Bezuhlíkový motor s Hallovým senzorom: Čo robí a kedy ho potrebujete pre svoj projekt

Keď údajový list bezkomutátorového jednosmerného motora uvádza „s hallovým snímačom“, tento riadok sa mení viac ako cena. Mení to, ako sa motor spúšťa z pokoja, ako dodáva krútiaci moment pri nízkych otáčkach a ktoré ovládače ho môžu poháňať. Pre každého, kto si vyberá motor pre elektrický skúter, platformu robota, štvorkolku alebo námorný pohon, je rozhodnutie o hallovom senzore jedným z prvých volaní na úrovni systému.

Krátka odpoveď: bezkomutátorový motor s Hallovým snímačom dáva ovládaču presnú polohu rotora od nulových otáčok, takže motor štartuje s plným krútiacim momentom v správnom smere a beží hladko pri nízkych otáčkach. Kompromisom je extra kabeláž a ovládač navrhnutý na čítanie Hallových signálov. Keď sú motor a ovládač definované spoločne, tento obchod zvyčajne uprednostňuje senzorovú prevádzku.

Čo robí Hallov senzor v bezkomutátorovom motore

Vo vnútri bezkomutátorového jednosmerného motora nie je žiadny komutátor na spínanie vinutí. Regulátor musí napájať tri fázy v poradí, ktoré nasleduje za rotorom, a načasovanie závisí od poznania polohy rotora v každom okamihu. Hallove senzory poskytujú tieto informácie.

Typický motor so snímačom obsahuje tri Hall IC namontované vo vzdialenosti 120 elektrických stupňov od seba. Pri prechode magnetov rotora každý senzor deteguje zmenu medzi severným a južným pólom a prepne svoj výstup. Tri výstupy tvoria 3-bitový vzor so šiestimi platnými stavmi, z ktorých každý zodpovedá jednému 60-stupňovému komutačnému kroku. Ak ovládač niekedy počas otáčania načíta stav 000 alebo 111, zvyčajne ide o poruchu zapojenia, pretože tieto stavy by sa nemali objaviť so správnym Hallovým vzorom.

Hallov snímač je signálne zariadenie, nie výkonové zariadenie. Neprenáša fázový prúd; hlási iba polohu rotora ovládaču. Preto je ovládač motora miestom, kde sa skutočné rozhodovanie deje. Ten istý motor sa môže spustiť jemne alebo náhle, efektívne alebo nehospodárne, v závislosti od toho, ako ovládač spracuje Hallov vzor.

Prečo sú Hallove senzory dôležité pri zastavení a nízkej rýchlosti

Bezsenzorové bezkomutátorové regulátory snímajú polohu rotora zo spätnej elektromotorickej sily (BEMF). BEMF stúpa s otáčkami motora; v kľude je nulová a pod zhruba piatimi až desiatimi percentami menovitých otáčok je príliš malá na spoľahlivé meranie. Takže bezsenzorový štart používa sekvenciu otvorenej slučky: zarovnajte rotor a potom ho naštartujte, kým nebude BEMF čitateľný.

Táto postupnosť je slabým článkom. Pri zaťažení môže štart zarovnania a rampy spôsobiť prudký nárast prúdu, krátke trhnutie vzad alebo zastavenie. Typickým príznakom je motor, ktorý cvaká alebo váha pred pohybom. Pre elektrobicykel rozbiehajúci sa na svahu, robota zdvíhajúceho náklad alebo odťahujúcu sa elektrickú štvorkolku na sypkom teréne je toto zaváhanie nepríjemné a ťažké pre pohon.

Motor s Hallovým snímačom eliminuje slepú fázu. Riadiaca jednotka pozná polohu rotora v pokoji a okamžite aplikuje krútiaci moment správnym smerom. Najviac profitujú aplikácie, ktoré sa často spúšťajú a zastavujú, ako sú napríklad doručovacie roboty, bicykle s podporou pedálov, mobilné skútre a elektrické motocykle. Ovládač môže tiež ponechať tento štart tichý; ultratichá stratégia PWM potláča hluk zo spínania, ktorý často sprevádza prevádzku pri nízkej rýchlosti, takže snímaný štart je v prémiových produktoch plynulý a tichý.

A6 Ultra-tichý bezkomutátorový jednosmerný ovládač motora na časté zastavovanie a spúšťanie Tento senzorový ovládač umožňuje plynulé, tiché štarty pri státí, vďaka čomu je vhodný na dochádzanie do mesta, nákladnú dopravu a manévrovanie pri nízkej rýchlosti, kde je dôležitá spätná väzba polohy rotora. Zobraziť produkt →

To je dôvod, prečo sú verzie so snímačom bežné v pohonoch nábojov pre mestské vozidlá; zastavenia, naložené štarty a manévrovanie pri nízkej rýchlosti sú presne tie podmienky, pri ktorých BEMF nedosahuje. Údaje o výkone motora náboja z reálnych jazdných podmienok sa riadia rovnakým vzorom, od dochádzania zastav a rozbehni sa až po dlhé presuny nákladu.

Sprievodca výkonom motora náboja dôsledne ukazujú, že verzie so snímačom zvládajú mestskú prevádzku predvídateľnejšie ako verzie bez snímačov.

Hallove typy výstupov, úrovne napätia a komutačné vzory

Hallove senzory sa dodávajú v dvoch výstupných formátoch. Výstupy s otvoreným kolektorom stiahnu signál na nízku úroveň a na návrat na vysokú úroveň potrebujú pull-up odpory na strane regulátora. Push-pull výstupy priamo poháňajú linku vysoko a nízko. Ak doska ovládača nemá žiadne ťahy, motor s otvoreným kolektorom nevytvára žiadnu platnú vysokú úroveň a ovládač nikdy nedokončí svoju tabuľku komutácií.

