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-實驗目的
1. 正確認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構 
3. 對電機霍爾傳感器檢測，觀察其結構，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。 驅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 / 粗藍色線為W)
    5線插-霍爾傳感器
細紅色線為+5V電源
細黑色線為接地線   
    細黃色線為 A          
細綠色線為 B          
細藍色線為 C
霍爾傳感器內部接線電路如圖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。 圖2  霍爾傳感器內部接線
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； 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； 7.電機霍爾傳感器故障模擬
7.1“電機霍爾傳感器”故障開關向“0”方向按下時，設置故障。
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。 7.4“電機霍爾傳感器”故障開關向“1”方向按下時，設置排除。
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部電路如圖6所示。 線性霍爾電路由電壓調整器，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)在霍爾傳感器標記面時，將驅動輸出高于零電平；N磁極將驅動輸出低于零電平；瞬時和比例輸出電壓電平決定與器件最敏感面的磁通密度�；舳�轉把輸出電壓的大小，取決于霍耳元件周圍的磁場強度。轉動時，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。霍爾信號傳遞給控制器，控制器通過粗的導線給電機線圈供電，電機旋轉，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)生轉動，霍爾感應出新的位置信號，控制器粗的導線又給電機線圈重新改變電流方向供電，電機繼續(xù)旋轉（線圈和磁鋼的位置發(fā)生變化時，線圈必須對應的改變電流方向，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），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，如圖7所示。 上圖在這三個霍爾元件位置放置60度4極轉子，極轉子和三個霍爾元件，用于檢測旋轉�；魻栐谥绷鳠o刷電機中的作用是很大的，而且是關鍵部件。
在無刷直流電機中是用霍爾傳感器對轉子的位置進行檢測，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，使轉子持續(xù)獲得恒定動力矩。轉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°。 旋轉的永磁體轉過霍爾傳感器時會使集成電路的狀態(tài)發(fā)生改變，每當南極靠近時，電路就會轉為工作狀態(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°時轉為工作狀態(tài)，第二個和第三個分別在60°與90°時轉為工作狀態(tài)。由 于北極磁鐵會通過霍爾傳感器使電路轉為釋放狀態(tài)，而相鄰南北極相隔45°，因此，集成電路在磁鐵轉過 45°后就轉為釋放狀態(tài)。
8.3電機霍爾位置傳感器與電機控制：電機內部裝有能感應磁場的霍爾傳感器(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生驅動力而發(fā)生轉動。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。
要讓電機轉動起來，首先控制部就必須根據(jù)hall-sensor感應到的電機轉子目前所在位置，然后依照定子繞線決定開啟(或關閉)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)，使電流依序流經電機線圈產生順向(或逆向)旋轉磁場，并與轉子的磁鐵相互作用，如此就能使電機順時/逆時轉動。當電機轉子轉動到hall-sensor感應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)轉動直到控制部決定要電機轉子停止則關閉功率晶體管(或只開下臂功率晶體管)；要電機轉子反向則功率晶體管開啟順序相反。 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的響應時間，所以功率晶體管在關與開的交錯時間要將零件的響應時間考慮進去，否則當上臂(或下臂)尚未完全關閉，下臂(或上臂)就已開啟，結果就造成上、下臂短路而使功率晶體管燒毀。
當電機轉動起來，控制部會再根據(jù)驅動器設定的速度及加/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……)開關導通，以及導通時間長短。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是決定電機轉速快或慢的方式，如何產生這樣的PWM才是要達到較精準速度控制的核心。
三、實驗儀器
實驗儀器,包括儀器設備條件、物質條件、相關文獻資料等。

序號	名稱	數(shù)量	主要用途
1	新能源汽車驅動系統(tǒng)結構與性能實驗臺
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

(一）純電動汽車電機霍爾傳感器認識
1.觀摩新能源汽車驅動系統(tǒng)結構與性能實驗臺，識別電機霍爾傳感器部件安裝位置。
2.觀摩新能源汽車驅動系統(tǒng)結構與性能實驗臺，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，點火開關ON位置。
2)換擋操縱機構手柄置于“前進/或者倒車”檔，右腳輕踩電子加速踏板，車輛前輪開始運轉；
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，點火開關ON位置。
2)換擋操縱機構手柄置于“前進/或者倒車”檔，右腳輕踩電子加速踏板，車輛前輪開始運轉；
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，點火開關ON位置。
2)換擋操縱機構手柄置于“前進/或者倒車”檔，右腳輕踩電子加速踏板，車輛前輪開始運轉；
3)“霍爾傳感器”故障開關向“0”方向按下時，設置故障。
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”故障開關向“1”方向按下時，設置排除。
2.4實訓實驗完畢后，關閉點火開關，斷開電源開關，整理好設備。
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)結果。
六、 預習與思考題 
1.純電動汽車組成結構與工作原理。
2.純電動汽車電機結構與原理。
3.驅動電機霍爾傳感器結構與原理。

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