直流電機(jī) 霍爾傳感器：無刷直流電機(jī)的工作原理(帶霍爾傳感器)
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無刷直流電機(jī)的工作原理
無刷直流電機(jī)的控制結(jié)構(gòu)
無刷直流電機(jī)是同步電機(jī)的一種，也就是說電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速受電機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場的速度及轉(zhuǎn)子極數(shù)(P)影響：N=120．f/P。在轉(zhuǎn)子極數(shù)固定情況下，改變定子旋轉(zhuǎn)磁場的頻率就可以改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。無刷直流電機(jī)即是將同步電機(jī)加上電子式控制(驅(qū)動器)，控制定子旋轉(zhuǎn)磁場的頻率并將電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速回授至控制中心反復(fù)校正，以期達(dá)到接近直流電機(jī)特性的方式。也就是說無刷直流電機(jī)能夠在額定負(fù)載范圍內(nèi)當(dāng)負(fù)載變化時(shí)仍可以控制電機(jī)轉(zhuǎn)子維持一定的轉(zhuǎn)速。無刷直流驅(qū)動器包括電源部及控制部如圖(1)：電源部提供三相電源給電機(jī)，控制部則依需求轉(zhuǎn)換輸入電源頻率。電源部可以直接以直流電輸入(一般為24V)或以交流電輸入(110V/220V)，如果輸入是交流電就得先經(jīng)轉(zhuǎn)換器(converter)轉(zhuǎn)成直流。不論是直流電輸入或交流電輸入要轉(zhuǎn)入電機(jī)線圈前須先將直流電壓由換流器(inverter)轉(zhuǎn)成3相電壓來驅(qū)動電機(jī)。換流器(inverter)一般由6個功率晶體管(Q1～Q6)分為上臂(Q1、Q3、Q5)/下臂(Q2、Q4、Q6)連接電機(jī)作為控制流經(jīng)電機(jī)線圈的開關(guān)。控制部則提供PWM(脈沖寬度調(diào)制)決定功率晶體管開關(guān)頻度及換流器(inverter)換相的時(shí)機(jī)。無刷直流電機(jī)一般希望使用在當(dāng)負(fù)載變動時(shí)速度可以穩(wěn)定于設(shè)定值而不會變動太大的速度控制，所以電機(jī)內(nèi)部裝有能感應(yīng)磁場的霍爾傳感器(hall-sensor)，做為速度之閉回路控制，同時(shí)也做為相序控制的依據(jù)。但這只是用來做為速度控
直流電機(jī) 霍爾傳感器：無刷直流電機(jī)霍爾傳感器的作用
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直流電機(jī)控制板里面的霍爾傳感器是用來檢測電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度用的。在有些應(yīng)用的場合，需要對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，要保證電機(jī)在某個速度下面保持不變，所以就要加一個檢測速度的傳感器進(jìn)行反饋，主控板根據(jù)檢測的速度值來輸出不同的控制脈沖信號，最終達(dá)到快速調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。也叫做霍爾編碼器。
編碼器的分類
從編碼器檢測原理上來分，還可以分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式、電容式。常見的是光電編碼器和霍爾編碼器。光電編碼器是屬于光學(xué)式編碼器，而霍爾編碼器則屬于磁式編碼器。
編碼器的原理
1、光電編碼器的原理解析
光電編碼器是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換為脈沖數(shù)字量的傳感器。由光電碼盤和光電檢測裝置組成。光電碼盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形的小孔。由于光電碼盤與電動機(jī)同軸，電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，檢測裝置檢測輸出對應(yīng)的脈沖信號，一般輸出A,B兩路具有一定相位差的方波信號，通過兩路輸出信號，可判斷電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向。
2、霍爾編碼器的原理解析
