8 (495) 988-61-60

Без выходных
Пн-Вск с 9-00 до 21-00

Смещение датчиком холла


возвращение квадратурных энкодеров / Habr

Это уже третья статья, рассказывающая о квадратурных декодерах, на сей раз с применением к управлению бесколлекторными двигателями.
Задача: есть обычный китайский бесколлекторник, нужно его подключить к контроллеру Copley Controls 503. В отличие от копеечных коптерных контроллеров, 503й хочет сигнал с датчиков холла, которых на движке нет. Давайте разбираться, для чего нужны датчики и как их ставить.
В качестве иллюстрации я возьму очень распространённый двигатель с двенадцатью катушками в статоре и четырнадцатью магнитами в роторе. Вариантов намотки и количества катушек/магнитов довольно много, но суть всегда остаётся одной и той же. Вот фотография моего экземпляра с двух сторон, отлично видны и катушки, и магниты в роторе:



Чтобы было ещё понятнее, я нарисовал его схему, полюса магнитов ротора обозначены цветом, красный для северного и синий для южного:

На датчики холла пока не обращайте внимания, их всё равно нет :)

Что будет, если подать плюс на вывод V, а минус на вывод W (вывод U не подключаем ни к чему)? Очевидно, будет течь ток в катушках, намотанных зелёным проводом. Катушки намотаны в разном направлении, поэтому верхние две катушки будут притягиваться к магнитам 1 и 2, а нижние две к магнитам 8 и 9. Остальные катушки и магниты в такой конфигурации роли практически не играют, поэтому я выделил именно магниты 1,2,8 и 9. При такой запитке мотора он очевидно крутиться не будет, и будет иметь семь устойчивых положений ротора, равномерно распределённых по всей окружности (левая верхняя зелёная катушка статора может притягивать магниты 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13).

Давайте записывать наши действия вот в такую табличку:

Угол поворота ротора U V W
n.c. + -

А что будет, если теперь подать плюс на U и минус на W? Красные катушки притянут к себе магниты 3,4,10 и 11, таким образом чуть-чуть повернув ротор (я по-прежнему выделяю магниты, за которые ротор тянет):

Давайте посчитаем, на сколько повернётся ротор: между щелями магнитов 1-2 и 3-4 у нас 51.43° (=360°*2/7), а между соответствующими щелями в статоре 60° (=360°/12*2). Таким образом, ротор провернётся на 8.57°. Обновим нашу табличку:

Угол поворота ротора U V W
8.57° + n.c. -

Теперь сам бог велел подать + на U и — на V!


Угол поворота ротора U V W
17.14° + - n.c.

Теперь опять пора выровнять магниты с зелёными катушками, поэтому подаём напряжение на них, но красный и синий магниты поменялись местами, поэтому теперь нужно подать обратное напряжение:


Угол поворота ротора U V W
25.71° n.c. - +

C оставшимися двумя конфигурациями всё ровно так же:


Угол поворота ротора U V W
34.29° - n.c. +


Угол поворота ротора U V W
42.85° - + n.c.

Если мы снова повторим самый первый шаг, то наш ротор провернётся ровно на одну седьмую оборота. Итак, всего у нашего мотора три вывода, мы можем подать напряжение на два из них шестью разными способами 6 = 2*C23, причём мы их все уже перебрали. Если подавать напряжение не хаотично, а в строгом порядке, который зависит от положения ротора, то двигатель будет вращаться.

Запишем ещё раз всю последовательность для нашего двигателя:

Угол поворота ротора U V W
n.c. + -
8.57° + n.c. -
17.14° + - n.c.
25.71° n.c. - +
34.29° - n.c. +
42.86° - + n.c.

Есть один нюанс: у обычного коллекторного двигателя за переключение обмоток отвечают щётки, а тут нам надо определять положение ротора самим.
Теперь давайте поставим три датчика холла в те чёрные точки, обозначенные на схеме. Давайте договоримся, что датчик выдаёт логическую единицу, когда он находится напротив красного магнита. Всего существует шесть (сюрприз!) возможных состояний трёх датчиков: 23 — 2. Всего возможных состояний 8, но в силу расстояния между датчиками они не могут все втроём быть в логическом нуле или в логической единице:

Обратите внимание, что они генерируют три сигнала, сдвинутые друг относительно друга на 1/3 периода. Кстати, электрики используют слово градусы, говоря про 120°, чем окончательно запутывают нубов типа меня. Если мы хотим сделать свой контроллер двигателя, то достаточно читать сигнал с датчиков, и соответственно переключать напряжение на обмотках.

Для размещения датчиков я использовал вот такую платку, дизайн которой взял тут. По ссылке лежит проект eagle, так что я просто заказал у китайцев сразу много подобных платок:

Эти платки несут на себе только три датчика холла, больше ничего. Ну, по вкусу можно поставить конденсаторы, я не стал заморачиваться. Очень удобно сделаны длинные прорези для регулировки положения датчиков относительно статора.

Постойте, но ведь это очень похоже на квадратурный сигнал с обычного инкрементального энкодера!


Ещё бы! Единственная разница, что инкрементальные энкодеры дают два сигнала, сдвинутые друг относительно друга на 90°, а у нас три сигнала, сдвинутые на 120°. Что будет, если завести любые два из них на обычный квадратурный декодер, например, той же самой синей таблетки? Мы получим возможность определять положение вала с точностью до четырёх отсчётов на одну седьмую оборота, или 28 отсчётов на оборот. Если вы не поняли, о чём я, прочтите принцип работы квадратурного декодера в первой статье.

Я долго думал, как же мне использовать все три сигнала, ведь у нас происходит шесть событий на одну седьмую оборота, мы должны иметь возможность получить 42 отсчёта на оборот. В итоге решил пойти грубой силой, так как синяя таблетка имеет кучу аппаратных квадратурных декодеров, поэтому я решил в ней завести три счётчика:

Видно, что при каждом событии у нас увеличиваются два из них, поэтому сложив три счётчика, и поделив на два, мы получим равномерно тикающий определитель положения вала, с точностью до 6*7 = 42 отсчёта на оборот!

