霍尔传感器在电机中的应用有哪些（霍尔传感器在电机中的应用实验报告）

说起霍尔传感器，相信很多朋友都听说过。它们广泛应用于我们的生活中。那么，霍尔传感器在电机中扮演什么角色呢？下面我们就来了解一下。

**霍尔传感器对电机起什么作用**

霍尔器件用于检测电机的电枢电流。其特点是非接触式电流采样，对原电路影响小，功耗较小。它可以测量直流或交流信号，具有良好的精度和线性度。

霍尔元件只是一个磁场传感器，它的作用是检测磁极的位置。由于霍尔测量的结果只是一个脉冲，因此起到控制无刷电机转速的作用。

霍尔传感器的分类

霍尔传感器分为线性霍尔传感器和开关式霍尔传感器两种。

(1)开关霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器、施密特触发器和输出级组成。它输出一个数字量。还有一种特殊形式的开关型霍尔传感器，称为按键型霍尔传感器。

(2)线性霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，输出模拟量。

线性霍尔传感器可分为开环型和闭环型。闭环霍尔传感器也称为零磁通霍尔传感器。线性霍尔传感器主要用于交流和直流电流和电压测量。

开关类型

其中，BOP为工作点“开”时的磁感应强度，BRP为释放点“关”时的磁感应强度。当外部磁感应强度超过动作点Bop时，传感器输出低电平。当磁感应强度下降到动作点Bop以下时，传感器输出电平保持不变，直到下降到释放点BRP，传感器才从低电平过渡到高电平。 Bop和BRP之间的迟滞使开关动作更加可靠。

闩锁类型

当磁感应强度超过动作点Bop时，传感器输出从高电平跳变到低电平。外部磁场撤去后，其输出状态保持不变（即锁存状态），必须施加反向磁感应强度才能达到BRP。电平可以改变吗？必须越过0高斯点，开关动作已经实现，并且需要N极和S极。

线性

输出电压与外加磁场强度呈线性关系，在磁感应强度B1B2范围内具有良好的线性关系。当磁感应强度超过这个范围时，就会出现饱和状态。

下图为配备线性霍尔的电流模块

**开环电流传感器**

由于通电螺线管内部存在磁场，其大小与导线中的电流成正比，因此可以使用霍尔传感器测量磁场来确定导线中电流的大小。利用这一原理，可以设计霍尔电流传感器。其优点是不与被测电路发生电气接触，不影响被测电路，不消耗被测电源的功率。特别适合大电流传感。

霍尔电流传感器的工作原理是标准环形铁芯中有间隙。霍尔传感器插入间隙中。环周围有一个线圈。当电流通过线圈时，产生磁场，霍尔传感器有信号输出。

闭环霍尔电流传感器：零磁通霍尔电流传感器、零磁通变压器、磁平衡霍尔电流传感器等。

如下图所示，闭环霍尔电流传感器包括磁芯、霍尔元件、放大电路和次级补偿绕组。与开环霍尔电流传感器相比，闭环霍尔电流传感器多了一个次级补偿绕组。正是次级补偿绕组极大地提高了闭环霍尔电流传感器的性能。

闭环霍尔电流传感器工作原理

放大电路接受霍尔元件的输出并将其放大成电流信号提供给次级补偿绕组。磁芯中次级补偿绕组产生的磁场与初级电流产生的磁场在气隙处大小相等、方向相反，并相互抵消。原边磁场形成负反馈闭环控制电路。

如果次级电流太小，产生的磁场不足以抵消初级磁场，放大器电路将输出较大的电流。相反，放大电路的输出电流会减小，从而保持气隙处的磁场平衡。

如果初级电流发生变化，气隙处的磁场平衡被破坏，负反馈闭环控制电路也会调整次级输出电路，使磁场重新平衡。

从宏观上讲，气隙将始终保持零磁通量，保持磁平衡。这也是零磁通互感器和磁平衡霍尔电流传感器名称的由来。

下面简单介绍一下霍尔传感器在电机中的应用。

无刷直流电机的工作原理本质上与有刷直流电机类似，都是利用机械电刷和换向器对绕组中的电流进行换向。无刷电机使用电子方式来换向绕组电流。

直流电机中的扭矩是通过永磁体磁场和绕组中电流的相互作用产生的。在有刷电机中，换向器通过切换电枢绕组来实现电枢电流的换向和合适的磁场。在无刷直流电机中，霍尔位置传感器检测转子旋转磁场的位置，并通过逻辑和驱动电路激励相应的绕组。总体而言，绕组对电机永磁体的磁场做出反应，以产生所需的扭矩。图1所示为三相8极（四对磁极）无刷直流电机的基本构成：

当旋转永磁体旋转经过双极数字霍尔传感器时，双极数字霍尔传感器的状态将发生变化。如上图所示，在8极磁体无刷直流电机中，每两个南极相距90度，霍尔传感器相距120度放置。此时，霍尔传感器之间的电角度相差30度。当南极接近时，双极数字霍尔传感器切换到工作状态。当第一数字霍尔传感器在0度电角切换到工作状态时，第二数字霍尔传感器工作在30度电角。三个数字霍尔传感器在60 度电解下工作。

当北极经过双极数字霍尔传感器时，数字霍尔传感器转为释放状态。旋转8 极磁铁的每个北极与相邻的南极成45 度。因此，数字霍尔传感器位于磁铁中。转动45度后，由工作状态转为释放状态。图2 显示了数字霍尔传感器控制的输出电平状态。

上述三个双极性数字霍尔传感器的输出作为转子位置的编码器，将磁体的位置和极性信息作为信号发送给逻辑电路，用于关断H形桥功率管，如下：如图3所示。典型的三相无刷直流电机驱动电路。

图中，R1、S1、T1可以由上述信号驱动，而R2、S2、T2则由上述信号反转驱动。这样，根据旋转磁体的位置，每对功率管都会相应地导通或判断，从而以正确的顺序、在正确的时间向电机绕组提供电流。