Dôležitá je aj kompatibilita napätia. Staršie motory často používajú 5V Hall IC, zatiaľ čo mnohé vstupy regulátora prúdu bežia na 3,3 V logike. Privádzanie 5V signálu do 3,3V kolíka môže poškodiť vstup alebo spôsobiť sporadické poruchy. Špecifikácia motora by mala uvádzať Hallove napájacie napätie a výstupnú úroveň; ak nie, spýtajte sa pred objednávkou.

Vzdialenosť medzi Hallovými snímačmi sa riadi jedným z dvoch štandardov: 60 elektrických stupňov alebo 120 elektrických stupňov. Tabuľka komutácie ovládača musí zodpovedať tomuto rozstupu. Motor skonštruovaný pre 60° vytvára iný Hallov vzor ako 120° motor a použitie nesprávneho stola spôsobuje hrubý chod, stratu krútiaceho momentu alebo stratu synchronizácie.

Pamätajte tiež, že elektrické stupne nie sú mechanické stupne. Motor so štyrmi pármi pólov zopakuje svoj Hallov vzor štyrikrát za mechanickú otáčku. Počet pólových párov mení elektrickú frekvenciu, ktorú musí ovládač zvládnuť, takže musí byť správne nakonfigurovaný popri uhle komutácie.

Zosúladenie motora s Hallovým snímačom s ovládačom

Snímaný motor poskytuje svoje výhody iba vtedy, keď je regulátor postavený na čítanie Hallových signálov. Tri kontroly pokrývajú väčšinu povrchu kompatibility. Najprv overte Hallove napájacie napätie a logickú úroveň oproti hodnote vstupu regulátora. Po druhé, skontrolujte, či ovládač podporuje komutačný uhol motora, 60° alebo 120°. Po tretie, rozhodnite sa, čo sa stane pri vyššej rýchlosti; mnohé ovládače používajú Hallove signály pri nízkej rýchlosti a nad prahovou hodnotou sa miešajú do režimu BEMF a tento prechod by mal byť dostatočne hladký, aby sa zabránilo poklesu krútiaceho momentu.

V prípade hnacieho ústrojenstva pre e-mobilitu je účinnosť v prevádzkovom rozsahu pri nízkych otáčkach často najväčším prispievateľom k dojazdu v reálnom svete. Snímaná komutácia udržuje prúd statora zarovnaný s rotorom, čím sa znižuje strata medi a zahrievanie. Regulátor, ktorý správne číta Hallove vstupy, ako je napríklad vysokoúčinný bezkomutátorový jednosmerný motor A4-2313, umožňuje vyladenie rovnakého motora pre jazdu v meste, nákladnú dopravu alebo krútiaci moment v teréne, pretože krivka komutácie žije v softvéri.

A4 Vysokoúčinný bezkomutátorový jednosmerný ovládač motora s Hallovým vstupom Tento ovládač, navrhnutý tak, aby udržiaval prúd statora zarovnaný s rotorom pri nízkych rýchlostiach, zlepšuje dosah v reálnom svete a možno ho vyladiť pre rôzne pracovné cykly od jazdy v meste až po náklad alebo terén. Zobraziť produkt →

Keď motor a regulátor pochádzajú od rôznych dodávateľov, Hallove parametre sú prvým zdrojom nesúladu. 60° motor pripojený k ovládaču nakonfigurovanému na 120° bude bežať zhruba alebo vôbec. Štruktúrovaná schéma párovania to rieši pred príchodom hardvéru: trieda napätia, menovitý prúd, výstupný formát Hall, napájacie napätie, uhol komutácie a počet párov pólov sú zdokumentované na jednej stránke.

Schéma párovania ovládača a motora so šiestimi kľúčovými parametrami Stránka so štruktúrovaným párovaním dokumentuje napäťovú triedu, menovitý prúd, Hallov výstupný formát, napájacie napätie, komutačný uhol a počet pólových párov, aby sa predišlo nezhodám pred príchodom hardvéru. Zobraziť produkt →

Čo je potrebné skontrolovať predtým, ako špecifikujete motor so snímačom

Pred objednávkou vložte týchto šesť položiek na jednu stránku:

• Hallove napájacie napätie a logická úroveň: prispôsobte Hall IC motora k vstupnému menovitému výkonu ovládača.
• Výstupný formát: otvorený kolektor vyžaduje ťahanie na strane ovládača; push-pull nie.
• Rozstup komutácie: 60° alebo 120° a uistite sa, že konfigurácia ovládača sa zhoduje.
• Počet párov pólov: overte ho a zadajte ho správne, pretože nastavuje elektrickú frekvenciu.
• Pinout konektora: štandardné senzorové vedenie je tri fázové vodiče plus päť Hallových vodičov (5V, GND, A, B, C). Jeden prehodený kolík je najčastejšou chybou pri teste na skúšobnej stolici.
• Stratégia Hallovej poruchy: skontrolujte, či riadiaca jednotka dokáže rozpoznať zaseknutý alebo chýbajúci Hallov signál a vrátiť sa späť do bezsenzorového režimu.

Bezkomutátorový motor s Hallovým snímačom je osvedčený spôsob, ako dosiahnuť deterministický krútiaci moment pri nízkych otáčkach. Náklady sú extra vodiče a ovládač s podporou Hallovho vstupu. V prípade vozidiel a strojov, ktoré štartujú pod zaťažením, bežia pri nízkej rýchlosti alebo často cúvajú, si táto cena kupuje hladšie správanie a kratší vývojový cyklus. Keď sú Hallove parametre zapísané a porovnané s regulátorom, senzorový motor sa jednoducho chová tak, ako sľubuje datasheet.