霍爾編碼器則是一種通過磁電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。霍爾編碼器由霍爾碼盤和霍爾傳感器組成。霍爾碼盤在一定直徑的圓板上等分地布置有不同的磁極。霍爾碼盤與電機(jī)同軸，電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，霍爾元件檢測輸出對應(yīng)的脈沖信號，一般輸出A,B兩路具有一定相位差的方波信號，通過兩路輸出信號，可判斷電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向。
兩種編碼器的檢測原理是一樣的，都是通過輸出A,B相的方波信號來檢測。只不過光電式的編碼器精度要比霍爾式編碼器的精度高許多。
簡單的檢測原理示意圖：
如何計(jì)算轉(zhuǎn)速？
計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)速都是通過檢測輸出脈沖的個數(shù)來進(jìn)行計(jì)算的。其大概原理是：比如一個500線的電機(jī)（轉(zhuǎn)一圈會輸出500個脈沖），只要通過單片機(jī)定時(shí)器設(shè)定一個固定的檢測時(shí)間，假如定時(shí)1S的時(shí)間，然后通過單片機(jī)的外部中斷或者輸入捕獲等方式獲得1S鐘內(nèi)的脈沖個數(shù)，假如1S內(nèi)檢測到1000個高電平（1000個脈沖），那么就代表了電機(jī)剛好轉(zhuǎn)過兩圈，這時(shí)就可以根據(jù)輪子的直徑來算出其對應(yīng)的轉(zhuǎn)速了。
為了提高檢測精度，你還可以通過同時(shí)檢測AB相兩路輸出的高低電平，具體和檢測一路的原理類似。
總結(jié)：在電機(jī)加裝一個霍爾傳感器無非就是為了測定電機(jī)的轉(zhuǎn)速來使用的，一般傳感器可以給控制器提供一個反饋的信號，根據(jù)反饋信號就可以進(jìn)行信號的調(diào)制，形成一個閉環(huán)控制方式。
直流電機(jī) 霍爾傳感器：霍爾傳感器在無刷直流電動機(jī)中的應(yīng)用解析
描述
無刷直流電動機(jī)是拆下電刷和換向器的電動機(jī)之一，它的特點(diǎn)是：
（1）永磁場型更換直流電機(jī)（定子側(cè)）和電樞繞組（轉(zhuǎn)子側(cè)）的磁場永磁體，將永磁體放置在轉(zhuǎn)子側(cè)，電樞繞組放在定子側(cè)。
（2）代替由于換向器位置的變化而使用電刷進(jìn)行通電切換，使用霍爾開關(guān)來檢測轉(zhuǎn)子位置信號并反饋到逆變器以控制通電。
直流無刷電機(jī)使用永磁轉(zhuǎn)子，在定子的適當(dāng)位置放置所需數(shù)量的霍爾開關(guān)SS2712（該器件集成了一個電壓調(diào)節(jié)器、帶動態(tài)偏移消除系統(tǒng)的霍爾傳感器、小信號放大器、施密特觸發(fā)器和一個帶內(nèi)部上拉電阻的開漏輸出驅(qū)動器，它可與雙極型晶體管電路或CMOS邏輯電路器件協(xié)同工作。），它們的輸出和相應(yīng)的定子繞組的供電電路相連。當(dāng)轉(zhuǎn)子經(jīng)過霍爾開關(guān)附近時(shí)，永磁轉(zhuǎn)子的磁場令已通電的霍爾開關(guān)輸出一個電壓使定子繞組供電電路導(dǎo)通，給相應(yīng)的定子繞組供電，產(chǎn)生和轉(zhuǎn)子磁場極性相同的磁場，推斥轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動。到下一位置，前一位置的霍爾開關(guān)停止工作，下位的霍爾開關(guān)導(dǎo)通，使下一繞組通電，產(chǎn)生推斥場使轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動。如此循環(huán)，維持電機(jī)的工作。
在這里，霍爾開關(guān)起位置傳感器的作用，檢測轉(zhuǎn)子磁極的位置，它的輸出使定子繞組供電電路通斷，又起開關(guān)作用，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極離去時(shí)，令上一個霍爾開關(guān)停止工作，下一個器件開始工作，使轉(zhuǎn)子磁極總是面對推斥磁場，霍爾開關(guān)又起定子電流的換向作用。
無刷電機(jī)中的霍爾傳感器，既可使用霍爾元件，也可使用霍爾開關(guān)。使用霍爾元件，一般要外接放大電路；使用霍爾開關(guān)，可直接驅(qū)動電機(jī)繞組，使線路大為簡化，用SS2712霍爾開關(guān)鎖定電路直接驅(qū)動電機(jī)，鐵磁材料受到磁場激勵時(shí)，因其導(dǎo)磁率高，磁阻小，磁力線都集中在材料內(nèi)部。若材料均勻，磁力線分布也均勻。如果材料中有缺陷，如小孔、裂紋等，在缺陷處，磁力線會發(fā)生彎曲，使局部磁場發(fā)生畸變。用霍爾探頭檢出這種畸變，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，可辨別出缺陷的位置，性質(zhì)（孔或裂紋）和大小（如深度、寬度等）。
責(zé)任編輯；zl
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