Вот так выглядит макет подключения датчиков Холла к синей таблетке:


В некоторых приложениях (например, для коптеров) все эти заморочки не нужны. Контроллеры пытаются угадать происходящее с ротором по току в катушках. С одной стороны, это меньше заморочек, но с другой стороны, иногда приводит к проблемам с моментом старта двигателя, поэтому слабоприменимо, например, в робототехнике, где нужны околонулевые скорости. Давайте попробуем запитать наш движок от обычного китайского коптерного ESC (electronic speed controller).

Мой контроллер хочет на вход PPM сигнал: это импульс с частотой 50Гц, длина импульса задаёт обороты: 1мс — останов, 2мс — максимально возможные обороты (считается как KV двигателя * напряжение).

Вот здесь я выложил исходный код и кубовские файлы для синей таблетки. Таймер 1 генерирует PWM для ESC, таймеры 2,3,4 считают соответствующие квадратурные сигналы. Поскольку в прошлой статье я крайне подробно расписал, где и что кликать, то здесь только даю ссылку на исходный код.

На вход моему ESC я даю пилообразное задание скорости, посмотрим, как он его отработает. Вывод синей таблетки лежит тут, а код, который рисует график, тут.

Поскольку у меня двигатель имеет номинал 400KV, а питание я подал 10В, то максимальные обороты должны быть в районе 4000 об/мин = 419 рад/с. Ну а вот и график подоспел:

Видно, что реальные обороты соответствуют заданию весьма приблизительно, что терпимо для коптеров, но совершенно неприменимо во многих других ситуациях, почему, собственно, я и хочу использовать более совершенные контроллеры, которым нужны сигналы с датчиков холла. Ну и бонусом я получаю угол поворота ротора, что бывает крайне полезно.


Я провёл детство в обнимку с этой книжкой, но раскурить принципы работы бесколлекторников довелось только сейчас.

Оказывается, что шаговые моторы и вот такое коптерные моторчики — это (концептуально) одно и то же. Разница лишь в количестве фаз: шаговики (обычно, бывают исключения) управляются двумя фазами, сдвинутыми на 90°, а бесколлекторники (опять же, обычно) тремя фазами, сдвинутыми на 120°.

Разумеется, есть и другие, чисто практические отличия: шаговики рассчитаны на увеличение удерживающего момента и повторяемость шагов, в то время как коптерные движки на скорость и плавность вращения, что сказывается на количестве обмоток, подшипниках и т.п. Но в итоге обычный бесколлекторник можно использовать в шаговом режиме, а шаговик в постоянном вращении, управление у них будет одинаковым.

Update: красивая анимация от Arastas:

Управление бесколлекторным двигателем по сигналам обратной ЭДС – понимание процесса

Когда я начал разрабатывать блок управления бесколлекторным двигателем (мотор-колесом), было много вопросов о том, как сопоставить реальный двигатель с абстрактной схемой из трех обмоток и магнитов, на которой, как правило, все объясняют принцип управления бесколлекторными двигателями.

Когда я реализовал управление по датчикам Холла я еще не очень понимал, что происходит в двигателе дальше абстрактных трех обмоток и двух полюсов: почему 120 градусов и почему алгоритм управления именно такой.

Все встало на место, когда я начал разбираться в идее бездатчикового управления бесколлекторным двигателем — понимание процесса, происходящего в реальной железке, помогло разработать аппаратную часть и понять алгоритм управления.

Ниже я постараюсь расписать свой путь к пониманию принципа управления бесколлекторным двигателем постоянного тока.



Для работы бесколлекторного двигателя необходимо чтобы постоянное магнитное поле ротора увлекалось за вращающемся электромагнитным полем статора, как и в обычном ДПТ.

Вращение магнитного поля статора осуществляется коммутацией обмоток с помощью электронного блока управления.
Конструкция бесколлекторного двигателя схожа с конструкцией синхронного двигателя, если подключить бесколлекторный двигатель в трехфазную сеть переменного тока, удовлетворяющую электрическим параметрам двигателя, он будет работать.

Определенная коммутация обмоток бесколлекторного двигателя позволяет управлять им от источника постоянного тока. Чтобы понять, как составить таблицу коммутаций бесколлекторного двигателя необходимо рассмотреть управление синхронной машиной переменного тока.

Синхронная машина
Синхронная машина управляется от трехфазной сети переменного тока. Двигатель имеет 3 электрические обмотки, смещенные между собой на 120 электрических градусов.

Запустив трехфазный двигатель в генераторном режиме, постоянным магнитным полем будет наводиться ЭДС на каждую из обмоток двигателя, обмотки двигателя распределены равномерно, на каждую из фаз будет наводиться синусоидальное напряжение и данные сигналы будут смещены между собой на 1/3 периода (рисунок 1). Форма ЭДС меняется по синусоидальному закону, период синусоиды равен 2П(360), поскольку мы имеем дело с электрическими величинами (ЭДС, напряжение, ток) назовем это электрическими градусами и будем измерять период в них.

При подаче на двигатель трехфазного напряжения в каждый момент времени на каждой обмотке будет некое значение силы тока.


                                                Рисунок 1. Вид сигнала трехфазного источника переменного тока.

Каждая обмотка формирует вектор магнитного поля пропорциональный току на обмотке. Сложив 3 вектора можно получить результирующий вектор магнитного поля. Так как с течением времени ток на обмотках двигателя меняется по синусоидальному закону, меняется величина вектора магнитного поля каждой обмотки, а результирующий суммарный вектор меняет угол поворота, при этом величина данного вектора остается постоянной.


                                                       Рисунок 2. Один электрический период трехфазного двигателя.

