Bagaimana Cara Kerja Sensor Efek Hall pada Motor BLDC? Panduan Lengkap

Pertimbangkan motor DC tanpa sikat tiga fase yang mulai berdengung, menarik arus berlebihan, dan tidak mau berputar. Gulungannya utuh, pengontrolnya diberi daya, dan magnetnya termagnetisasi sepenuhnya. Penyebab utama paling umum dalam situasi ini bukanlah komponen yang terbakar, melainkan sinyal yang hilang: pengontrol tidak mengetahui di mana letak rotor.

Motor DC tanpa sikat tidak memiliki komutator mekanis dan sikat. Oleh karena itu, pengontrol harus diberi tahu posisi rotor sebelum dapat memberi energi pada belitan stator yang benar pada saat yang tepat. Pada sebagian besar motor BLDC tipe kipas, komponen yang memberikan informasi posisi ini adalah sensor efek Hall.

Kesimpulan dalam satu paragraf sederhana. Sensor efek Hall mendeteksi medan magnet magnet permanen rotor dan mengubah medan tersebut menjadi sinyal listrik digital. Tiga sensor tersebut, ditempatkan 120 derajat listrik terpisah di sekitar stator, menghasilkan enam kombinasi keluaran biner yang secara unik menggambarkan sektor rotor dalam setiap siklus listrik. Pengontrol motor menerjemahkan enam keadaan ini dan mengubah belitan fasa dalam urutan yang benar. Ketika sensor Hall, kabelnya, sirkuit pull-up, dan logika pergantian pengontrol semuanya bekerja bersama, motor berputar dengan mulus dari posisi diam hingga kecepatan penuh. Ketika salah satu bagian dari rantai tersebut rusak, gejalanya persis seperti dengungan, arus berlebih, dan getaran yang dijelaskan dalam skenario pembukaan.

Panduan ini menjelaskan, langkah demi langkah, cara kerja sensor efek Hall pada motor BLDC. Kami membahas efek fisik yang mendasarinya, cara tiga sensor menghasilkan urutan pergantian enam langkah, karakteristik IC Hall tipe kait, penempatan sensor, pengkabelan, integritas sinyal, perbandingan dengan kontrol tanpa sensor, dan penemuan kesalahan praktis. Kami juga melihat mengapa konstruksi BLDC bersensor Hall penting untuk aplikasi kipas, pendingin udara evaporatif, dan motor EC.

Efek Hall: apa yang sebenarnya terjadi di sensor

Sensor efek Hall adalah perangkat semikonduktor yang menghasilkan tegangan keluaran sebanding dengan kerapatan fluks magnet yang melewatinya. Fisika di baliknya berawal dari Edwin Hall pada tahun 1879. Hall menemukan bahwa ketika sebuah konduktor yang membawa arus ditempatkan dalam medan magnet tegak lurus terhadap arah arus, pembawa muatan dibelokkan oleh gaya Lorentz. Elektron, atau lubang pada semikonduktor, bergerak ke salah satu sisi konduktor, sehingga muncul tegangan transversal terukur di antara kedua sisi lateral. Tegangan ini adalah tegangan Hall.

Tegangan Hall sebanding dengan produk arus dan kekuatan medan magnet, dan berbanding terbalik dengan ketebalan konduktor dan kerapatan pembawa muatan. Pada konduktor murni seperti tembaga, kerapatan pembawa sangat tinggi sehingga tegangan Hall sangat kecil. Inilah sebabnya mengapa sensor Hall praktis terbuat dari bahan semikonduktor dengan kerapatan pembawa yang jauh lebih rendah, disusun dalam pelat tipis yang disebut pelat Hall, terintegrasi dengan sumber arus bias, penguat diferensial, komparator, dan tahap keluaran dalam satu paket IC.

