مستشعر قاعة BLDC: كيف يعمل وأنواعه ودليل استكشاف الأخطاء وإصلاحها

ما هو مستشعر القاعة في محرك BLDC؟

اسحب الغطاء النهائي لمعظم محركات التيار المستمر بدون فرش وستجد ثلاثة مكونات صغيرة متجمعة بالقرب من اللفات، كل منها بالكاد أكبر من حبة الأرز. هذه هي مستشعرات Hall، وبدونها - أو بديل مثل مستشعر EMF الخلفي - ليس لدى المحرك طريقة لمعرفة الطريقة التي يجب الدفع بها.

يكتشف مستشعر هول المجالات المغناطيسية باستخدام تأثير هول: عندما يمر المجال المغناطيسي بشكل عمودي على عنصر يحمل تيارًا، فإنه يدفع حاملات الشحنة إلى جانب واحد، مما ينتج جهدًا قابلاً للقياس. في محرك BLDC، توجد ثلاثة من هذه المستشعرات على الجزء الثابت بالقرب من الطرف غير المتحرك، ويتم وضعها بحيث تجتازها المغناطيسات الدائمة للدوار أثناء دوران العمود. يقوم كل مستشعر بالتبديل بين الارتفاع أو الانخفاض اعتمادًا على ما إذا كان القطب الشمالي أو الجنوبي قريبًا، وتخبر مجموعة الإشارات الثلاث وحدة التحكم بالمكان الذي يجلس فيه الدوار بالضبط في أي لحظة - حتى عندما لا يتحرك المحرك.

كيف تقوم مستشعرات القاعة بقيادة عملية التبديل

يحتاج محرك BLDC ثلاثي الطور إلى تبديل تيار الملف بالتسلسل الصحيح للحفاظ على دوران الجزء المتحرك - وهي عملية تسمى التخفيف. تجعل مستشعرات Hall هذا ممكنًا من خلال إعطاء وحدة التحكم قراءة مباشرة لموضع الدوار، بدلاً من إجبارها على استنتاج الموضع بشكل غير مباشر.

مع وجود ثلاثة أجهزة استشعار متباعدة حول الجزء الثابت، تنتج مغناطيسات العضو الدوار واحدة من ست مجموعات ممكنة من الارتفاع/الانخفاض أثناء مروره خلال ثورة كهربائية كاملة. تتوافق كل مجموعة مع قطاع محدد بزاوية 60 درجة، وتستخدم وحدة التحكم جدول بحث لتحديد أي مرحلتين من المراحل الثلاث يجب تنشيطها لهذا القطاع. ومع تقدم الدوار إلى القطاع التالي، يتغير نمط هول، وتتحول وحدة التحكم إلى زوج الملفات التالي، ويستمر المجال المغناطيسي الدوار في سحب الدوار للأمام - ست خطوات منفصلة لكل دورة كهربائية، تُعرف باسم التخفيف شبه المنحرف أو ست خطوات.

وهذا أيضًا هو سبب أهمية مستشعرات Hall في حالة التوقف التام والسرعة المنخفضة. وحدة التحكم التي تعتمد على EMF الخلفي ليس لديها ما يمكن قراءته حتى يدور المحرك بالفعل بسرعة كافية لتوليد إشارة قابلة للاستخدام؛ يقوم المحرك المجهز بـ Hall بالإبلاغ عن موقعه منذ لحظة استخدام الطاقة، وهذا هو السبب في أن التصميمات المستشعرة تبدأ بشكل نظيف تحت الحمل دون تخمين الحلقة المفتوحة.

أنواع أجهزة استشعار تأثير هول

لا تتصرف جميع مستشعرات Hall بنفس الطريقة، ويكون التمييز مهمًا عند تحديد المحرك أو استكشاف الأخطاء فيه وإصلاحها.

• أجهزة الاستشعار الرقمية أحادية القطب قم بتشغيله عندما يمر أي من القطبين المغناطيسيين في مكان قريب، ثم قم بإيقاف تشغيله بمجرد سقوط المجال بعيدًا. إنها بسيطة وغير مكلفة ولكنها أقل شيوعًا في تخفيف BLDC لأنها لا تميز قطبية القطب بشكل واضح.
• أجهزة الاستشعار الرقمية ثنائية القطب (الإغلاق). يتم تشغيلها في وجود قطب واحد ولا يتم إيقاف تشغيلها إلا عند وصول القطب المقابل - مع الحفاظ على حالتها بينهما. يوفر سلوك الإغلاق هذا انتقالات نظيفة وقابلة للتكرار وهو الخيار القياسي لتخفيف BLDC.
• أجهزة الاستشعار التناظرية (الخطية). قم بإخراج جهد يتناسب مع شدة المجال بدلاً من إشارة تشغيل/إيقاف بسيطة. يتم استخدامها بشكل أقل في عمليات التبديل الأساسية ولكنها تظهر في التطبيقات التي تحتاج إلى دقة أفضل للموضع من خلال الاستيفاء.

معايير الاختيار الرئيسية

إن اختيار مستشعر Hall - أو تقييم مستشعر مدمج بالفعل في المحرك - يعود إلى عدد قليل من المعلمات التي تؤثر بشكل مباشر على دقة التبديل وكفاءة المحرك.

ويتوفر في هذا تفصيل فني أعمق لهذه المعلمات، بما في ذلك كيفية قراءة قيم BOP وBRP من ورقة البيانات دليل اختيار مستشعر تأثير القاعة من Portescap .

المستشعر مقابل التحكم في BLDC بدون مستشعر

لا تعد مستشعرات Hall هي الطريقة الوحيدة لتبديل محرك BLDC، والبديل - وهو التحكم المعتمد على EMF الخلفي بدون مستشعر - يستبدل مجموعة من نقاط القوة بأخرى.