На рисунке 2 изображен один электрический период трехфазного двигателя, на данном периоде обозначено 3 произвольных момента, чтобы построить в каждом из этих моментов вектора магнитного поля отложим данный период, 360 электрических градусов, на окружности. Разместим 3 обмотки двигателя сдвинутые на 120 электрических градусов относительно друг друга (рисунок 3).


     Рисунок 3. Момент 1. Вектора магнитного поля каждой обмотки (слева) и результирующий вектор магнитного поля (справа).

Вдоль каждой из фаз построен вектор магнитного поля, создаваемый обмоткой двигателя. Направление вектора определяется направлением постоянного тока в обмотке, если напряжение, прикладываемое к обмотке положительно, то вектор направлен в противоположную сторону от обмотки, если отрицательное, то вдоль обмотки. Величина вектора пропорциональна величине напряжения на фазе в данный момент.
Чтобы получить результирующий вектор магнитного поля необходимо сложить данные вектора по закону сложения векторов.
Аналогично построение для второго и третьего моментов времени.


      Рисунок 4. Момент 2. Вектора магнитного поля каждой обмотки (слева) и результирующий вектор магнитного поля (справа).

Так, с течение времени, результирующий вектор плавно меняет свое направление, на рисунке 5 изображены получившиеся вектора и изображен полный поворот магнитного поля статора за один электрический период.


                                 Рисунок 5. Вид вращающегося магнитного поля формируемого обмотками на статоре двигателя.

За этим вектором электрического магнитного поля увлекается магнитное поле постоянных магнитов ротора в каждый момент времени (рисунок 6).


                            Рисунок 6. Постоянный магнит (ротор) следует направлению магнитного поля формируемого статором.

Так работает синхронная машина переменного тока.

Имея источник постоянного тока необходимо самостоятельно формировать один электрический период со сменой направлений тока на трех обмотках двигателя. Поскольку бесколлекторный двигатель по конструкции такой же, как синхронный, в генераторном режиме имеет идентичные параметры, необходимо отталкиваться от рисунка 5, где изображено сформированное вращающееся магнитное поле.

Постоянное напряжение
Источник постоянного тока имеет только 2 провода «плюс питания» и «минус питания» это значит, что есть возможность подавать напряжение только на две из трех обмоток. Необходимо аппроксимировать рисунок 5 и выделить все моменты, при которых возможно скоммутировать 2 фазы из трех.

Число перестановок из множества 3 равняется 6, следовательно, имеется 6 вариантов подключения обмоток.
Изобразим возможные варианты коммутаций и выделим последовательность, при которой вектор будет шаг за шагом проворачиваться далее пока не дойдет до конца периода и не начнет сначала.

Электрический период будем отсчитывать от первого вектора.


      Рисунок 7. Вид шести векторов магнитного поля которые можно создать от источника постоянного тока коммутацией двух из трех обмоток.

На рисунке 5 видно, что при управлении трехфазным синусоидальным напряжением имеется множество векторов плавно проворачивающихся с течением времени, а при коммутации постоянным током возможно получить вращающееся поле только из 6 векторов, то есть переключение на следующий шаг должно происходить каждые 60 электрических градусов.
Результаты из рисунка 7 сведены в таблицу 1.

 Таблица 1. Полученная последовательность коммутаций обмоток двигателя.

Плюс питания Минус питания Обмотка не подключена
W U V
W V U
U V W
U W V
V W U
V U W

Вид получившегося управляющего сигнала в соответствии с таблицей 1 изображен на рисунке 8. Где -V коммутация на минус источника питания (GND), а +V коммутация на плюс источника питания.
    Рисунок 8. Вид управляющих сигналов от источника постоянного тока для бесколлекторного двигателя. Желтый – фаза W, синий – U, красный – V.

Однако реальная картина с фаз двигателя будет похожа на синусоидальный сигнал из рисунка 1. У сигнала образуется трапециевидная форма, так как в моменты, когда обмотка двигателя не подключена, постоянные магниты ротора наводят на нее ЭДС (рисунок 9).


                                    Рисунок 9. Вид сигнала с обмоток бесколлекторного двигателя в рабочем режиме.

На осциллографе это выглядит так:


                                 Рисунок 10. Вид окна осциллографа при измерении одной фазы двигателя.

Конструктивные особенности
Как было сказано ранее за 6 переключений обмоток формируется один электрический период 360 электрических градусов.
Необходимо связать данный период с реальным углом вращения ротора. Двигатели с одной парой полюсов и трехзубым статором применяются крайне редко, двигатели имеют N пар полюсов.
На рисунке 11 изображены модели двигателя с одной парой полюсов и с двумя парами полюсов.


                                       а.                                                                                              б.
                                      Рисунок 11. Модель двигателя с одной (a) и с двумя (б) парами полюсов.

Двигатель с двумя парами полюсов имеет 6 обмоток, каждая из обмоток парная, каждая группа из 3 обмоток смещена между собой на 120 электрических градусов. На рисунке 12б. отложен один период для 6 обмоток. Обмотки U1-U2, V1-V2, W1-W2 соединены между собой и в конструкции представляют 3 провода вывода фаз. Для простоты рисунка не отображены соединения, но следует запомнить, что U1-U2, V1-V2, W1-W2 одно и то же.

На рисунке 12, исходя из данных таблицы 1, изображены вектора для одной и двух пар полюсов.


                                       а.                                                                                              б.
                     Рисунок 12. Схема векторов магнитного поля для двигателя с одной (a) и с двумя (б) парами полюсов.

На рисунке 13 изображены вектора, созданные 6 коммутациями обмоток двигателя с одной парой полюсов. Ротор состоит из постоянных магнитов, за 6 шагов ротор провернется на 360 механических градусов.
На рисунке обозначены конечные положения ротора, в промежутках между двумя соседними положениями ротор проворачивается от предыдущего к следующему скоммутированному состоянию. Когда ротор достигает данного конечного положения, должно происходить следующее переключение и ротор будет стремиться к новому заданному положению, так чтобы его вектор магнитного поля стал сонаправлен с вектором электромагнитного поля статора.