Untuk pergantian motor BLDC, kita tidak perlu mengukur kerapatan fluks absolut dengan resolusi tinggi. Kita hanya memerlukan jawaban biner untuk satu pertanyaan: apakah kutub utara atau kutub selatan rotor menghadap sensor saat ini. Oleh karena itu, keluaran sensor Hall tingkat pergantian adalah digital. Komparator di dalam IC membandingkan tegangan Hall yang diperkuat dengan ambang referensi. Ketika kutub utara rotor membawa kerapatan fluks di atas titik operasi (BOP), keluaran beralih ke satu keadaan. Ketika kutub selatan kemudian mendorong kerapatan fluks di bawah titik pelepasan (BRP), keluarannya beralih kembali. Perbedaan antara BOP dan BRP disebut histeresis, dan ini memastikan transisi digital yang bersih dan bebas obrolan saat medan magnet berbalik.

Mengapa motor BLDC memerlukan umpan balik posisi rotor

Motor DC tanpa sikat adalah motor magnet permanen sinkron. Statornya membawa belitan tiga fasa, biasanya dihubungkan dalam bentuk bintang atau delta, dan rotornya dilengkapi dengan magnet permanen utara dan selatan bergantian. Berbeda dengan motor DC brushed, dimana komutator secara mekanis mengalihkan arus jangkar sesuai dengan posisi rotor, motor BLDC tidak memiliki perangkat switching mekanis. Arus fasa harus dialihkan secara elektronik oleh inverter, dan waktu peralihan harus sesuai dengan posisi sudut rotor. Untuk pembahasan lengkap tentang arsitektur motor, Anda dapat merujuk pada artikel kami tentang prinsip kerja motor DC brushless.

Dalam penggerak BLDC tiga fase standar, hanya dua fase yang berjalan pada satu waktu. Fase ketiga tidak aktif. Enam saklar daya inverter menghasilkan enam kemungkinan keadaan konduksi, yang mengatur medan stator yang berputar. Torsi dihasilkan karena medan stator menarik dan menolak rotor magnet permanen dan mencoba menarik medan rotor agar sejajar. Torsi maksimum diperoleh bila medan stator kira-kira 90 derajat listrik di depan medan rotor. Untuk menjaga hubungan 90 derajat saat rotor berputar, pengontrol harus beralih dari satu keadaan konduksi ke keadaan konduksi berikutnya setiap 60 derajat listrik. Jika peralihan dilakukan lebih awal, torsi akan turun; jika terlambat, torsi turun; jika pasangan yang dipilih salah, kecepatan motor malah melambat. Bagian pentingnya adalah pengontrol tidak dapat mengetahui pasangan mana yang harus dipilih kecuali ia mengetahui posisi rotor. Oleh karena itu, umpan balik posisi bukanlah penyempurnaan opsional. Ini adalah persyaratan fungsional.

Ada beberapa cara untuk mendapatkan posisi rotor pada motor BLDC. Encoder dan Resolver memberikan resolusi tinggi, namun mahal dan rumit secara mekanis. Metode tanpa sensor memperoleh posisi dari EMF belakang, namun gagal saat berhenti dan kecepatan rendah. Untuk motor kipas yang sensitif terhadap biaya yang beroperasi dari beberapa ratus hingga beberapa ribu putaran per menit, tiga sensor efek Hall adalah kompromi standar industri. Mereka murah, kuat, dan memberikan posisi rotor absolut bahkan ketika poros tidak bergerak.

Tiga sensor Hall, enam status, enam langkah pergantian

Sensor hall dapat digunakan secara tunggal atau ganda. Pada motor BLDC tiga fasa, konfigurasi standarnya adalah tiga sensor yang berjarak 120 derajat kelistrikan di sekeliling stator. Sensornya terpasang tetap, dan magnet rotor melewatinya saat rotor berputar. Karena setiap sensor dipaparkan ke kutub utara, keluaran digitalnya mencapai logika tinggi; ketika kutub selatan lewat, outputnya berlogika rendah. Karena ketiga sensor secara fisik dipisahkan sebesar 120 derajat listrik, keluarannya tidak pernah berubah pada saat yang bersamaan. Pada saat tertentu, kombinasi ketiga keluaran tersebut merupakan salah satu dari enam keadaan valid. Setiap negara bagian berhubungan dengan sektor rotor yang mencakup 60 derajat listrik.

