadoitus ja ohjaimen maadoitus yhteen yhteiseen pisteeseen, jotta vältetään maadoitussiirtymä. Jos anturi saa virran erillisestä jännitesäätimestä, varmista, että säätimen lähtö on vakaa PWM-transienttien aikana.
• Pitkiä kaapeliajoja varten voidaan asentaa differentiaalijohtoajureita tai transistoripuskureita, mutta moottoreille, joissa on jopa muutaman metrin kaapeli, riittää yleensä suodatettu avoimen virran signaali.

Ohjaimen kommutointilogiikka laukeaa yleensä siirtymäreunalla, ei tasolla. Mikä tahansa kohina, joka luo ylimääräisen siirtymän Hall-linjalle, aiheuttaa ennenaikaisen kommutaation, minkä vuoksi palautuminen ja reunantunnistus ovat osa tuotantoohjaimien laiteohjelmistoa. Jotkut invertterit tyhjentävät Hall-tulot muutamaksi mikrosekunniksi vaihekytkennän aikana, koska kytkentäsolmun nopea jännitteenmuutos kytkeytyy kapasitiivisesti anturin johtimiin.

Eräs lisäsuojatoimenpide moottorin sisällä on sarjavastus jokaisessa Hall-linjassa liittimen lähellä; yhdessä ohjainpuolen kondensaattorin kanssa tämä muodostaa alipäästösuodattimen. Jos hankit moottorin yksin, varmista, että moottorin liittimen nastoissa on VCC, GND, H1, H2 ja H3 tarrat; väärä liitäntä on yleisin kenttäjohdotusvirhe ja voi nopeasti vaurioittaa Hall-IC:itä, jos syöttönapaisuus käännetään.

Hall-anturit vs. anturiton ohjaus: käytännöllinen vertailu

Toistuva suunnittelukysymys on, voiko anturiton back-EMF-ohjaus korvata Hall-anturit. Suuren volyymin sovelluksissa vastaus on joskus kyllä, mutta ei ilman kompromisseja. Anturiohjauksella Hall-antureilla on yksi ratkaiseva etu: se toimii nollanopeudella. Sen sijaan anturiton käyttölaite arvioi roottorin asennon avoimen vaiheen taka-EMF:stä, ja taka-EMF on verrannollinen nopeuteen. Pysähdyksissä ja erittäin alhaisilla kierrosluvuilla taka-EMF on liian pieni mitattavaksi, joten ohjaimen on käytettävä kohdistuspulsseja ja avoimen silmukan ramppia vain saadakseen moottorin liikkeelle. Jos kuormitusmomentti on suuri tai muuttuu käynnistyksen aikana, avoimen silmukan ramppi saattaa epäonnistua, pysähtyä moottori tai aiheuttaa hetkellisen käänteisen pyörimisen.

Ilmanjäähdyttimille, kanavapuhaltimille ja muille potkurikuormituksille puhallin itse käyttää erittäin pientä vääntömomenttia pysähdyksissä, mutta aerodynaaminen kuormitus kasvaa nopeuden neliössä. Anturoitu moottori käynnistyy täydellä vääntömomentilla ensimmäisestä Hall-siirtymästä, mikä yksinkertaistaa säädintä ja takaa tunnetun suunnan. Anturiton moottori voidaan saada käynnistymään, jos laiteohjelmisto on hyvin viritetty, mutta vaiva siirtyy sitten ohjelmistoon laitteiston sijaan.

Kustannukset ja luotettavuus ovat yleensä tärkeimmät syyt harkita antureiden poistamista. Hall-anturit lisäävät kaksi tai kolme johdinta moottorikaapeliin, liittimen, anturin piirilevyn ja asennusajan. Luotettavuuspuolella anturi tai juotosliitos voi epäonnistua, kun taas taka-EMF-tunnistuksessa ei ole ylimääräistä liikkuvaa tai magneettista osaa. Nykyaikaiset Hall-IC:t ovat kuitenkin halpoja ja erittäin kestäviä, kun ne on asennettu ja suojattu oikein. Puhallinmoottoreissa, jotka käyvät jatkuvasti kuukausia, anturin vikaantuminen on alhainen; yleisempi vika on anturikaapelin tai liittimen mekaaninen vaurio asennuksen aikana.