        Рисунок 13. Конечные положения ротора при шестиступенчатой коммутации бесколлекторного двигателя с одной парой полюсов.

В двигателях с N парами полюсов необходимо пройти N электрических периодов для полного механического оборота.
Двигатель с двумя парами полюсов будет иметь два магнита с полюсами S и N, и 6 обмоток (рисунок 14). Каждая группа из 3 обмотки смещены друг относительно друга на 120 электрических градусов.


        Рисунок 14. Конечные положения ротора при шестиступенчатой коммутации бесколлекторного двигателя с двумя парами полюсов.

Определение положения ротора бесколлекторного двигателя
Как было сказано ранее для работы двигателя необходимо в нужные моменты времени подключать напряжение на нужные обмотки статора. Подавать напряжение на обмотки двигателя нужно в зависимости от положения ротора, так чтобы магнитное поле статора всегда опережало магнитное поле ротора. Для определения положения ротора двигателя и коммутаций обмоток используют электронный блок управления.
Отслеживание положения ротора возможно несколькими способами:
      1. По датчикам Холла
      2. По обратной ЭДС
Как правило, датчиками Холла производители оснащают двигатель при выпуске, поэтому это самый распространённый метод управления.
Коммутирование обмоток в соответствии с сигналами обратной ЭДС позволяет отказаться от датчиков встроенных в двигатель и использовать в качестве датчика анализ свободной фазы двигателя, на которую будет наводиться магнитным полем противо-ЭДС.

Управление бесколлекторным двигателем с датчиками Холла
Чтобы коммутировать обмотки в нужные моменты времени необходимо отслеживать положение ротора в электрических градусах. Для этого применяются датчики Холла.
Поскольку имеется 6 состояний вектора магнитного поля необходимо 3 датчика Холла, которые будут представлять один абсолютный датчик положения с трехбитным выходом. Датчики Холла устанавливаются также как обмотки, смещенные между собой на 120 электрических градусов. Это позволяет использовать магниты ротора в качестве воздействующего элемента датчика.


                                Рисунок 15. Сигналы с датчиков Холла за один электрический оборот двигателя.

Для вращения двигателя необходимо чтобы магнитное поле статора опережало магнитное поле ротора, положение, когда вектор магнитного поля ротора сонаправлен с вектором магнитного поля статора является конечным для данной коммутации, именно в этот момент должно происходить переключение на следующую комбинацию, чтобы не давать ротору зависать в стационарном положении.
Cопоставим сигналы с датчиков Холла с комбинацией фаз которые необходимо скоммутировать (таблица 2)

 Таблица 2. Сопоставление сигналов датчиков Холла с коммутацией фаз двигателя.

Положение двигателя HU(1) HV(2) HW(3) U V W
0 0 0 1 0 - +
1 0 1 + - 0
1 0 0 + 0 -
1 1 0 0 + -
0 1 0 - + 0
360/N 0 1 1 - 0 +

При равномерном вращении двигателя с датчиков поступает сигнал смещенный на 1/6 периода, 60 электрических градусов (рисунок 16).
                                                        Рисунок 16. Вид сигнала с датчиков Холла.

Управление с помощью сигнала обратной ЭДС
Существуют бесколлекторный двигатели без датчиков положения. Определение положения ротора осуществляется с помощью анализа сигнала ЭДС на свободной фазе двигателя. В каждый момент времени к одной из фаз подключен «+» к другой «-» питания, одна из фаз остается свободной. Вращаясь, магнитное поле ротора наводит ЭДС в свободной обмотке. По мере вращения напряжение на свободной фазе изменяется (рисунок 17).


                                                 Рисунок 17. Изменение напряжения на фазе двигателя.

Сигнал с обмотки двигателя разбит на 4 момента:
   1. Обмотка подключена к 0
   2. Обмотка не подключена (свободная фаза)
   3. Обмотка подключена к питающему напряжению
   4. Обмотка не подключена (свободная фаза)
Сопоставив сигнал с фаз с управляющим сигналом, видно, что момент перехода на следующее состояние можно детектировать пересечением средней точки (половины питающего напряжения) с фазой, которая в данный момент не подключена (рисунок 18).


                            Рисунок 18. Сопоставление управляющего сигнала с сигналом на фазах двигателя.

После детектирования пересечения необходимо выдержать паузу и включать следующее состояние. По данному рисунку составлен алгоритм переключений состояний обмоток (таблица 3).

 Таблица 3. Алгоритм переключения обмоток двигателя

Текущее состояние U V W Следующее состояние
1 - Ожидание пересечения средней точки из + в - + 2
2 Ожидание пересечения средней точки из — в + - + 3
3 + - Ожидание пересечения средней точки из + в - 4
4 + Ожидание пересечения средней точки из — в + - 5
5 Ожидание пересечения средней точки из + в - + - 6
6 - + Ожидание пересечения средней точки из — в + 1

Пересечение средней точки проще всего детектировать компаратором, на один вход компаратора подается напряжение средней точки, а на второй текущее напряжение фазы.
                                            Рисунок 19. Детектирование средней точки компаратором.

Компаратор срабатывает в момент перехода напряжения через среднюю точку и генерирует сигнал для микроконтроллера.

Обработка сигнала с фаз двигателя
Однако сигнал с фаз при регулировании скорости ШИМ отличается видом, и имеет импульсный характер (рисунок 21), в таком сигнале невозможно детектировать пересечение со средней точкой.


                                        Рисунок 20. Вид сигнала фазы при регулировании скорости ШИМ.

Поэтому данный сигнал следует отфильтровать RC фильтром чтобы получить огибающую, а так же разделить под требования компаратора. По мере увеличения скважности шим сигнал будет возрастать по амплитуде (рисунок 22).