Pengontrol memegang tabel kebenaran yang memetakan masing-masing dari enam keadaan ke pasangan fase yang harus diberi energi di sektor tersebut. Pemetaan yang representatif ditunjukkan di bawah ini.

Berdasarkan tabel, urutan keadaan untuk satu siklus listrik lengkap adalah 101, 100, 110, 010, 011, 001. Urutan pastinya dapat dibalik jika motor berputar ke arah lain, dan penetapan keadaan ke sektor berubah jika kabel fasa ditukar; prinsipnya tetap sama.

Ada dua hal yang perlu ditekankan karena keduanya menjelaskan sejumlah keputusan desain di dunia nyata. Pertama, setiap kali kombinasi Hall berubah, pengontrol dapat segera beralih ke kondisi konduksi berikutnya. Transisi Hall sendiri dapat digunakan sebagai acara pergantian. Itulah sebabnya pergantian sering digambarkan sebagai sinkronisasi Hall. Kedua, karena sinyal Hall hanya diperbarui sekali per 60 derajat listrik, resolusinya lebih kasar dibandingkan dengan encoder. Untuk motor dengan beberapa pasangan kutub, jarak fisik antar sensor menjadi lebih kecil; kita akan kembali ke batasan mekanis tersebut di bagian khusus nanti.

Dalam setiap sektor 60 derajat, arus dalam belitan penghantar biasanya diatur oleh modulasi lebar pulsa (PWM) dari tegangan bus DC. Sensor Hall tidak mengatur arus; mereka hanya memutuskan pasangan fase mana yang menerima PWM. Kecepatan disesuaikan dengan mengubah siklus kerja PWM, sementara langkah pergantian tetap terkunci pada status Hall. Kombinasi pergantian enam langkah ditambah PWM ini adalah dasar dari hampir semua kipas BLDC bersensor dan penggerak pendingin udara.

IC Hall tipe kait: komponen yang penting

Dalam aplikasi pergantian BLDC, sensor Hall beroperasi dalam mode penguncian; biasanya disebut kait bipolar daripada saklar unipolar. Sakelar unipolar menyala ketika medan dengan satu polaritas melebihi ambang batas, dan mati ketika medan turun kembali di bawah ambang batas tersebut. Perilaku tersebut baik untuk mendeteksi keberadaan magnet, tetapi tidak untuk pergantian. Sensor pergantian harus mengingat keadaannya dan menahannya hingga kutub yang berlawanan tiba. IC Hall tipe kait melakukan hal ini: ia mengunci logika tinggi ketika melihat kutub utara di atas BOP dan tidak melepaskannya sampai ia melihat kutub selatan di bawah BRP. Outputnya kemudian tetap tinggi pada sekitar 180 derajat listrik dan rendah pada sekitar 180 derajat listrik, menghasilkan gelombang persegi yang seimbang seperti yang diharapkan oleh logika pergantian.

Parameter lembar data utama tidak sulit untuk diinterpretasikan. Tegangan suplai IC Hall pergantian tipikal adalah 3,3 hingga 24 V DC, dengan keluaran saluran terbuka atau tarik-tarik. Output saluran terbuka memerlukan resistor pull-up eksternal; output push-pull tidak. Ambang peralihan BOP dan BRP ditentukan dalam Gauss atau millitesla, dan histeresis adalah perbedaan di antara keduanya. Kait tipikal mungkin memiliki titik operasi beberapa puluh Gauss dan titik pelepasan polaritas berlawanan beberapa puluh Gauss; angka sebenarnya harus disesuaikan dengan kerapatan fluks yang tersedia di lokasi sensor. Frekuensi peralihan harus lebih tinggi dari frekuensi listrik maksimum motor; hal ini jarang menjadi masalah bagi motor kipas tetapi harus diperiksa untuk desain kecepatan tinggi atau jumlah kutub tinggi. Kisaran suhu sekitar harus mencakup lokasi terburuk sensor di dalam motor, termasuk rendaman panas dari belitan. Untuk peralatan luar ruangan seperti pendingin udara evaporatif, ketahanan terhadap kelembapan rakitan sensor juga penting.