توفر المحركات المستشعرة عزم دوران موثوقًا لبدء التشغيل تحت الحمل، نظرًا لأن الموضع معروف حتى عند صفر دورة في الدقيقة، كما أنها تصمد بشكل جيد في التطبيقات التي تحتوي على عمليات تشغيل أو توقف أو تغيرات متكررة في الاتجاه. التكلفة عبارة عن أسلاك إضافية - عادة ما تكون عبارة عن مجموعة من خمسة أسلاك - ومكون آخر يمكن أن يتعطل بسبب الحرارة أو الاهتزاز أو الموصل السيئ. يعمل التحكم بدون مستشعر على التخلص من تلك الأسلاك ونقطة الفشل المرتبطة بها تمامًا، لكنه لا يمكنه تحديد موضع الدوار حتى يدور المحرك بسرعة كافية بالفعل لتوليد EMF خلفي يمكن اكتشافه، مما يعني منحدر بدء التشغيل ذو الحلقة المفتوحة قبل أن يتولى التحكم في الحلقة المغلقة.

بالنسبة للمحركات التي تعمل بشكل مستمر بسرعة متوسطة إلى عالية - المراوح، والمضخات، ودفع الطائرات بدون طيار - غالبًا ما تكون التصميمات التي لا تحتوي على مستشعرات هي الخيار الأكثر عملية. بالنسبة لأي شيء يحتاج إلى عزم دوران يمكن الاعتماد عليه من بداية الوقوف - مصاعد الدفع المباشر، وتحديد المواقع على النمط المؤازر، ومحركات محور الدراجة الإلكترونية التي تبتعد عن التوقف على التل - تظل مستشعرات القاعة هي الرهان الأكثر أمانًا. يتم استكشاف هذه المقايضة بمزيد من التعمق في هذه المقارنة التحكم في المحرك بدون مستشعر مقابل تأثير هول ، وهذه النظرة العامة على كيف تتعامل وحدات التحكم في المحركات BLDC مع عملية التبديل على نطاق أوسع .

تشخيص أخطاء مستشعر القاعة الشائعة

إن المحرك الذي يهتز أو يتوقف عند بدء التشغيل أو يعمل في اتجاه واحد فقط قبل القطع يظهر أعراضًا كلاسيكية لمشكلة مستشعر Hall بدلاً من خطأ متعرج.

• إشارة مفقودة على قناة واحدة: ينتج عن جهاز استشعار واحد فاشل مجموعة حالة غير صالحة، والتي ستشير إليها معظم وحدات التحكم على أنها خطأ بدلاً من محاولة التبديل بشكل غير صحيح.
• الدوران الخشن أو المتشنج بسرعة منخفضة: يشير غالبًا إلى مستشعر غير محاذٍ أو مستشعر انحرف عن موضعه الزاوي الصحيح بالنسبة لمغناطيس الدوار.
• يدور المحرك في الاتجاه الخاطئ أو يتوقف على الفور: يمكن أن يشير إلى تبديل سلكين Hall أثناء عملية الإصلاح، أو مستشعر متصل بمرجع الطور الخاطئ.
• انقطاع متقطع تحت الاهتزاز: علامة قوية على وجود وصلة لحام متشققة أو موصل يعمل بشكل فضفاض بدلاً من وجود جهاز استشعار فاشل نفسه.

يؤكد المقياس المتعدد الموجود على مصدر إمداد المستشعر بجهد 5 فولت والمسامير الأرضية أن الطاقة تصل إلى لوحة المستشعر؛ فحص كل سلك إشارة على الأرض أثناء تدوير العمود ببطء باليد يجب أن يُظهر انتقالات نظيفة بين الأعلى والمنخفض مع مرور كل قطب مغناطيسي. وتشير الإشارة التي لا تتغير أبدًا، أو التي تومض بشكل متقطع، إلى ذلك المستشعر المحدد أو توصيلاته بدلاً من وحدة التحكم.

مطابقة مخرجات مستشعر القاعة مع وحدة التحكم في المحرك

المحرك المجهز بقاعة هو نصف المعادلة فقط - يجب على وحدة التحكم الموجودة على الطرف الآخر من هذا الحزام المكون من خمسة أسلاك أن تقرأ نفس المستويات المنطقية وتتوقع نفس ترتيب المستشعر.

قبل إقران المحرك ووحدة التحكم، تأكد من أن جهد إمداد Hall يطابق ما تخرجه وحدة التحكم - منطق 5 فولت و3.3 فولت غير قابلين للتبديل بدون ناقل المستوى - وأن واجهة مستشعر موضع وحدة التحكم تم تكوينها لإدخال Hall بدلاً من إشارات التشفير أو المحلل. توفر وحدات التحكم التي تدعم طرق الاستشعار المتعددة المرونة هنا؛ ال وحدة تحكم المحرك BLDC عالية التوافق من سلسلة R2 ، على سبيل المثال، يعمل مع كل من المحركات المستشعرة بتأثير Hall والمحركات غير المستشعرة، مما يبسط التبديل بين أنواع المحركات دون تغيير الأجهزة. للحصول على إرشادات حول مطابقة نماذج وحدات التحكم المحددة مع مواصفات المحرك المجهز بـ Hall، هذا مرجع إقران وحدة التحكم والمحرك يمشي من خلال المعلمات التي تحتاج إلى محاذاة. الكامل تشكيلة وحدة تحكم المحرك BLDC يغطي مجموعة من فئات الجهد والتيار للمحركات ذات الأحجام المختلفة.