Sensor Hall BLDC: Cara Kerja, Jenis & Panduan Mengatasi Masalah

Apa Itu Sensor Hall pada Motor BLDC

Tarik tutup ujung sebagian besar motor DC brushless dan Anda akan menemukan tiga komponen kecil berkumpul di dekat belitan, masing-masing hampir tidak lebih besar dari sebutir beras. Itu adalah sensor Hall, dan tanpanya — atau penggantinya seperti penginderaan EMF belakang — motor tidak akan tahu ke arah mana harus mendorong.

Sensor Hall mendeteksi medan magnet menggunakan efek Hall: ketika medan magnet melewati elemen pembawa arus secara tegak lurus, ia mendorong pembawa muatan ke satu sisi, menghasilkan tegangan yang dapat diukur. Pada motor BLDC, tiga sensor ini ditempatkan pada stator dekat ujung non-penggerak, diposisikan sedemikian rupa sehingga magnet permanen rotor melewatinya saat poros berputar. Masing-masing sensor beralih tinggi atau rendah tergantung pada apakah kutub utara atau selatan berada di dekatnya, dan kombinasi ketiga sinyal tersebut memberi tahu pengontrol secara tepat di mana rotor berada kapan saja — bahkan ketika motor tidak bergerak.

Bagaimana Sensor Hall Mendorong Pergantian

Motor BLDC tiga fase memerlukan arus belitan yang dialihkan dalam urutan yang benar untuk menjaga rotor tetap berputar — sebuah proses yang disebut pergantian. Sensor hall memungkinkan hal ini dengan memberikan pengontrol pembacaan langsung posisi rotor, bukan memaksanya menyimpulkan posisi secara tidak langsung.

Dengan tiga sensor yang ditempatkan di sekeliling stator, magnet rotor menghasilkan satu dari enam kemungkinan kombinasi tinggi/rendah saat melewati putaran listrik penuh. Setiap kombinasi berhubungan dengan sektor 60° tertentu, dan pengontrol menggunakan tabel pencarian untuk memutuskan dua dari tiga fase mana yang harus diberi energi untuk sektor tersebut. Saat rotor maju ke sektor berikutnya, pola Hall berubah, pengontrol beralih ke pasangan belitan berikutnya, dan medan magnet yang berputar terus menarik rotor ke depan — enam langkah terpisah per siklus listrik, yang dikenal sebagai pergantian trapesium atau enam langkah.

Ini juga mengapa sensor Hall paling penting saat berhenti dan kecepatan rendah. Pengontrol yang mengandalkan EMF belakang tidak akan membaca apa pun sampai motor sudah berputar cukup cepat untuk menghasilkan sinyal yang dapat digunakan; motor yang dilengkapi Hall melaporkan posisinya sejak daya diterapkan, itulah sebabnya desain sensor mulai berjalan dengan baik di bawah beban tanpa menebak loop terbuka.

Jenis Sensor Efek Hall

Tidak semua sensor Hall berperilaku sama, dan perbedaannya penting saat menentukan atau memecahkan masalah motor.

• Sensor unipolar digital nyalakan saat salah satu kutub magnet lewat di dekatnya dan matikan saat medan magnet menghilang. Mereka sederhana dan murah tetapi kurang umum dalam pergantian BLDC karena mereka tidak membedakan polaritas kutub dengan jelas.
• Sensor bipolar digital (pengunci). nyalakan jika ada satu kutub dan matikan hanya jika kutub yang berlawanan tiba — pertahankan statusnya di antara keduanya. Perilaku penguncian ini memberikan transisi yang bersih dan dapat diulang serta merupakan pilihan standar untuk pergantian BLDC.
• Sensor analog (linier). menghasilkan tegangan yang sebanding dengan kekuatan medan daripada sinyal hidup/mati sederhana. Mereka lebih jarang digunakan untuk pergantian dasar tetapi muncul dalam aplikasi yang memerlukan resolusi posisi yang lebih baik melalui interpolasi.

Kriteria Pemilihan Utama

Memilih sensor Hall — atau mengevaluasi sensor yang sudah terpasang di motor — bergantung pada beberapa parameter yang secara langsung memengaruhi akurasi pergantian dan efisiensi motor.

Perincian teknis yang lebih mendalam mengenai parameter-parameter ini, termasuk bagaimana nilai BOP dan BRP dibaca dari lembar data, tersedia di sini Panduan pemilihan sensor efek hall dari Portescap .

Kontrol BLDC Bersensor vs Tanpa Sensor

Sensor hall bukan satu-satunya cara untuk mengubah motor BLDC, dan alternatifnya — kontrol berbasis EMF belakang tanpa sensor — menukar satu set kekuatan dengan kekuatan lainnya.

