純電動汽車電機霍爾傳感器檢測

一、新能源電機性能實驗臺-實驗?zāi)康?/strong>
1. 正確認(rèn)識純電動汽車電機霍爾傳感器的作用
2. 了解純電動汽車電機霍爾傳感器的結(jié)構(gòu)
3. 對電機霍爾傳感器檢測，觀察其結(jié)構(gòu)，分析其工作原理，熟悉其部件。
4. 對純電動汽車電機霍爾傳感器有一個初步的認(rèn)識及掌握其檢測方法。

二、實驗原理及說明
1.萬用表功能使用介紹。
2.汽車示波器使用介紹。
3.電機霍爾傳感器外觀圖，如圖1所示。

圖1 電機霍爾傳感器
驅(qū)動電機端線束端子含義：
    電機u、v、w輸入接線(粗黃色線為U /粗綠色線為V / 粗藍(lán)色線為W)
    5線插-霍爾傳感器
細(xì)紅色線為+5V電源
細(xì)黑色線為接地線
    細(xì)黃色線為 A
細(xì)綠色線為 B
細(xì)藍(lán)色線為 C
霍爾傳感器內(nèi)部接線電路如圖2所示。
霍爾排列順序為正、正、正為60度電機，如是正、反、正為120度電機。

（a)60度角電機接線

（b)120度角電機接線
圖2 霍爾傳感器內(nèi)部接線
6.電機霍爾傳感器模擬檢測
6.1電機霍爾傳感器電壓檢測（電路圖如圖3所示，不加速工況），測量電壓值；

圖3 電路圖
6.1電機霍爾傳感器電壓檢測（電路圖如圖3所示，加速工況），測量電壓值；
6.2電機霍爾傳感器地線與電源測試，電源電壓5V，電路圖如圖3所示；
6.5電機霍爾傳感器波形測試，波形如圖4所示；

圖4 電機霍爾傳感器波形
7.電機霍爾傳感器故障模擬
7.1“電機霍爾傳感器”故障開關(guān)向“0”方向按下時，設(shè)置故障。
7.2踏下電子油門，檢查故障現(xiàn)象。
7.3萬用表檢測面板端子，檢測線路與信號，如圖5所示。

圖5 萬用檢測面板對應(yīng)的端子的通斷
7.4“電機霍爾傳感器”故障開關(guān)向“1”方向按下時，設(shè)置排除。
8. 純電動汽車電機霍爾傳感器原理
8.1線性霍爾傳感器的內(nèi)部電路如圖6所示。

圖6 線性霍爾傳感器的內(nèi)部電路
線性霍爾電路由電壓調(diào)整器，霍爾電壓發(fā)生器，線性放大器和射極跟隨器組成，其輸入是磁感應(yīng)強度，輸出是和輸入量成正比的電壓。靜態(tài)輸出電壓（B=0GS）是電源電壓的一半左右。S磁極出現(xiàn)在霍爾傳感器標(biāo)記面時，將驅(qū)動輸出高于零電平；N磁極將驅(qū)動輸出低于零電平；瞬時和比例輸出電壓電平?jīng)Q定與器件最敏感面的磁通密度。霍耳轉(zhuǎn)把輸出電壓的大小，取決于霍耳元件周圍的磁場強度。轉(zhuǎn)動時，改變了霍耳元件周圍的磁場強度，也就改變了霍爾傳感器的輸出電壓。
8.2電機霍爾傳感器
霍爾的信號線傳遞電機里面磁鋼相對于線圈的位置，根據(jù)三個霍爾的信號控制器能知道此時應(yīng)該如何給電機的線圈供電（不同的霍爾信號，給電機線圈供相對應(yīng)方向的電流），就是說霍爾狀態(tài)不一樣，線圈的電流方向不一樣�；魻栃盘杺鬟f給控制器，控制器通過粗的導(dǎo)線給電機線圈供電，電機旋轉(zhuǎn)，磁鋼與線圈（纏在定子上的線圈，其實霍爾一般安裝在定子上）發(fā)生轉(zhuǎn)動，霍爾感應(yīng)出新的位置信號，控制器粗的導(dǎo)線又給電機線圈重新改變電流方向供電，電機繼續(xù)旋轉(zhuǎn)（線圈和磁鋼的位置發(fā)生變化時，線圈必須對應(yīng)的改變電流方向，這樣電機才能繼續(xù)向一個方向運動，不然電機就會在某一個位置左右擺動，而不是連續(xù)旋轉(zhuǎn)），這就是電機換相。以霍爾傳感器取代碳刷換向器，實現(xiàn)電機的運轉(zhuǎn)，如圖7所示。