                                                   Рисунок 21. Схема делителя и фильтра сигнала с фазы двигателя.
                                            Рисунок 22. Огибающая сигнала при изменении скважности ШИМ.

Схема со средней точкой


                                                      Рисунок 23. Вид виртуальная средней точки. Картинка взята с avislab.com/

С фаз снимаются сигналы через токограничительные резисторы и объединяются, получается вот такая картина:


                                          Рисунок 24. Вид осциллограммы напряжения виртуальной средней точки.

Из-за ШИМ, напряжение средней точки не постоянно, сигнал так же необходимо фильтровать. Напряжение средней точки после сглаживания будет достаточно большим (в районе питающего напряжения двигателя), его необходимо разделить делителем напряжения до значения половины питающего напряжения.

После прохождения сигнала через фильтр колебания сглаживается и получается ровное напряжение относительно которого можно детектировать пересечение обратной ЭДС.


                                       Рисунок 26. Напряжение после делителя и фильтра низких частот.

Средняя точка будет менять свое значение в зависимости от напряжения (скважности ШИМ), так же как и огибающая сигнала.
                               

Полученные сигналы с компараторов заводятся на микроконтроллер, который их обрабатывает по алгоритму выше.
Пока на этом все.

Системы зажигания с датчиком Холла

Магнитоэлектрический датчик Холла получил свое название по имени Э. Холла американского физика, открывшего в 1879 г. важное гальваномагнитное явление.

Элемент Холла представляет собой тонкую пластинку, выполненную из полупроводникового материала (кремний, германий), с четырьмя электродами. Если через такую пластинку проходит ток I и на нее одновременно действует магнитное поле, вектор магнитной индукции В которого перпендикулярен плоскости пластинки, то на параллельных направлению тока гранях возникает э.д.с. Холла, которое определяется по следующему выражению:

Uн = кхIВ/d,
кх – постоянная Холла, зависящая от материала пластинки; d – толщина пластинки

Рис. Принцип работы элемента Холла:
1 – магнит; 2 – пластинка из полупроводникового материала

Через пластинку пропускается ток примерно 30 мА, тогда как напряжение Холла составляет 2 мВ, увеличиваясь с ростом температуры. Пластинка обычно представляет одно целое с интегральной схемой, осуществляемой усиление и формирование сигнала.

Если между магнитом и полу­проводником поместить перемещающийся экран с прорезями, получим импульсный генератор Холла.

Схема прерывателя-распределителя с датчиком Холла представлена на двух следующих рисунках.

Рис. Принцип работы датчика Холла:
1 – постоянный магнит; 2 – ротор; 3 – элемент Холла; 4 – операционный усилитель; 5 – формирователь импульсов; 6 – выходной каскад; 7 – блок стабилизации

Магнитное поле создается постоянным магнитом 1, а прерывание магнитного поля осуществляется ротором (экраном) 2 с окнами, укрепленным на валике распределителя. При прохождении окна ротора около постоянного магнита силовые линии его магнитного поля пронизывают поверхность элемента Холла и на его выходе возникает ЭДС. Если воздушный зазор между магнитом и элементом Холла перекрывается шторкой, магнитное поле замыкается на шторку экрана и не попадает на элемент Холла.

Рис. Схема прерывания магнитного потока:
1 – датчик Холла; 2 – держатель датчика; 3 – воздушный зазор; 4 – магнитный поток; 5 – ротор

Количество шторок и окон экрана соответствует количеству цилиндров двигателя. Ширина шторки экрана соответствует углу, при котором выходной транзистор коммутатора пропускает ток через первичную обмотку зажигания.

Учитывая небольшое напряжение, вырабатываемое элементом Холла, оно обрабатывается и усиливается.

Операционный усилитель 4 усиливает сигнал датчика и через формирователь импульсов 5 подает сигнал на базу выходного транзистора 6 и открывает его. Для исключения влияния на выходной сигнал датчика колебаний напряжения сети и температуры в схеме датчика имеется блок стабилизации 7.

При нахождении шторки экрана в щели воздушного зазора, величина магнитного потока резко падает, вследствие замыкании магнитного потока на шторку.

Рис. Импульсы датчика Холла:
В – магнитная индукция; Uн – напряжение, вырабатываемое элементом Холла; Ug – напряжение, вырабатываемое датчиком Холла; I – ток первичной обмотки катушки зажигания; tz – момент зажигания электрической искры; а – изменение магнитной индукции; б – изменение напряжения, вырабатываемого элементом Холла; в – изменение напряжения, вырабатываемого датчиком Холла; г – изменение силы тока первичной катушки зажигания.

Напряжение, вырабатываемое элементом Холла Uн, поступает на операционный усилитель, где происходит усиление сигнала. После этого ток поступает на формирователь импульсов и там происходит переработка из аналогового сигнала в цифровой. Затем полученный цифровой сигнал поступает на выходной каскад и окончательно усиливается до величины напряжения Ug, достаточного для работы транзисторного коммутатора. При этом напряжение Ug за счет инверсии выходного каскада вырабатывается в момент отсутствия напряжения Uн с входа элемента Холла, т.е. в момент перекрытия шторкой экрана воздушного зазора, что соответствует напряжению Uн ниже 0,4 В. В таком положении экрана транзистор выходного каскада Т0 находится в открытом состоянии, при этом от коммутатора через транзистор Т0 проходит ток и при этом база транзистора Т1 соединяется с массой.

Рис. Электрическая схема коммутатора и датчика Холла:
1 – датчик Холла; 1а – выходной сигнал; 2 – коммутатор; 3 – замок зажигания; 4 – дополнительный резистор; 5 – шунтирование дополнительного резистора; 6 – катушка зажигания

Учитывая, что проводимость транзистора Т1 n-p-n, отсутствие положительного потенциала этого транзистора приводит к его закрытию. В результате этого прекращается подача положительного потенциала на базу В через резистор R4 и коллекторно-эмитерный переход транзистора Т1. При этом ток не проходит через резистор R7 и база В включения транзисторов Т2/Т3 замыкается на массу. Учитывая проводимость этих транзисторов n-p-n, отсутствие положительного заряда на базе В, транзисторы закрываются и ток в первичную обмотку катушки зажигания не поступает. При выходе экрана из воздушного зазора напряжение с элемента Холла достигает 0,4В и через первичную обмотку катушки зажигания начинает протекать ток.