Salah satu masalah desain yang halus namun berulang adalah hubungan antara penempatan sensor Hall dan fluks magnet pada stator berlubang. Sensor tidak hanya melihat magnet rotor; ia juga melihat fluks bocor dari belitan stator yang diberi energi. Jika medan kebocoran cukup kuat, maka dapat melebihi ambang batas BOP dan BRP atau menggeser waktu pergantian. Solusi standar adalah dengan menutupi atau mengurung sensor, menempatkannya di luar tumpukan stator, atau mengosongkan sinyal Hall untuk sementara selama peralihan inverter dengan menggunakan debounce pendek atau filter di pengontrol. Ini adalah detail khas yang membedakan desain motor tahan lama dengan desain motor yang memiliki kesalahan pergantian intermiten.

Pemasangan, penyelarasan, dan batasan pasangan tiang

Pemasangan mekanis sensor Hall hampir sama pentingnya dengan desain kelistrikan. Di sebagian besar motor BLDC kecil dan menengah yang ditujukan untuk kipas, pendingin udara, dan pendingin evaporatif, ketiga IC Hall disolder ke papan sirkuit cetak kecil yang dipasang pada pelindung ujung non-penggerak motor. Rotor membawa magnet tambahan yang melewati papan sensor, atau papan sensor diposisikan sedemikian rupa sehingga magnet rotor utama melewatinya, tergantung pada arsitekturnya. PCB sensor dihubungkan secara elektrik ke papan pengontrol melalui konektor, membentuk antarmuka lima kabel yang biasa: VCC, GND, dan tiga output sensor.

Jarak listrik 120 derajat diterjemahkan menjadi sudut mekanis yang bergantung pada jumlah pasangan kutub magnet. Satu siklus listrik setara dengan satu pasang kutub, sehingga sudut mekanis antara sensor yang berdekatan adalah 120 derajat listrik dibagi dengan jumlah pasangan kutub. Untuk motor dua kutub, ketiga sensor diberi jarak 120 derajat mekanis. Untuk motor empat kutub, jaraknya 60 derajat mekanis. Untuk motor delapan kutub dengan empat pasang kutub, jaraknya adalah 30 derajat mekanis. Konsekuensinya adalah seiring bertambahnya jumlah kutub, ruang yang tersedia untuk paket sensor menyusut, dan toleransi penyelarasan menjadi lebih ketat. Inilah salah satu alasan mengapa banyak motor kipas yang lebih besar menggunakan jumlah kutub yang moderat, dan mengapa motor dengan jumlah kutub yang tinggi sering kali dirancang tanpa sensor atau dengan sensor dipasang langsung pada PCB utama, bukan pada papan terpisah.

Penyelarasan adalah kendala kedua. Papan sensor diposisikan selama perakitan sehingga tepi peralihan setiap keluaran Hall terjadi pada sudut rotor yang benar relatif terhadap belitan stator pada fase yang sesuai. Jika sensor tidak sejajar beberapa derajat kelistrikan di salah satu arah, peristiwa pergantian terjadi terlalu dini atau terlambat, sehingga menyebabkan lonjakan arus, riak torsi, getaran, dan hilangnya efisiensi. Jika sensor terlalu tidak sejajar, motor mungkin tidak dapat hidup sama sekali. Beberapa desain sengaja memperkenalkan sudut tetap antara sensor dan sumbu belitan untuk menciptakan kemajuan fase untuk operasi kecepatan tinggi, namun offset tersebut kemudian konsisten dan didokumentasikan, bukan kebetulan.

Konstruksi rotor eksternal yang digunakan pada beberapa motor kipas pendingin udara menempatkan stator di dalam dan cangkir rotor di luar. Keuntungan nyata dari sistem sensor adalah papan Hall dipasang pada sisi stator tetap dan cincin magnet berada di bagian dalam cangkir yang berputar; celah udara dapat diprediksi, dan sensor terlindung dari aliran udara eksternal. Sebagai contoh arsitektur ini dalam ukuran yang menghadapi tugas aliran udara nyata, motor pendingin udara BLDC eksternal DC149-220V-600W adalah contoh yang representatif.