Lopulta valinta riippuu toimintakuoresta. Moottori, jonka täytyy tuottaa vääntömomenttia pysähdyksissä, pitää tuuletinta alhaisella nopeudella tai peruuttaa luotettavasti, hyötyy Hall-antureista. Kiinteänopeuksinen tuuletin, joka pyörii levosta ilman kuormaa, voi olla anturiton huolellisesti viritetyllä käynnistysrutiinilla. Useimmat kaupalliset ilmajäähdytinmoottorit, EC-puhallinmoottorit ja hiljaiset BLDC-puhallinmoottorit pitävät Hall-anturit takaamaan tasaisen, hiljaisen, hitaan toiminnan ja ennakoitavan käynnistyksen.

Mitä on tarkistettava valittaessa Hall-anturoitua BLDC-moottoria

Jos ostat täydellisen moottorin, et yleensä valitse Hall-anturin mallia itse; moottorin valmistaja tekee. Mutta sinun pitäisi tietää, mitä tarkistaa, koska anturin laatu vaikuttaa suoraan laitteesi käynnistysvarmuuteen ja käyttöikään.

Tarkista ensin anturin syöttöjännitealue ohjaimestasi. Hall-antureilla varustettu moottori, joka saa virtansa 5 V:n jännitteestä, ei voi toimia 3,3 V:n jännitteellä, elleivät anturit hyväksy 3,3 V:n toimintaa ja vedot on kytketty 3,3 V:n kiskoon. Monet nykyaikaiset Hall-IC:t kattavat 3,3–24 V. Toiseksi, vahvista lähtölogiikka: avoimen valumisen lähdöt tarvitsevat vetovastuksen, ja vedon on oltava ohjainkortillasi. Kolmanneksi tarkista napaparien määrä ja anturin väli; tämä ei ole käyttäjän määritettävissä. Neljänneksi, harkitse ympäristöluokitusta. Jos moottori asennetaan haihdutusjäähdyttimen märkäilmavirtaan tai altistuu kondensaatiolle, anturin piirilevy ja liitin on suojattava.

Viidenneksi, tarkista käynnistyskäyttäytyminen todellisella kuormalla. Tuulettimen juoksupyörässä on joskus lievä lepojänne; jos Hall-levy on kohdistettu väärin, moottori voi toisinaan käynnistyä taaksepäin tai täristä alhaisella nopeudella. Rehellinen testi on todellisessa kokoonpanossa. Kuudenneksi, kysy kuinka moottori käyttäytyy, jos Hall-signaali katoaa. Hyvä ohjaimen laiteohjelmisto havaitsee puuttuvan Hall-reunan, lopettaa PWM:n luomisen ja ilmoittaa viasta sen sijaan, että jatkaisi väärällä kommutointikuviolla.

Lopuksi, jos mitoit moottoria suuremmalle jäähdyttimelle, vertaa mekaanista kiinnitystä ja akselikokoonpanoa. Tehokas ulkoroottorimoottori suuriin ilmanjäähdyttimiin on erilainen fyysinen paketti kuin kompakti EC-puhallinmoottori. Korkeammassa teholuokassa DC198-220V-1500W ulkoinen BLDC-ilmajäähdytinmoottori edustaa 1500 W:n tasoa samalla anturiarkkitehtuurilla skaalattuina.

DC198 220V 1500W ulkoinen roottori BLDC ilmanjäähdyttimen moottori Tällä 1500 W:n tasolle skaalatulla suuritehoisella ulkoroottorimoottorilla on sama anturiarkkitehtuuri, mikä tekee siitä sopivan vertailukohdan, kun mitoitetaan suurempia jäähdyttimiä, joissa on raskaammat mekaaniset asennusvaatimukset. Näytä tuote →

Yleiset Hall-anturin viat ja niiden diagnosointi

Pieni, ylivirta, ei käynnistystä ja käänteinen käynnistys näkyvät toistuvasti kentällä. Seuraava luettelo kattaa klassiset vikatilat ja mistä etsiä ensin.

