在電動(dòng)汽車、家用電器、印刷機(jī)械等很多行業(yè)都可以看到直流無刷電機(jī)的應(yīng)用。 直流無刷電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，決定霍爾記錄轉(zhuǎn)子的位置，通過向控制芯片發(fā)送信號(hào)來控制直流無刷電機(jī)的動(dòng)作狀態(tài)。
霍爾在這里的作用是記錄直流無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，從而控制換相功率。 在三相直流無刷電機(jī)中，3個(gè)霍爾傳感器可以記錄6個(gè)相位的位置。
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，無刷直流電機(jī)得到了越來越廣泛的應(yīng)用，在電動(dòng)車輛、家用電器、紡織機(jī)械等領(lǐng)域都可以看到無刷直流電機(jī)的身影。 使無刷直流電機(jī)動(dòng)作時(shí)，需要根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置切換動(dòng)作狀態(tài)。 霍爾傳感器常用于檢測(cè)無刷直流電動(dòng)機(jī)的換相位置，而對(duì)于三相無刷直流電動(dòng)機(jī)，三個(gè)霍爾傳感器可以檢測(cè)到六個(gè)換相位置。 常見的霍爾傳感器安裝方法有120 安裝和60安裝兩種，兩種方法均可輸出6個(gè)不同的霍爾信號(hào)，分別對(duì)應(yīng)6個(gè)不同的區(qū)域。 無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到某一區(qū)域時(shí)，對(duì)應(yīng)的繞組通電，電機(jī)正常工作，如果霍爾信號(hào)與繞組的關(guān)系有誤，則無法正常工作，有時(shí)會(huì)對(duì)電機(jī)和功率器件造成損傷。 因此，確定霍爾信號(hào)與定子繞組的關(guān)系對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)非常重要。
一些文獻(xiàn)對(duì)如何確定霍爾信號(hào)與定子繞組的關(guān)系進(jìn)行了研究，提出了幾種檢測(cè)方法。 提出了一種區(qū)分無刷直流電機(jī)定子繞組、霍爾傳感器端子的方法，該方法適用于霍爾傳感器輸出為模擬量的情況，無刷直流電機(jī)霍爾傳感器多輸出數(shù)字量。 根據(jù)線反電位與反相信號(hào)的關(guān)系判斷反相信號(hào)與繞組的關(guān)系，利用DSP捕捉線反電位過零點(diǎn)，利用示波器采集線反電位波形。 要獲得線反向電位，這兩種方法都需要利用外力使電機(jī)旋轉(zhuǎn)。 需要將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)至特定位置，根據(jù)繞組的通電情況來判斷，不方便實(shí)現(xiàn)。 提出了一種無刷直流電機(jī)相序故障自恢復(fù)方法，該方法需要提前知道霍爾信號(hào)的安裝方式，即120安裝還是60安裝。
采用三開方式將電機(jī)轉(zhuǎn)子依次轉(zhuǎn)至6個(gè)位置，并記錄相應(yīng)的霍爾信號(hào)，判斷繞組與霍爾信號(hào)的關(guān)系。 該方法無需提前知道霍爾傳感器是安裝120還是安裝60，無需外力帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，安全可靠、簡(jiǎn)單，廣泛應(yīng)用于帶霍爾傳感器的無刷直流電機(jī)應(yīng)用場(chǎng)合，如電動(dòng)自行車、紡織機(jī)械等
1、直流無刷電機(jī)原理
三相無刷直流電機(jī)始終以2、2導(dǎo)通方式操作，2、2導(dǎo)通是指在任意時(shí)刻逆變器只有兩根開關(guān)管開通。 無刷直流電機(jī)需要根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置切換動(dòng)作狀態(tài)。 也就是說，換相點(diǎn)是無刷直流電機(jī)正常動(dòng)作所必不可少的信息。 圖1是三相無刷直流電動(dòng)機(jī)換相點(diǎn)的示意圖。 為了便于理解，特別顯示了相反電位及相電流波形。 圖中的ea、eb、ec表示三相逆電位，從圖中可以看出，在三相無刷直流電機(jī)中，每個(gè)循環(huán)有6個(gè)不同的換相點(diǎn)，也就是說，每個(gè)循環(huán)電機(jī)旋轉(zhuǎn)6周。
霍爾傳感器常用于檢測(cè)無刷直流電機(jī)的換相點(diǎn)。 三相無刷直流電動(dòng)機(jī)需要三個(gè)霍爾傳感器
測(cè)量6個(gè)不同的位置，霍爾傳感器的安裝有120安裝和60安裝兩種方式，120安裝指的是3個(gè)霍爾傳感器
設(shè)備互差120，60安裝指3個(gè)霍爾傳感器互差60，2種安裝方法支持霍爾傳感器
的輸出信號(hào)如圖2所示。 圖2中霍爾信號(hào)跳躍的位置是換相點(diǎn)。 兩種安裝方式的最大差異在于，60 安裝時(shí)輸出“000”和“111”的信號(hào)，而120安裝時(shí)不輸出這兩種信號(hào)。 由此可以判斷霍爾傳感器的安裝方式。
無論如何，輸出的霍爾信號(hào)在每個(gè)電循環(huán)中分為6個(gè)區(qū)域，當(dāng)轉(zhuǎn)子移動(dòng)到某個(gè)區(qū)域時(shí)，特定的繞組通電，無刷直流電機(jī)正常工作。 如果霍爾信號(hào)和繞組的關(guān)系不正確，電機(jī)可能無法動(dòng)作，電機(jī)和變頻器可能會(huì)損壞。 介紹一種無刷直流電機(jī)霍爾信號(hào)與繞組關(guān)系的自學(xué)習(xí)方法。
三相直流無刷電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩可以通過以下公式計(jì)算；
T=eaia ebib ecic式中，ea、eb、ec為三相相反電位； ia、ib、ic是三相相電流； 為電機(jī)角速度。 空載時(shí)，如果在電機(jī)繞組中通入一定的電流，電機(jī)轉(zhuǎn)子會(huì)旋轉(zhuǎn)到某個(gè)位置并停止。 此時(shí)，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為零。 圖3中，I~VI表示霍爾傳感器將電氣周期分為6個(gè)區(qū)域。 兩導(dǎo)通時(shí)，通電的兩相繞組的電流大小相等，相反，電機(jī)轉(zhuǎn)矩為零的點(diǎn)分布在各區(qū)域的邊界上。 三三三接通時(shí)，三相繞組全部通電，設(shè)電流最大相電流為I，則其他兩相的電流為-I/2，此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)矩為零的點(diǎn)如圖3所示分布在各區(qū)域的中間位置。 通過以上分析可知，采用3，3導(dǎo)通的方法比采用2，2，3導(dǎo)通的方法更為合理。
在某個(gè)特定區(qū)域，正常動(dòng)作時(shí)需要通電的直流無刷電動(dòng)機(jī)的繞組是恒定的。 如圖3的區(qū)域所示，兩導(dǎo)通時(shí)需要對(duì)a相和b相的繞組通電。 為了產(chǎn)生正轉(zhuǎn)矩，需要在a相繞組中流過正電流，在b相繞組中流過負(fù)電流。 標(biāo)記為“A B-”，為了產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩，表示為“B A-”，對(duì)除此以外的區(qū)域的直流無刷電機(jī)的繞組通電的情況如表1所示。 如果電機(jī)采用三三導(dǎo)通方式工作，可以很容易地從相反電位導(dǎo)出繞組的通電情況，在此不再贅述。