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芯课堂 | 电机与霍尔匹配小技巧

时间:2024-04-01 11:00:02浏览次数:27  
标签:关系 反电动势 电机 30 霍尔 课堂 HA Hall

1.对Hall的原理简述

有感电机跟无感电机的区别在于是否有霍尔传感器,霍尔传感器主要用来检测电机的位置和转速,转向等重要参数,从而对电机实现控制。常见的Hall类型有两种,开关Hall和线性Hall。可通过霍尔器件反馈的信号来区分,输出为高低电平的为开关霍尔,为正弦信号的为线性霍尔。

有感电机需要安装Hall来判断电机的位置,故Hall安装位置以及顺序是否准确,决定了对电机位置判断的准确性。所以在调试三相有感电机时,如果电机不是出厂就匹配好霍尔,我们是需要重新匹配霍尔线跟电机线的关系,便于控制电机驱动。在调试三相有感电机时,需要先测量Hall信号和电机反电动势的关系,从而判断Hall的安装情况,这个过程就叫做“对Hall”。

以三相开关霍尔为例:对Hall是为了电机相线与Hall元件相互匹配,即U相和HA匹配、V相和HB匹配、W相和HC匹配。当U相和HA、V相和HB、W相和HC这三组的对Hall关系完全相同,说明Hall安装没有问题,Hall和三相的关系匹配正确,只有正确的Hall关系才可以正常有效的驱动电机。

2.电机反电动势的测量方式

 2.1 电机的U、V、W三相分别接10K电阻,三个电阻另一端接一起,构建一个虚拟中性点。

2.2 示波器探头分别接U、V、W三相,示波器的GND共接虚拟中性点,如下图:

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2.3  把示波器3个探头对应的通道CH1-3,通道的电压幅值调为一致,并移动到同一水平线。按某个方向转动电机,此时会得到U、V、W相的反电动势波形。

I 对称的反电动势

U、V、W相的反电动势的峰值相同,相位差120°,波形顺序依次为U->V->W,证明电机绕线是正确的。如下图:

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II 不对称的反电动势

U、V、W相的反电动势的峰值相差较大,说明电机绕线不正确。如下图2-4,V相反电动势的峰值比另外两相的低很多,说明反电动势不对称,电机绕线有问题。

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3.开关霍尔设计电路

下图为Hall-IC的参考电路,多个Hall器件一般采用并联供电的方式,Hall-IC输出信号一般为开漏(或者开集)输出。由于大部分芯片的管脚电压不能超过5V,所以Hall-IC输出信号上拉至5V(VDD5),然后输入芯片检测即可。

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3.1 Hall-IC与反电动势关系

Hall-IC也称为数字Hall,存在三种Hall关系:Hall超前反电动势30°、Hall与反电动势重合、Hall滞后反电动势30°。角度可以实际测出来,角度范围在25°~ 35°之间,标准角度为30°。

3.1.1 Hall超前反电动势30°

1. U、V、W相的反电动势波形如下,Hall波形测量的是HA输出信号,下面以U相和HA作为分析对象,判断它们的Hall关系。

2. HA和U相的上升沿零点作比较:HA超前于U相。

3.计算两者相差角度:θ=|t2 – t1|/ T*360°,下图计算结果θ=30°。

4.HA与U相的关系:Hall超前反电动势30°。

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3.1.2  Hall与反电动势重合

1. HA的零点跟U相反电动势的零点重合。

2. HA与U相的关系:Hall与反电动势重合。

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图3-3 Hall-IC与反电动势重合

3.1.3 Hall滞后反电动势30°

1.HA和U相的上升沿零点作比较:HA滞后于U相。

2.计算两者相差角度:θ=|t2 – t1|/ T*360°,下图计算结果θ=30°。

3.HA与U相的关系:Hall滞后反电动势30°。

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4.开关霍尔信号测量步骤

步骤一:产品板接线。将电机U、V、W线头接出来,并将Hall电源线和信号线(HA、HB、HC)接出来。

步骤二:Hall供电。产品板装入电机后,给Hall的电源输入端VCC供电,并将Hall信号HA、HB、HC分别加5V上拉输出。

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步骤三:构建电机的中性点。在U/V/W相各串一个电阻,电阻另一端连接一起形成中性点。

步骤四:产生Hall信号和反电动势波形。借助外力(例如电动工具),按顺时针方向匀速转动电机,即可产生Hall信号和反电动势。如果没有工具,手动按顺时针方向转动电机,亦可产生Hall信号和反电动势进行测量。

步骤五:测量HA与U相反电动势的关系,最好也记录HA与另外两相的关系。下图标号1、2、3分别代表U、V、W ,下图HA与U相匹配,其关系为HA滞后U相。

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步骤六:测量HB与V相反电动势的关系,最好也记录HB与另外两相的关系。下图HB与V相匹配,其关系为HB滞后V相。

步骤七:测量HC与W相反电动势的关系,最好也记录HC与另外两相的关系。下图标号1、2、3分别代表U、V、W ,下图HC与W相匹配,其关系为HC滞后U相。

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步骤八:分析结果。当HA与U相、HB与V相、HC与W相这三组的关系相同,说明HA、HB、HC分别与U、V、W相是匹配的,电机与Hall关系成立。例如,测试到这三组关系均为Hall滞后30°,则在程序选择“Hall滞后30°”进行调试。反之,如果这三组关系不同,则电机与Hall关系不成立,需要调换相线或者调换Hall进行关系匹配。

标签:关系,反电动势,电机,30,霍尔,课堂,HA,Hall
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