Motor Pendingin Udara BLDC Rotor Eksternal DC149 220V 600W Motor rotor eksternal 600W ini merupakan contoh representatif dari penginderaan Hall yang dipasang di stator, menawarkan celah udara yang dapat diprediksi dan penempatan sensor terlindungi untuk pergantian yang andal dalam tugas aliran udara nyata. Lihat Produk →

Integritas kabel dan sinyal: menyalurkan pulsa ke pengontrol

Keluaran Hall berbentuk gelombang persegi, namun mengalir melalui kabel yang berjalan di samping kabel fase yang membawa arus PWM yang berpindah dengan cepat. Tanpa perawatan, sinyalnya bisa rusak. Poin praktis yang paling penting adalah:

• Gunakan resistor pull-up 1k hingga 10k ohm untuk output Hall saluran terbuka. Nilai mengontrol waktu naik sinyal dan kekebalan. Resistansi yang terlalu rendah akan menarik arus yang tidak perlu; resistansi yang terlalu tinggi membuat tepinya lambat dan sensitif terhadap kapasitansi.
• Tempatkan kapasitor kecil di dekat input pengontrol, biasanya 1nF hingga 100nF, untuk menghilangkan noise frekuensi tinggi sambil mempertahankan waktu pergantian tepi.
• Jaga agar kabel sinyal Hall tetap terpelintir atau terlindung, dan pisahkan dari konduktor fase jika peruteannya memungkinkan.
• Hubungkan ground sensor dan ground pengontrol pada satu titik yang sama untuk menghindari ground offset. Jika sensor disuplai oleh pengatur tegangan terpisah, pastikan keluaran pengatur stabil selama transien PWM.
• Untuk kabel yang panjang, driver saluran diferensial atau buffer transistor dapat dimasukkan, tetapi untuk motor dengan kabel hingga beberapa meter, sinyal saluran terbuka yang difilter biasanya sudah cukup.

Logika pergantian pada pengontrol biasanya terpicu pada tepi transisi, bukan pada level. Kebisingan apa pun yang menciptakan transisi ekstra pada jalur Hall akan menyebabkan pergantian dini, itulah sebabnya debouncing dan deteksi tepi merupakan bagian dari firmware pada pengontrol produksi. Beberapa inverter mengosongkan input Hall selama beberapa mikrodetik selama peralihan fasa, karena perubahan tegangan yang cepat dari node switching secara kapasitif berpasangan ke dalam kabel sensor.

Salah satu tindakan perlindungan tambahan di dalam motor adalah resistor seri di setiap jalur Hall dekat konektor; dalam kombinasi dengan kapasitor sisi pengontrol, ini membentuk filter low-pass. Jika Anda mengambil motornya sendiri, pastikan pin konektor motor mempunyai label untuk VCC, GND, H1, H2, dan H3; pinout yang salah adalah kesalahan pengkabelan medan yang paling umum dan dapat dengan cepat merusak IC Hall jika polaritas suplai dibalik.

Sensor hall versus kontrol tanpa sensor: perbandingan praktis

Pertanyaan teknik yang berulang adalah apakah kontrol EMF belakang tanpa sensor dapat menggantikan sensor Hall. Dalam aplikasi bervolume tinggi, jawabannya kadang-kadang ya, namun bukannya tanpa kompromi. Kontrol sensorik dengan sensor Hall memiliki satu keunggulan penting: ia bekerja pada kecepatan nol. Sebaliknya, penggerak tanpa sensor memperkirakan posisi rotor dari EMF belakang fase terbuka, dan EMF belakang sebanding dengan kecepatan. Saat berhenti dan pada rpm yang sangat rendah, EMF belakang terlalu kecil untuk diukur, sehingga pengontrol harus menerapkan pulsa penyelarasan dan ramp loop terbuka hanya untuk membuat motor bergerak. Jika torsi beban tinggi atau berubah selama penyalaan, ramp loop terbuka dapat rusak, motor terhenti, atau menghasilkan putaran terbalik sesaat.

