Главная » Статьи » Инженерная информация » Элементная база

Датчики Холла

Установка абсолютного датчика положения ротора на электродвигатель обеспечивает возможность определения положения ротора с очень высокой точностью. Учитывая, что для широкого круга применений управление синхронным вентильным двигателем от преобразователя частоты в режиме без датчика обратной связи по положению ротора невозможно, разработчики электродвигателей с постоянными магнитами и преобразователей частоты обычно используют инкрементальные энкодеры с сигналами коммутации UVW либо абсолютные энкодеры с передачей данных по последовательным протоколам SSI, EnDat, Hyperface и другими. При этом для большинства промышленных задач точность абсолютных энкодеров намного превышает потребности применения и необходимые пределы для управления синхронными электродвигателями с постоянными магнитами.

Одним из решений, альтернативных применению абсолютных энкодеров, является применение датчиков Холла. Обладая невысокой точностью, система из трех датчиков Холла тем не менее справляется с задачей обеспечения обратной связи по положению ротора синхронного электродвигателя с постоянными магнитами и позволяет применить синхронные электродвигатели с постоянными магнитами для наиболее распространенных применений: насосы, компрессоры, экструдеры.

Дополнительным преимуществом применения датчиков Холла является отсутствие дополнительных вращающихся частей: датчики Холла устанавливаются в зубцы обмотки статора электродвигателя.

Эффект Холла

Если поместить проводник или полупроводник с текущим по нему током в перпендикулярное магнитное поле В (рис. 1), то возникнет электрическое поле, перпендикулярное плоскости I-B. Этот эффект носит название эффекта Холла и был открыт в 1879 году Американским физиком Эдвином Гербертом Холлом.

Hall effect

Рисунок 1. Эффект Холла

Рассмотрим ток I, состоящий из положительных частиц (дырок), текущий в положительном направлении х. Из-за магнитного поля дырки отклоняются к нижней поверхности (2). Поверхность 2 становится положительно заряженной по отношению к поверхности 1, другими словами, появляется электрическое поле E , направленное в положительную сторону оси y и перпендикулярное плоскости x-z (плоскость I-B).

Таким образом, между электродами генерируется напряжение Холла V= E ·d.

В равновесии электрическое поле оказывает на движущиеся носители заряда такое же по величине действие, как и магнитное поле q ·E = B ·q ·v .

Где q - заряд, а v - скорость дрейфа заряженных частиц. Отсюда следует:

= ·v  и VH =·=··d.

Для количества дырок на м3 равного n, плотность заряда будет определяться формулой:

ρ = n / q (Кл/м3).

Если заряд перемещается со скоростью дрейфа v (м/с), то плотность тока будет определяться следующей формулой:

J = n · q ·v  = ρ ·v  (A/м2).

Плотность тока так же может быть записана в виде:

J = I / (d ·b), так что

VHB ··d B ·J ·d | ρ B ·I | (ρ ·b).

Вводя константу Холла для материалов RH = 1ρ  получаем:

VH = R· B ·I b = · B ·I

Hall constant of different materials

Таблица 1. Константы Холла

В противоположность металлам, некоторые полупроводники, например полупроводники на основе индия, имеют значительную величину R.

Из формулы VH = · B ·I следуют следующие применения эффекта Холла.

1. При постоянном токе можно измерить величину магнитного поля: VH = kI · B .

2. При постоянном магнитном поле, например применении постоянного магнита, появляется возможность измерить ток: VH = k2 · .

3. Если B пропорционально первому входному сигналу (v1), а I пропорционален второму входному сигналу (v2), то мы имеем мультипликатор на эффекте Холла: VH = k3 · v1 ·v2 . С использованием мультипликатора Холла становится возможным измерить мощность v1 = f1(U), v2 = f2(I).

Техническая реализация

Тонкого слоя из нескольких μm полупроводника на керамической подложке достаточно для изготовления датчика магнитного поля.

Применяя индиевый полупроводник InSb и пропуская через него ток во внешнем магнитном поле получаем выходное напряжение V.

Обычно в датчиках магнитного поля это напряжение варьируется от 0,2 до 1 В/Т, где 1 Т (Тесла) = 1Вб/м2.

​Обычно в датчики встраивается дифференциальный усилитель для того, чтобы получить выходное напряжение, которое можно далее использовать в цифровых и аналоговых схемах.

 

Категория: Элементная база | Добавил: SPetrakov (17.02.2015)
Просмотров: 566 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
avatar