В момент попадания зуба ротора в зазор датчика на выходе датчика создается напряжение Umax примерно на 3 В меньше напряжения питания. Если через зазор датчика проходит прорезь ротора, напряжение на выходе датчика Umin близко к нулю (не более 0,4 В). Отношение периода Т к длительности Ти (скважность) равна трем. Напряжение питания датчика соответствует напряжению бортовой сети и находится в пределах 8…14 В.

Для преобразования управляющих импульсов бесконтактного датчика в импульсы тока в первичной обмотке катушки зажигания применяются коммутаторы. Коммутатор преобразует управляющие импульсы датчика в импульсы тока в первичной обмотке катушки зажигания. Коммутатор соединен с генератором импульсов (бесконтактным датчиком) тремя проводниками. Коммутатор управляет зажиганием в зависимости от частоты вращения валика датчика-распределителя, напряжения аккумулятора, полного сопротивления катушки зажигания и при любых режимах работы двигателя выдает импульсы напряжения постоянной величины. Во время прохождения положительного импульса (напряжение Umax ) от бесконтактного датчика происходит постепенное ( в течении 4…8 мс) нарастание тока в первичной обмотке катушки зажигания до максимальной величины В равной 8…9 А. В момент, когда напряжение на выходе датчика падает до Umin , выходной транзистор коммутатора закрывается и ток через первичную обмотку катушки зажигания резко прерывается. В результате во вторичной обмотке индуцируется импульс высокого напряжения.

Отдельно элементы прерывателя-распределителя с датчиком Холла показаны на рисунке. Пластинка и остальные составляющие датчика Холла устанавливается внутри пластмассового корпуса, залитого смолой. Датчик Холла неразборный и не подлежит ремонту. Для соединения с коммутатором датчик Холла имеет 3 вывода.

Рис. Элементы прерывателя-распределителя с датчиком Холла:
1 – ротор: 2 – шторка; 3 – держатель датчика Холла; 4 – постоянный магнит и датчик Холла; 5 – воздушный зазор

Датчик-распределитель выдает управляющие импульсы низкого напряжения и распределяет импульсы высокого напряжения по свечам зажигания. Он имеет центробежный и вакуумный регуляторы опережения зажигания. Бескон­тактный датчик в сборе с опорной пластиной имеет возможность поворачиваться в зависимости от разряжения, подводимого к вакуумному регулятору.

Катушка зажигания, адаптированная к данной системе зажигания, установлена рядом с коммутатором. Она преобразует прерывистый ток низкого напряжения (12 В) в ток высокого напряжения (20…25 кВ) необходимый для пробоя воздушного зазора между электродами свечей зажигания. Катушка имеет в верхней части отверстие, закрытое пробкой диаметром 5.5 мм для защиты катушки от избыточного внутреннего давления. Пробка выталкивается из отверстия при росте давления вследствие повышения температуры из-за короткого замыкания.

Видео: Как работает датчик Холла

Сообщества › Электронные Поделки › Блог › Двухконтурное зажигание на одном датчике холла и существующей шторке

Как обладатель автомобиля с трамблёром и шторкой, хочется божьей искры)).
Имеется стандартное безконтактное зажигание на четырехцилиндровом двигателе — yandex.ru/images/search?t…g&pos=0&rpt=simage&lr=213
Для того, чтобы избавиться от бегунка, на котором есть потери, предлагается доработать систему. Способов доработки три:
1. Поставить второй датчик холла под углом 90 гр к существующему, с сохранением существующего бегунка. При этом надо добавить один коммутатор или взять двухканальный коммутатор xn----7sbbil6bsrpx.xn--p1…8-%D0%BA%D0%B0%D1%82.html.
2. Оставить существующий датчик холла, изменить шторку — www.drive2.ru/b/1099384/?m=1758 … a175813021.
3. Зажигание с микропроцессорным управлением (январь и тд) с датчика коленвала, распредвала и тд.
Не рассматривая третий вариант в связи с большими затратами (как по мне, проще взять авто с инжекторным двигателем), рассмотрим первые два.
Первый вариант кажется достаточно простым, но непросто выставить два датчика холла точно на 90 гр. относительно друг друга. Конечно, осциллографы рулят и все дела, но что делать тем, у кого нет осциллографа? Опять же, вносим лишний элемент (датчик холла), который не на всех авто меняется так просто.
Второй вариант попроще, но надо вытачивать новую шторку. Опять же, небольшие отклонения в геометрии этой шторки приводят к трудноуловимым пропускам зажигания.
Неужели нет четвертого варианта? По сути дела, нам нужно на четырехцилиндровый двигатель поочередно с кручением коленвала подавать искру в 1 и 4 цилиндр, затем в 2 и 3 цилиндр.
При существующем датчике холла надо добавить какой-то элемент, который бы после одного срабатывания (сигнала с датчика холла) передавал сигнал допустим на коммутатор 1, затем переключался и при следующем срабатывании датчика холла передавал сигнал на второй коммутатор.
В приложении блок схема этого варианта.

По поводу быстродействия — на автомобилях один оборот коленвала = 0,5 оборота трамблёра. Таким образом при максималке допустим 8000 оборотов в минуту, трамблёр сделает 4000 оборотов. За каждый оборот датчик холла сработает 4 раза, т.е. всего 4000*4= 16 000 срабатываний. В секунду — 16 000 / 60 = 270 срабатываний. Требуемая скорость переключения — 3,7 милисекунды.
Какие мысли? В какую сторону копать?
PS. Паяльник в руках умею держать, в простых схемах разбираюсь.