1. Moottori ei käynnisty ja käyttää suurta virtaa: yleensä säädin ei koskaan nähnyt kelvollista Hall-tilaa, joten se ei voi aloittaa kommutointia. Syitä ovat irrotettu anturi, juotossilta tai juuttunut lähtö.
2. Moottori käynnistyy, käy ja pysähtyy, kun kuormitusta kohdistetaan: yksi Hall-lähtö katkeaa ajoittain, joten kommutoidusta parista tulee väärä. Syitä ovat huono liitäntä, halkeileva juotosliitos tai ajoittainen ulosvetokosketin.
3. Moottori pyörii suunnilleen yhteen suuntaan liiallisella tärinällä: kommutoinnin ajoitus on aikaisin tai myöhässä, koska yksi anturi on siirtynyt tai sen kynnys on liian korkea vaihtamaan täsmälleen haluttuun kulmaan.
4. Moottori pyörii taaksepäin ajoittain: tilajärjestys tai käynnistyslogiikka käännetään vaihtamalla kaksi Hall-linjaa. Joissakin ohjaimissa tämä voidaan korjata laiteohjelmistossa; muuten anturit ovat väärässä fyysisessä järjestyksessä.
5. Moottori käy pienemmällä nopeudella kuin mitä kuuluu äänekkäällä tikityksellä: yksi Hall-lähtö puuttuu tai on aina korkea, joten säädin pakottaa vain neljän tilan sarjan eikä voi tuottaa täyttä kuusivaiheista vääntömomenttia. Tämä on helppo testi: lue kolme lähtöä pyörittämällä roottoria käsin; niiden kaikkien on vaihdettava täsmälleen kerran napaparia kohti.

Hyödyllinen testimenettely on seuraava. Irrota moottori invertteristä, syötä Hall-kortti pöytävirtalähteellä sen nimellisarvoisella VCC:llä, liitä kolme lähtöä vetojen kautta logiikkasyöttöön ja pyöritä roottoria hitaasti käsin. Oskilloskoopissa sinun pitäisi nähdä kuusi erillistä yhdistelmää sähkösyklin ympärillä puhtailla reunoilla ja ilman kaksoissiirtymiä. Yleismittarilla voit varmistaa, että jokainen lähtö vaihtuu erikseen, mutta oskilloskooppi paljastaa kolmen kanavan välisen ajoitussuhteen, mikä on kommutoinnin kannalta tärkein osa.

Vertaa myös mitattua anturin etäisyyttä mekaanisina asteina napaluvun odotettua arvoa vastaan: nelinapaisessa mallissa kolme anturia ovat 60 mekaanisen asteen etäisyydellä toisistaan ​​ja niin edelleen. Jos yksi anturi raportoi jatkuvasti korkeaa logiikkaa, vaikka vastakkainen magneettinapa on suoraan sen edessä, vaihda anturi IC. Jos lähtö seuraa kenttää, mutta magneettiset kynnykset ovat marginaalisia, magneetti, jolla on vahvempi remanenttivuo, on tavallinen korjaus.

Miksi Hall-anturit ovat tärkeitä ilmanjäähdytin-, tuuletin- ja EC-moottorisovelluksissa

Yrityksen tuotelinjan sovellukset havainnollistavat käytännön merkitystä. Haihdutusilmajäähdyttimet ovat yksinkertaisia ​​koneita, mutta ne edustavat vaativaa moottoritehtävää: juoksupyörän kuormitus hitaan nopeuksilla yöllä, suuri ilmavirta iltapäivällä, verkkojännitteen vaihtelut ja kostea ilmavirta. Tunnistettu ulkoroottori BLDC-moottori tarjoaa hitaalla nopeudella vääntömomentin ja taatun käynnistyssuunnan, jota sovellus tarvitsee. Ulkoroottorirakenne pitää staattorin ja Hall-levyn suojattuna sisällä, missä kondensaatio ja lika ei pääse elektroniikkaan. Hall-tiloihin synkronoidulla PWM-ohjauksella moottori voi kääntää juoksupyörän murto-osalla nimellisnopeudesta ilman ylikuumenemista, ja se voi kiihdyttää nopeasti maksimiilmavirtaan ohjaussignaalin sitä vaatiessa.