Motor bersensor menghasilkan torsi start yang andal di bawah beban, karena posisinya diketahui bahkan pada RPM nol, dan motor ini bertahan dengan baik dalam aplikasi dengan start, stop, atau perubahan arah yang sering. Biayanya adalah pemasangan kabel tambahan — biasanya rangkaian kabel lima kabel — dan satu komponen lagi yang dapat rusak karena panas, getaran, atau konektor yang buruk. Kontrol tanpa sensor sepenuhnya menghilangkan kabel tersebut dan titik kegagalan terkait, namun tidak dapat menentukan posisi rotor hingga motor sudah berputar cukup cepat untuk menghasilkan EMF balik yang dapat dideteksi, yang berarti jalur permulaan loop terbuka sebelum kontrol loop tertutup mengambil alih.

Untuk motor yang berjalan terus menerus pada kecepatan sedang hingga tinggi – kipas, pompa, penggerak drone – desain tanpa sensor seringkali merupakan pilihan yang lebih praktis. Untuk segala hal yang memerlukan torsi yang dapat diandalkan sejak start berdiri — lift dengan penggerak langsung, pemosisian bergaya servo, motor hub e-bike yang berhenti di tanjakan — sensor Hall tetap menjadi pilihan yang lebih aman. Pertukaran ini dieksplorasi lebih dalam dalam perbandingan ini kontrol motor tanpa sikat tanpa sensor versus efek Hall , dan ikhtisar ini bagaimana pengontrol motor BLDC menangani pergantian secara lebih luas .

Mendiagnosis Kesalahan Sensor Common Hall

Motor yang tersentak, terhenti saat dinyalakan, atau berjalan hanya dalam satu arah sebelum mati menunjukkan gejala klasik masalah sensor Hall, bukan gangguan belitan.

• Sinyal hilang pada satu saluran: satu sensor yang gagal menghasilkan kombinasi status yang tidak valid, yang akan ditandai oleh sebagian besar pengontrol sebagai kesalahan daripada mencoba melakukan pergantian secara tidak benar.
• Rotasi kasar atau tersentak-sentak pada kecepatan rendah: sering kali menunjuk pada sensor yang tidak sejajar atau sensor yang menyimpang dari posisi sudut sebenarnya terhadap magnet rotor.
• Motor berputar ke arah yang salah atau langsung mati: dapat menunjukkan dua kabel Hall yang tertukar selama perbaikan, atau sensor yang dihubungkan ke referensi fase yang salah.
• Pemutusan intermiten di bawah getaran: pertanda kuat dari sambungan solder yang retak atau konektornya longgar, bukannya sensor itu sendiri yang rusak.

Multimeter pada suplai 5V sensor dan pin ground memastikan daya mencapai papan sensor; memeriksa setiap kabel sinyal ke tanah sambil memutar poros secara perlahan dengan tangan akan menunjukkan transisi yang bersih antara tinggi dan rendah saat setiap kutub magnet lewat. Sinyal yang tidak pernah berubah, atau berkedip tidak menentu, menunjuk ke sensor tertentu atau kabelnya, bukan ke pengontrol.

Mencocokkan Output Sensor Hall dengan Pengontrol Motor Anda

Motor yang dilengkapi Hall hanyalah setengah dari persamaan — pengontrol di ujung lain dari rangkaian lima kabel tersebut harus membaca level logika yang sama dan mengharapkan pengaturan sensor yang sama.

Sebelum memasangkan motor dan pengontrol, pastikan tegangan suplai Hall cocok dengan output pengontrol — logika 5V dan 3,3V tidak dapat dipertukarkan tanpa pengalih level — dan bahwa antarmuka sensor posisi pengontrol dikonfigurasikan untuk input Hall, bukan sinyal encoder atau pemecah masalah. Pengontrol yang mendukung berbagai metode penginderaan menawarkan fleksibilitas di sini; itu Pengontrol motor BLDC kompatibilitas tinggi seri R2 , misalnya, bekerja dengan motor bersensor efek Hall dan tanpa sensor, yang menyederhanakan pertukaran antar jenis motor tanpa mengubah perangkat keras. Untuk panduan mencocokkan model pengontrol tertentu dengan spesifikasi motor yang dilengkapi Hall, ini referensi pasangan pengontrol dan motor menelusuri parameter yang perlu diselaraskan. Penuh Jajaran pengontrol motor BLDC mencakup berbagai kelas tegangan dan arus untuk motor dengan ukuran berbeda.