圖7 電機霍爾傳感器ABC

霍爾在實際電路中的位置，如圖8所示。

圖8 霍爾在實際電路中的位置
上圖在這三個霍爾元件位置放置60度4極轉(zhuǎn)子，極轉(zhuǎn)子和三個霍爾元件，用于檢測旋轉(zhuǎn)�；魻栐谥绷鳠o刷電機中的作用是很大的，而且是關(guān)鍵部件。
在無刷直流電機中是用霍爾傳感器對轉(zhuǎn)子的位置進(jìn)行檢測，并將位置信息發(fā)送到電機的邏輯電路中已完成繞組換向功能，使轉(zhuǎn)子持續(xù)獲得恒定動力矩。轉(zhuǎn)子上的相鄰磁體極性各不相同，所以相同極性間的角度為90°。旋轉(zhuǎn)的永磁體轉(zhuǎn)過霍爾傳感器時會使集成電路的狀態(tài)發(fā)生改變，每當(dāng)南極靠近時，電路就會轉(zhuǎn)為工作狀態(tài)。實際角度為120°由于磁鐵極性變化周期為90°，所以真正間隔角度為30°）放置的三個集成電路輸出波形。第一個集成電路會在30°時轉(zhuǎn)為工作狀態(tài)，第二個和第三個分別在60°與90°時轉(zhuǎn)為工作狀態(tài)。由于北極磁鐵會通過霍爾傳感器使電路轉(zhuǎn)為釋放狀態(tài)，而相鄰南北極相隔45°，因此，集成電路在磁鐵轉(zhuǎn)過 45°后就轉(zhuǎn)為釋放狀態(tài)。
8.3電機霍爾位置傳感器與電機控制：電機內(nèi)部裝有能感應(yīng)磁場的霍爾傳感器(hall-sensor)，做為速度之閉回路控制，同時也做為相序控制的依據(jù)。
無刷直流電機的工作原理本質(zhì)上與有刷電機類似，都是通過電機中的永磁體磁場和繞組中的電流產(chǎn)生驅(qū)動力而發(fā)生轉(zhuǎn)動。不同的是無刷直流電機采用了位置集成電路和電子開關(guān)替代傳統(tǒng)的直流電機中的電刷和換向器。由于不存在集電環(huán)或者碳刷用于換向和摩擦，因此就不存在通過碳堆積產(chǎn)生的功率損耗或者電氣噪聲。同時，電子換向在數(shù)字指令的交互過程中也更具有靈活性。
要讓電機轉(zhuǎn)動起來，首先控制部就必須根據(jù)hall-sensor感應(yīng)到的電機轉(zhuǎn)子目前所在位置，然后依照定子繞線決定開啟(或關(guān)閉)換流器(inverter)中功率晶體管的順序，如圖9 inverter中之AH、BH、CH(這些稱為上臂功率晶體管)及AL、BL、CL(這些稱為下臂功率晶體管)，使電流依序流經(jīng)電機線圈產(chǎn)生順向(或逆向)旋轉(zhuǎn)磁場，并與轉(zhuǎn)子的磁鐵相互作用，如此就能使電機順時/逆時轉(zhuǎn)動。當(dāng)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到hall-sensor感應(yīng)出另一組信號的位置時，控制部又再開啟下一組功率晶體管，如此循環(huán)電機就可以依同一方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動直到控制部決定要電機轉(zhuǎn)子停止則關(guān)閉功率晶體管(或只開下臂功率晶體管)；要電機轉(zhuǎn)子反向則功率晶體管開啟順序相反。