Untuk pendingin udara, kipas saluran, dan beban baling-baling lainnya, kipas itu sendiri menerapkan torsi yang sangat rendah saat berhenti, namun beban aerodinamis meningkat seiring kuadrat kecepatan. Motor bersensor dimulai dengan torsi penuh dari transisi Hall pertama, yang menyederhanakan pengontrol dan menjamin arah yang diketahui. Motor tanpa sensor dapat dihidupkan jika firmware telah disetel dengan baik, tetapi upaya tersebut kemudian berpindah ke perangkat lunak daripada perangkat keras.

Biaya dan keandalan biasanya menjadi alasan utama untuk mempertimbangkan melepas sensor. Sensor hall menambahkan dua atau tiga konduktor ke kabel motor, konektor, PCB sensor, dan waktu perakitan. Dari sisi keandalan, sensor atau sambungan solder bisa rusak, sedangkan penginderaan EMF belakang tidak memiliki bagian bergerak atau magnetis tambahan. Namun, IC Hall modern tidak mahal dan sangat kuat bila dipasang dan dilindungi dengan benar. Untuk motor kipas yang bekerja terus menerus selama berbulan-bulan, tingkat kegagalan sensornya rendah; kegagalan yang lebih umum adalah kerusakan mekanis pada kabel atau konektor sensor selama pemasangan.

Pada akhirnya, pilihan ada pada lingkup operasi. Motor yang harus menghasilkan torsi saat berhenti, menahan kipas pada kecepatan rendah, atau mundur secara andal akan mendapat manfaat dari sensor Hall. Kipas berkecepatan tetap yang berputar dari keadaan diam tanpa beban dapat menjadi tanpa sensor dengan rutinitas pengaktifan yang disetel dengan cermat. Sebagian besar motor pendingin udara komersial, motor kipas EC, dan motor kipas BLDC dengan kebisingan rendah tetap menggunakan sensor Hall untuk menjamin pengoperasian yang mulus, senyap, kecepatan lambat, dan pengaktifan yang dapat diprediksi.

Apa yang harus diverifikasi saat memilih motor BLDC bersensor Hall

Jika Anda membeli motor lengkap, biasanya Anda tidak memilih sendiri model sensor Hall; pabrikan motor melakukannya. Namun Anda harus tahu apa yang harus diverifikasi, karena kualitas sensor secara langsung mempengaruhi keandalan start dan masa pakai peralatan Anda.

Pertama, periksa rentang tegangan suplai sensor terhadap pengontrol Anda. Motor dengan sensor Hall yang diberi daya 5V tidak dapat berjalan pada suplai 3.3V kecuali sensor menerima operasi 3.3V dan pull-up dihubungkan ke rel 3.3V. Banyak IC Hall modern mencakup 3,3 hingga 24V. Kedua, konfirmasikan logika keluaran: keluaran saluran terbuka memerlukan resistor pull-up, dan pull-up harus ada di papan pengontrol Anda. Ketiga, verifikasi jumlah pasangan kutub dan jarak sensor; ini tidak dapat dikonfigurasi oleh pengguna. Keempat, pertimbangkan peringkat lingkungan hidup. Jika motor dipasang di aliran udara basah dari pendingin evaporatif atau terkena kondensasi, PCB sensor dan konektor harus dilindungi.

Kelima, periksa perilaku startup dengan beban Anda yang sebenarnya. Impeler kipas terkadang memiliki sedikit bias istirahat; jika papan Hall tidak sejajar, motor kadang-kadang dapat bergerak mundur atau bergetar pada kecepatan rendah. Ujian jujurnya ada pada majelis sesungguhnya. Keenam, tanyakan bagaimana perilaku motor jika sinyal Hall hilang. Firmware pengontrol yang baik mendeteksi tepi Hall yang hilang, berhenti menghasilkan PWM, dan menandai kesalahan daripada melanjutkan dengan pola pergantian yang salah.

Terakhir, jika Anda mengukur motor untuk pendingin yang lebih besar, bandingkan pemasangan mekanis dan konfigurasi poros. Motor rotor eksternal berdaya tinggi untuk pendingin udara besar merupakan paket fisik yang berbeda dari motor kipas EC kompak. Di kelas daya yang lebih tinggi, motor pendingin udara BLDC eksternal DC198-220V-1500W mewakili tingkat 1500W dengan arsitektur sensor yang sama ditingkatkan.