EC-puhallinmoottorit ovat samaa koneluokkaa; termi EC viittaa elektroniseen kommutointiin, joka korvaa mekaanisen harjauksen, jota Hall-anturoitu BLDC-taajuusmuuttaja toteuttaa. EC-puhallinmoottoreissa Hall-anturit määrittävät roottorisektorin, säädin käyttää PWM:ää ja integroitu yksikkö säätää nopeutta ja ilmavirtaa asetusarvoa vasten. EC-puhaltimien etuna induktiopuhaltimiin verrattuna on tehokkuus osakuormalla. Säätämällä PWM-käyttösuhdetta ja ylläpitämällä kommutaatiota Hall-tilojen kautta kompakti EC-puhallinmoottori voi parantaa tehokkuutta laajalla toiminta-alueella. ECF35010 EC -puhallinmoottori on tyypillinen esimerkki tästä arkkitehtuurista 350 W-luokan sovelluksissa 220 V:n jännitteellä.

ECF-350-10 220V 350W EC tuuletinmoottori Tämä 350 W:n EC-puhallinmoottori on esimerkki kompaktista Hall-anturoidusta BLDC-kommutaatiosta, mikä parantaa osittaisen kuormituksen tehokkuutta ja hiljaisen toiminnan ilmanvaihtojärjestelmissä meluherkissä ympäristöissä. Näytä tuote →

Hiljainen toiminta alhaisella nopeudella on toinen syy, miksi anturirakennetta suositaan ilmanvaihtolaitteissa. Anturittomien BLDC-asemien on usein kytkettävä vaihepareja pidempään yksivaiheisessa käynnistysvaiheessa ennen kuin back-EMF on luettavissa, mikä aiheuttaa kovaa leikkausta ja naksahdusääntä. Anturimoottorit kommutoivat oikeaan momenttikulmaan heti ensimmäisestä siirrosta lähtien, joten staattorin voima on vakio ja hiljainen. Tästä syystä hiljaiset BLDC-moottorit kasvihuoneisiin, siipikarjataloihin ja asuinjäähdyttimiin perustuvat Hall-antureihin pelkkien back-EMF-estimaattien sijaan.

Laitevalmistajan näkökulmasta takeaway on käytännöllinen: Hall-sensoroitu BLDC-moottori yksinkertaistaa ohjaimen kehitystä, parantaa käynnistysvarmuutta ja pitää vääntömomentin tasaisena alhaisilla nopeuksilla muutaman ylimääräisen johdon hinnalla. Ilmanjäähdytin- ja tuuletinteollisuudelle tämä on lähes aina hyväksyttävä kauppa.

Johtopäätös

Hall-efektitunnistin ei ole salaperäinen lisävaruste; Se on pieni lukittava magneettikytkin, joka kertoo ohjaimelle, mikä BLDC-moottorin sähkösyklin sektori on aktiivinen. Kolme anturia 120 sähköasteen etäisyydellä generoivat kuusi binaarikoodia; ohjain kartoittaa kunkin koodin yhteen kuudesta johtamisvaiheesta; ja moottori etenee sektorista toiseen oikealla vääntömomentilla. Fyysinen vaikutus on yksinkertainen, ja käytännön suunnittelu on kohdistuksessa, johdotuksessa, kynnyksissä ja suodatuksessa.

Kun valitset moottorin tuulettimelle, haihdutusjäähdyttimelle tai EC-tuulettimelle, älä pidä Hall-antureita epäselvänä yksityiskohtana. Niiden laatu ja järjestely määräävät, käynnistyykö moottori joka kerta, käykö se hiljaa alhaisella nopeudella ja kuinka luotettavasti säädin voi vaihtaa. Varmista jännite, teholuokka, anturin liitäntä ja ympäristönsuojelu sekä testaa käynnistystä todellisella juoksupyörän kuormituksella ennen kuin sitoudut suunnitteluun.