圖9 上臂功率晶體管/下臂功率晶體管
基本上功率晶體管的開法可舉例如下：
AH、BL一組→AH、CL一組→BH、CL一組→BH、AL一組→CH、AL一組→CH、BL一組，但絕不能開成AH、AL或BH、BL或CH、CL。此外因為電子零件總有開關(guān)的響應(yīng)時間，所以功率晶體管在關(guān)與開的交錯時間要將零件的響應(yīng)時間考慮進(jìn)去，否則當(dāng)上臂(或下臂)尚未完全關(guān)閉，下臂(或上臂)就已開啟，結(jié)果就造成上、下臂短路而使功率晶體管燒毀。
當(dāng)電機轉(zhuǎn)動起來，控制部會再根據(jù)驅(qū)動器設(shè)定的速度及加/減速率所組成的命令(Command)與hall-sensor信號變化的速度加以比對(或由軟件運算)再來決定由下一組(AH、BL或AH、CL或BH、CL或……)開關(guān)導(dǎo)通，以及導(dǎo)通時間長短。速度不夠則開長，速度過頭則減短，此部份工作就由PWM來完成。PWM是決定電機轉(zhuǎn)速快或慢的方式，如何產(chǎn)生這樣的PWM才是要達(dá)到較精準(zhǔn)速度控制的核心。
三、實驗儀器
實驗儀器,包括儀器設(shè)備條件、物質(zhì)條件、相關(guān)文獻(xiàn)資料等。

序號名稱數(shù)量主要用途

1 新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與性能實驗臺

2 汽車電工絕緣工具組

3 高壓萬用表

4 絕緣手套

5 汽車示波器

四、實驗內(nèi)容和步驟
(一）純電動汽車電機霍爾傳感器認(rèn)識
1.觀摩新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與性能實驗臺，識別電機霍爾傳感器部件安裝位置。
2.觀摩新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與性能實驗臺，識別電機霍爾傳感器各引線功能。
(二）純電動汽車電機霍爾傳感器檢測
2.1電壓檢測
1)閉合電源總開關(guān)，點火開關(guān)ON位置。
2)換擋操縱機構(gòu)手柄置于“前進(jìn)/或者倒車”檔，右腳輕踩電子加速踏板，車輛前輪開始運轉(zhuǎn)；
3)不踩下加速踏板，萬用表檢測霍爾傳感器的信號端子與地線電壓值。
4)踩下加速踏板，萬用表檢測霍爾傳感器的信號端子與地線電壓值。
5)萬用表檢測霍爾傳感器的電源端子與地線電壓值。
6）對照面板檢測控制器端子與地線電壓值。
2.2波形測試
1)閉合電源總開關(guān)，點火開關(guān)ON位置。
2)換擋操縱機構(gòu)手柄置于“前進(jìn)/或者倒車”檔，右腳輕踩電子加速踏板，車輛前輪開始運轉(zhuǎn)；
3)慢慢踩下加速踏板，示波器檢測霍爾傳感器ABC的信號端子波形且記錄。
2.3故障模擬
1)閉合電源總開關(guān)，點火開關(guān)ON位置。
2)換擋操縱機構(gòu)手柄置于“前進(jìn)/或者倒車”檔，右腳輕踩電子加速踏板，車輛前輪開始運轉(zhuǎn)；
3)“霍爾傳感器”故障開關(guān)向“0”方向按下時，設(shè)置故障。
4)踏下電子油門，檢查故障現(xiàn)象。
5)萬用表檢測面板端子，檢測線路與信號查找原因。
6)“霍爾傳感器”故障開關(guān)向“1”方向按下時，設(shè)置排除。
2.4實訓(xùn)實驗完畢后，關(guān)閉點火開關(guān)，斷開電源開關(guān)，整理好設(shè)備。
五、實驗報告
1.如何測試電機霍爾傳感器波形？
2.如何測試電機霍爾傳感器電壓？正常值是多少？
3.斷開電機霍爾傳感器A或者B線，會有什么故障現(xiàn)象？為什么？
4.霍爾傳感器波形記錄且分析實測數(shù)據(jù)結(jié)果。
六、預(yù)習(xí)與思考題
1.純電動汽車組成結(jié)構(gòu)與工作原理。
2.純電動汽車電機結(jié)構(gòu)與原理。
3.驅(qū)動電機霍爾傳感器結(jié)構(gòu)與原理。

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序號	名稱	數(shù)量	主要用途
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2	汽車電工絕緣工具組
3	高壓萬用表
4	絕緣手套
5	汽車示波器

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