Audi 80 Zinkeimer › Бортжурнал › Двухконтурное зажигание на кулере на моновпрыск джетроник)

Давно хотел избавиться от крышки трамблера и бегунка и вот как-то наткнулся на статью и вот и решил сделать себе. Принцип работы там описан, поэтому не буду об этом писать.
Была куплена четырехвыводная катушка от ваз, кулер от компьютера, нужен кулер без желтого провода)), нужен еще один коммутатор, один оставляем штатный. Коммутатор у меня был оригинальный Telefunken.

катушка ваз 2111

кулер

коммутатор


Дальше разбираем кулер, извлекаем кольцевой магнит и выпаиваем датчик холла микросхемка на 4х ножках с индексом 276 или 277 другой не подойдет.

датчик холла


Магнит я приклеил вот так, он как раз четко вошел в углубление в шторке, в будущем нужно сделать втулку, чтобы магнит держался надежнее

приклееный магнит


также я использовал корпус кулера для того что бы на нем закрепить плату с датчиком холла, а вот и плата, на ней припаян датчик и два смд резистора на 1кОм

плата-крышка с датчиком холла


Плата сделана с возможностью регулировки, так как магнит клеил не особо точно.Датчик должен находится во внутренней части магнита.
Больше с трамблером ничего не делаем.
Дальше подключение электрической части:
Разрезаем средний провод от штатного датчика холла и плюс тоже берем оттуда и подключаем согласно схеме

Коммутаторы подключаем следующим образом, штатный коммутатор почти не трогаем, надо только отрезать провод от 7 контакта и подключить уходящий провод к среднему проводу штатного датчика холла, иначе не будет сигнала на форсунку и тахометр. Сигнал с 7 контакта и с датчика холла отличаются немного по фазе, но вроде двигатель работает нормально

1-сигнал с датчика холла 4- сигнал RPM на 7 ноге коммутатора

Проводку от штатной катушки тоже используем, подключаем к новой катушке и ко второму коммутатору. В общем согласно схемы:


Дальше настраиваем зажигание, проверяем чтобы искра совпадала с номером цилиндра и запускаем) Езжу на таком зажигании пол года, полет нормальный))
вот еще несколько фото:

Kinoflycar › Блог › Проверка датчика положения коленвала на основе эффекта холла с помощью Ардуино

Полный размер

В моём автомобиле потерялась искра. Заменил в том числе датчик коленвала, не помогло. Затем узнал что не поступает импульс с ЭБУ на сигнальный разъём коммутатора. Соответственно дело идёт к замене ЭБУ. В России всё, что нашёл подходящее к моей машине идёт с иммобилайзером, которого в комплекте конечно же нет. Прошустрил интернет, его конечно можно перепрошить, но это отдельная история. Упёрлось в то что легче и по деньгам и по качеству заказать с ебея с Америки. Но решил напрямую посмотреть вообще будет ли искра если подать импульс самому. Сейчас собираюсь в гараж и это узнаю. Но перед этим вчера пришла мысль. А что если с помощью Arduino (платформа, где самому можно создавать модули) организовать считывание сигналов с датчика положения коленвала и отправлять импульсы напрямую на коммутатор и попытаться завести автомобиль. Но подумав хорошенько, решил так пока не делать, ведь угол опережения зажигания зависит от очень многих факторов, от давления температуры, степени обогащения бензина, решил пока оставить эту идею, но не покидала мысль а можно ли вообще считать импульсы с датчика положения коленвала? Заодно и проверить новые и старые датчики. Оказалось, что МОЖНО!

В интернете не нашёл статей и видео как по-человечески проверить датчик положения коленчатого вала, который основан на основе эффекта Холла с тремя пинами, поэтому решил поделиться информацией как это просто организовать у себя дома. Но предупреждаю, что если у вас проблемы с ДПКВ, то данная проверка может не выявить почему троит или работает двигатель не ровно, по идее такие проблемы лучше искать у профессионального диагноста с осциллографом. Сам я не диагност, а в радиоэлектронике не прошарен сильно. Но данная проверка позволит выявить работает ли вообще датчик ДПКВ.

Что я сделал? Для начала мне нужно было узнать распиновку. В книжку было лень идти искать, просто взял мультиметр, снял фишку с датчика, включил зажигание, прозвонил фишку, которая идёт от ЭБУ, выяснил что центральная нога — земля, крайние +8 вольт, и сигнал, пометил, поехал домой. По дороге узнал как питаются датчики холла, к напряжению они не привередливы, можно питать от 4 до 24 вольт во многих. Приехал домой, обжал провода с тонкими разъёмами, записал на ардуино прошивку, взял скетч с обычного датчика холла, позже выяснилось что ДПКВ работает только по аналоговому сигналу. Когда подключён датчик. Показания колеблятся от 100 до 300 единиц, при подношении металлического предмета становятся ровно 0. Доработал прошивку слегка и добавил что при значении 0, загорается светодиод у ардуино, чтобы можно было обходится без ПК. Ссылка на прошивку Arduino вот. Ниже схема подключения и работа.

Надеюсь кому-то вдруг данная статья поможет.

Полный размер

Проверка датчика Холла и его замена — DRIVE2

Датчик Холла – это один из важнейших элементов бесконтактной системы зажигания бензиновых двигателей. Малейшая неисправность этой детали приводит к серьезным неполадкам в работе мотора. Поэтому, чтобы не допустить ошибки при диагностике, важно знать, как проверить датчик Холла и при необходимости заменить его.

Этот материал мы разделили на две части: теоретическую (назначение, устройство и принцип работы датчика Холла) и практическую – признаки неисправности, методы проверки и способы замены.

А перед тем, как проверять датчик Холла на наличие неисправностей, давайте разберемся с его назначением и принципом работы.