Motor Pendingin Udara BLDC Rotor Eksternal DC198 220V 1500W Diskalakan ke tingkat 1500W, motor rotor eksternal berdaya tinggi ini memiliki arsitektur sensor yang sama, menjadikannya titik perbandingan yang cocok ketika mengukur ukuran pendingin yang lebih besar dengan persyaratan pemasangan mekanis yang lebih berat. Lihat Produk →

Kesalahan sensor Common Hall dan cara mendiagnosisnya

Humb, overcurrent, no start, dan reverse start muncul berulang kali di lapangan. Daftar berikut mencakup mode kesalahan klasik dan tempat mencarinya terlebih dahulu.

1. Motor tidak dapat dihidupkan dan menarik arus yang tinggi: biasanya pengontrol tidak pernah melihat status Hall yang valid, sehingga tidak dapat memulai pergantian. Penyebabnya antara lain sensor terputus, jembatan solder, atau output macet.
2. Motor hidup, berjalan, kemudian mati ketika beban diterapkan: satu keluaran Hall kadang-kadang putus, sehingga pasangan pergantian menjadi salah. Penyebabnya antara lain sambungan yang buruk, sambungan solder yang retak, atau kontak pull-up yang terputus-putus.
3. Motor berjalan secara kasar dalam satu arah dengan getaran yang berlebihan: waktu pergantian lebih awal atau terlambat karena salah satu sensor diimbangi, atau ambang batasnya terlalu tinggi untuk beralih tepat pada sudut yang diinginkan.
4. Motor berputar mundur sesekali: urutan status atau logika pengaktifan dibalik dengan pertukaran kabel dua jalur Hall. Pada beberapa pengontrol, hal ini dapat diperbaiki di firmware; jika tidak, sensor berada dalam urutan fisik yang salah.
5. Motor berjalan pada kecepatan yang lebih rendah dari yang diperintahkan dengan suara detak: satu keluaran Hall tidak ada atau selalu tinggi, sehingga pengontrol hanya memaksakan urutan empat keadaan dan tidak dapat menghasilkan torsi enam langkah penuh. Ini adalah tes yang mudah: baca ketiga keluaran sambil memutar rotor dengan tangan; mereka semua harus beralih tepat satu kali per pasangan kutub.

Prosedur pengujian yang berguna adalah sebagai berikut. Putuskan sambungan motor dari inverter, nyalakan papan Hall dengan suplai bangku pada nilai VCC-nya, sambungkan ketiga output melalui pull-up ke suplai logika, dan putar rotor secara perlahan dengan tangan. Pada osiloskop Anda akan melihat enam kombinasi berbeda di sekitar siklus listrik, dengan tepi yang bersih dan tidak ada transisi ganda. Pada multimeter Anda dapat memastikan bahwa setiap output berganti secara individual, namun osiloskop mengungkapkan hubungan waktu antara tiga saluran, yang merupakan bagian yang paling penting untuk pergantian.

Bandingkan juga jarak sensor yang diukur dalam derajat mekanis dengan nilai yang diharapkan untuk jumlah kutub: untuk desain empat kutub, ketiga sensor berjarak 60 derajat mekanis, dan seterusnya. Jika salah satu sensor melaporkan logika tinggi terus menerus meskipun kutub magnet yang berlawanan berada tepat di depannya, ganti IC sensor tersebut. Jika keluarannya mengikuti medan tetapi ambang magnetnya marginal, magnet dengan fluks remanen yang lebih kuat adalah pilihan yang biasa.

Mengapa sensor Hall penting dalam aplikasi pendingin udara, kipas, dan motor EC

Aplikasi dalam lini produk perusahaan menggambarkan relevansi praktisnya. Pendingin udara evaporatif adalah mesin sederhana, namun mewakili tugas motor yang menuntut: beban impeler dengan kecepatan lambat di malam hari, aliran udara tinggi di sore hari, variasi tegangan listrik, dan aliran udara lembab. Motor BLDC rotor eksternal bersensor memberikan torsi kecepatan rendah dan jaminan arah start yang dibutuhkan aplikasi. Konstruksi rotor eksternal menjaga stator dan papan Hall tetap terlindungi di dalam, sehingga kondensasi dan kontaminasi tidak dapat mencapai perangkat elektronik. Dengan kontrol PWM yang disinkronkan ke status Hall, motor dapat memutar impeler pada kecepatan nominal yang sangat kecil tanpa mengalami panas berlebih, dan dapat berakselerasi dengan cepat hingga aliran udara maksimum saat sinyal kontrol memerlukannya.

