bagaimana cara kerja sensor efek hall pada motor bldc: Aplikasi Praktis, Seleksi

Jika Anda pernah membuka motor DC tanpa sikat (BLDC) atau mempelajari elektronik penggeraknya, Anda mungkin memperhatikan tiga sensor efek Hall kecil yang berada di dekat rotor. Mereka mudah untuk diabaikan, namun mereka adalah salah satu komponen terpenting dalam pengendalian motor. Dalam panduan ini, kami menjelaskan cara kerja sensor efek Hall di motor BLDC, mengapa motor membutuhkannya, dan apa yang terjadi ketika sinyal sensor mencapai pengontrol.

Di Hongyang Motor, kami telah menghabiskan lebih dari tiga dekade memproduksi motor DC tanpa sikat dan solusi motor mikro lainnya. Sensor Hall mungkin hanya bagian kecil, namun pengaruhnya terhadap efisiensi dan kelancaran pengoperasian sangatlah signifikan.

Apa itu Sensor Efek Hall?

Efek Hall adalah fenomena fisik yang ditemukan pada tahun 1879. Ketika arus mengalir melalui konduktor tipis atau semikonduktor dan medan magnet diterapkan pada sudut kanan terhadap arus, muatan yang bergerak akan dibelokkan. Hal ini menciptakan tegangan kecil pada material, tegak lurus terhadap arus dan medan magnet. Sensor efek Hall hanyalah sebuah perangkat yang mengukur tegangan ini dan mengubahnya menjadi sinyal logika.

Pada motor BLDC, sensor ditempatkan di dekat rotor. Saat magnet permanen pada rotor melewati sensor, perubahan medan magnet mengubah keluaran sensor. Pengontrol kemudian dapat mengetahui apakah ada kutub utara atau kutub selatan di dekatnya.

Mengapa Motor BLDC Membutuhkan Penginderaan Posisi Rotor

Berbeda dengan motor sikat dengan komutator mekanis, motor BLDC mengandalkan pergantian elektronik. Gulungan stator harus diberi energi dalam urutan yang tepat, dan waktu urutan tersebut bergantung pada posisi rotor. Jika pengontrol memberi energi pada belitan yang salah, motor tidak akan menghasilkan torsi yang berguna. Sebaliknya, perangkat mungkin terhenti, bergetar, atau terlalu panas.

Sensor hall mengatasi masalah ini dengan memberikan umpan balik real-time kepada pengontrol tentang lokasi rotor. Tiga sensor cukup untuk menentukan enam status pergantian, yang sesuai dengan pola pergantian enam langkah standar yang digunakan di sebagian besar motor BLDC tiga fase.

Bagaimana Sensor Hall Diatur dan Bagaimana Mereka Bekerja Sama

Pada motor BLDC tiga fasa, tiga sensor Hall ditempatkan pada jarak 60 derajat listrik. Beberapa desain menggunakan jarak 120 derajat, namun konsepnya tetap sama. Sensor biasanya dipasang pada papan sensor kecil di ujung motor, di belakang cincin magnet rotor. Setiap sensor membaca medan magnet tinggi atau rendah, tergantung kutub yang menghadapnya utara atau selatan.

Ketiga sinyal tersebut bersama-sama membentuk kode 3-bit. Karena setiap siklus listrik mempunyai enam segmen 60 derajat, hanya enam dari delapan kemungkinan keadaan yang digunakan. Tabel di bawah menunjukkan satu pemetaan umum; pola pastinya dapat berubah seiring penempatan sensor dan konfigurasi belitan motor.

Setelah pengontrol melihat perubahan keadaan, ia mengetahui bahwa rotor telah bergerak sebesar 60 derajat listrik. Ini kemudian mengalihkan transistor inverter ke langkah berikutnya, menjaga medan stator di depan rotor. Inilah sebabnya mengapa susunan ini kadang-kadang disebut pergantian enam langkah atau trapesium.

Langkah-demi-Langkah: Bagaimana Sensor Hall Mengontrol Motor

1. Kutub magnet rotor lewat di depan tiga sensor Hall.
2. Setiap sensor mengeluarkan sinyal tinggi atau rendah tergantung pada polaritas di bawahnya.
3. Ketiga keluaran digabungkan menjadi keadaan 3-bit.
4. Pengontrol mencari status ini dalam tabel pergantiannya.
5. Ini mengalihkan inverter tiga fase untuk memberi energi pada pasangan belitan stator yang benar.
6. Medan stator maju, menarik rotor ke posisi berikutnya.
7. Proses ini berulang, menciptakan rotasi terus menerus.

Sinyal Hall harus bersih dan waktunya tepat. Bahkan sedikit offset pada posisi sensor dapat menyebabkan pengontrol beralih cepat atau lambat, sehingga menurunkan efisiensi dan meningkatkan kebisingan.

Sensor Hall vs. Kontrol Tanpa Sensor: Apa yang Harus Dipilih

Kontrol BLDC tanpa sensor memperkirakan posisi rotor dari gaya gerak listrik belakang yang dihasilkan pada belitan tanpa daya. Ini menghilangkan sensor Hall, sehingga mengurangi biaya dan menyederhanakan perakitan. Namun, back-EMF tidak tersedia saat motor berhenti, sehingga penyalaan tanpa sensor biasanya lebih rumit dan kurang kuat pada beban berat.

• Sensor hall: posisi presisi pada kecepatan nol, pengaktifan lebih mulus, penyetelan lebih sederhana.
• Tanpa sensor: komponen lebih sedikit, biaya lebih rendah, cocok untuk lingkungan berkecepatan tinggi dan bersih.

Aplikasi seperti robot industri , peralatan medis, dan drone sering kali menyukai desain sensor Hall karena memerlukan torsi yang dapat diprediksi dari posisi diam. Sebaliknya, kipas dan pompa dapat bekerja tanpa sensor untuk mengurangi biaya sistem.

Apa yang Telah Kami Pelajari dalam Pembuatan Motor BLDC Sensor Hall

Selama lebih dari 30 tahun pembuatan motor mikro, kami menemukan bahwa penempatan sensor Hall adalah salah satu langkah produksi yang paling sensitif terhadap detail. Sensor harus disejajarkan secara konsisten dengan slot stator dan magnet rotor. Penyimpangan sensor, kualitas solder, dan bahkan ketebalan perekat dapat memengaruhi waktu. Desain dan kontrol proses yang baik membuat perbedaan antara motor yang senyap dan efisien dengan motor yang berdengung atau kehilangan torsi.

Penggerak drone adalah contoh yang bagus. Motor drone memerlukan respons instan saat pilot mengganti throttle, dan harus menyala tanpa ragu-ragu. Itulah sebabnya kami merancang motor DC tanpa sikat untuk drone dengan sensor Hall yang ditempatkan dengan baik dan papan driver yang cocok. Jika Anda memilih motor BLDC untuk produk kompak dan berperforma tinggi, skema sensor Hall harus menjadi bagian dari evaluasi Anda, bukan hanya sekedar renungan.

Menutup Pikiran

Sensor efek hall adalah jembatan praktis antara posisi fisik rotor dan pengontrol elektronik di motor BLDC. Mereka membuat pergantian enam langkah dapat diandalkan, terutama pada kecepatan rendah dan di bawah beban. Baik Anda merancang motor untuk drone, robot, atau peralatan pintar, memahami cara kerja sensor ini membantu Anda mengevaluasi desain motor dengan lebih cermat dan mengajukan pertanyaan yang tepat sebelum memilih pemasok.