Motor kipas EC adalah kelas mesin yang sama; istilah EC mengacu pada pergantian elektronik yang menggantikan penyikatan mekanis, yang persis seperti yang diterapkan oleh penggerak BLDC bersensor Hall. Pada motor kipas EC, sensor Hall menentukan sektor rotor, pengontrol menerapkan PWM, dan unit terintegrasi mengatur kecepatan dan aliran udara terhadap tekanan yang dikehendaki. Keunggulan kipas EC dibandingkan kipas induksi adalah efisiensi pada beban parsial. Dengan menyesuaikan siklus kerja PWM dan mempertahankan pergantian melalui status Hall, motor kipas EC kompak dapat memberikan peningkatan efisiensi pada rentang pengoperasian yang luas. Untuk aplikasi kelas 350W pada suplai 220V, motor kipas ECF35010 EC adalah contoh representatif dari arsitektur ini.

Motor Kipas EC ECF-350-10 220V 350W Motor kipas EC 350W ini merupakan contoh pergantian BLDC sensor Hall yang ringkas, memberikan peningkatan efisiensi beban parsial dan pengoperasian senyap untuk sistem ventilasi di lingkungan yang sensitif terhadap kebisingan. Lihat Produk →

Pengoperasian yang senyap pada kecepatan rendah adalah alasan lain mengapa desain sensor lebih disukai pada peralatan ventilasi. Penggerak BLDC tanpa sensor sering kali harus memberi energi pada pasangan fase untuk waktu yang lebih lama dalam fase pengaktifan satu langkah sebelum EMF belakang dapat dibaca, dan ini menghasilkan potongan yang keras dan bunyi klik. Motor bersensor melakukan pergantian pada sudut torsi yang benar sejak transisi pertama, sehingga gaya stator konstan dan senyap. Inilah sebabnya mengapa desain motor BLDC dengan kebisingan rendah untuk rumah kaca, kandang unggas, dan pendingin perumahan mengandalkan sensor Hall daripada penduga EMF belakang murni.

Dari sudut pandang pembuat peralatan, hal ini praktis: motor BLDC bersensor Hall menyederhanakan pengembangan pengontrol, meningkatkan keandalan pengaktifan, dan menjaga torsi tetap stabil pada kecepatan rendah, dengan biaya beberapa kabel tambahan. Untuk industri pendingin udara dan kipas angin, hal ini hampir selalu merupakan perdagangan yang dapat diterima.

Kesimpulan

Sensor efek Hall bukanlah aksesori misterius; ini adalah sakelar magnet pengunci kecil yang memberi tahu pengontrol sektor mana dari siklus kelistrikan motor BLDC yang aktif. Tiga sensor pada jarak 120 derajat listrik menghasilkan enam kode biner; pengontrol memetakan setiap kode ke salah satu dari enam langkah konduksi; dan motor melaju dari satu sektor ke sektor lain dengan torsi yang tepat. Efek fisiknya sederhana, dan rekayasa praktisnya ada pada penyelarasan, pengkabelan, ambang batas, dan pemfilteran.

Saat Anda memilih motor untuk kipas angin, pendingin evaporatif, atau kipas EC, jangan perlakukan sensor Hall sebagai detail yang tidak jelas. Kualitas dan pengaturannya menentukan apakah motor dapat dihidupkan setiap saat, apakah motor berjalan dengan tenang pada kecepatan rendah, dan seberapa andal pengontrol dapat beralih. Konfirmasikan voltase, kelas daya, antarmuka sensor, dan perlindungan lingkungan, dan uji pengaktifan di bawah beban impeler Anda yang sebenarnya sebelum melakukan desain.