Датчик Холла (он же датчик положения распредвала) является одним из главных элементов трамблера (прерывателя-распределителя). Он находится рядом с валом трамблера, на котором крепится магнитопроводящая пластина, похожая на корону. В пластине столько же прорезей, сколько цилиндров в двигателе (см. рисунок выше). Внутри датчика имеется постоянный магнит.

Принцип работы датчика Холла следующий: когда вал вращается, металлические лопасти поочередно проходят через прорезь в датчике. В результате этого вырабатывается импульсное напряжение, которое через коммутатор попадает в катушку зажигания и, преобразуясь в высокое напряжение, подается на свечи зажигания.

Датчик Холла имеет три клеммы:

-одна соединяется с "массой",
-ко второй подходит плюс с напряжением около 6 В,
-с третьей клеммы уходит преобразованный импульсный сигнал на коммутатор.


Неисправности у датчика Холла проявляются по-разному. Даже опытный мастер не всегда сразу выявит причину неполадок двигателя.

Вот несколько самых распространенных симптомов:

-Мотор плохо заводится или не запускается вообще.
-На холостом ходу в работе двигателя появляются перебои и рывки.
-Машина может дергаться при движении на повышенных оборотах.
-Силовой агрегат глохнет во время движения.
При появлении одного из этих признаков, необходимо в первую очередь проверить исправность датчика Холла.

Также не стоит исключать из вида и другие неисправности системы зажигания, встречающиеся в автомобилях.

Существует несколько способов, чтобы проверить исправность датчика Холла.

Каждый автомобилист может выбрать для себя наиболее подходящий вариант:

— Взять для проверки рабочий датчик у соседа или на автомобильной разборке и установить его вместо "родного". Если проблемы двигателя исчезнут, значит, придется покупать новую деталь.
— При помощи тестера можно измерить напряжение на выходе датчика. В исправном устройстве напряжение будет изменяться от 0,4 В до 11 В.
— Можно создать имитацию датчика Холла. Для этого с трамблера снимают трехштекерную колодку. Затем включают зажигание и отрезком провода соединяют выходы 3 и 6 коммутатора. Появление искры свидетельствует о выходе датчика из строя.

Обычно замена датчика Холла выглядит следующим образом:

— Прежде всего, трамблер снимается с машины.
— Далее снимается крышка трамблера и совмещается метка механизма газораспределения с меткой коленвала.
— Запомнив положение трамблера, нужно открутить крепежные элементы гаечным ключом.
— При наличии фиксаторов и стопоров, их также следует извлечь.
— Вал вытаскивают из трамблера.
— Осталось отсоединить клеммы датчика Холла и открутить его.
— Оттянув регулятор, неисправная деталь осторожно вынимается через образованную щель.
— Новый датчик Холла устанавливается в обратной последовательности.
Проверка работоспособности датчика Холла позволяет не только точно определить причину отказа двигателя. Благодаря простым приемам автомобилист сэкономит свое время на ремонт, а также исключит ненужную трату денег.

Датчики положения (индуктивный датчик, датчик Холла)

Датчики положения (индуктивный датчик, датчик Холла)

Для измерения скорости вращения и определения положения различных узлов двигателя используются датчики положения. К ним относятся: датчик положения коленчатого вала (ДПКВ), датчик положения распределительного вала (ДПРВ) или датчик фазы (ДФ), датчик скорости (ДС), датчики ABS.
Сигнал ДПКВ используется для определения частоты вращения КВ, а также его мгновенного положения. Т.к. частоты вращения распределительного и коленчатого валов соотносятся как 1:2, то только по сигналу ДПКВ невозможно однозначно определить находится ли поршень двигателя, движущийся к ВМТ, на такте сжатия или выпуска. Фазный датчик на распределительном валу передает эту информацию в блок управления.
В качестве примера приведен сигнал с авто ВАЗ.


Сигналы ДПКВ (синий) и ДПРВ (зеленый)

К наиболее распространенным типам этих датчиков относятся: индуктивный (электромагнитный) датчик и датчик Холла.

Индуктивный датчик

Этот тип датчика наиболее распространен в качестве ДПКВ. Датчик монтируется поблизости от подвижного элемента, называемого маркерным диском. Этот элемент представляет собой стальной диск с зубьями, который жестко зафиксирован на коленчатом валу (может находиться как со стороны ременной передачи, так и непосредственно на маховике КВ).


Расположение ДПКВ
1. ДПКВ
2. Маркерный диск
3. Разъем датчика

Датчик состоит из обмотки с сердечником из постоянного магнита. Когда зуб проходит перед датчиком, это приводит к усилению магнитного потока, проходящего через обмотку. Напротив, увеличение зазора ослабляет этот поток. Происходит изменение магнитного поля, которое вызывает появление индукционного тока в обмотке. Амплитуда напряжения переменного тока сильно возрастает по мере повышения частоты вращения маркерного диска (от нескольких мВ до значений более 100 В).


Конструкция индуктивного датчика
1. Обмотка
2. Метка на маркерном диске в виде пропущенных зубьев
3. Постоянный магнит

Маркерный диск может иметь как пропуски зубьев, так и более широкие зубья.

Кол-во зубьев маркерного диска зависит от его назначения и модели авто. В качестве маркерного диска для КВ наиболее распространенным является диск с 60-ю зубьями, при этом два зуба пропущены. Зазор с пропущенными зубьями предназначен для отметки определенного положения коленчатого вала и служит как установочная метка для синхронизации блока управления.
На маркерных дисках системы ABS пропуск зубьев отсутствует, т.к. в данной системе положение колеса не принципиально, имеет значение только скорость вращения.


Пример сигнала индуктивного датчика ABS

В варианте исполнения для ДПРВ, маркерный диск может иметь всего один зуб, т.к. в данном случае нет необходимости измерять скорость вращения, нужно определить только положение РВ для определения фазы работы двигателя.

Для дальнейшего анализа электронный блок производит преобразование аналогового сигнала в цифровой. Амплитуда напряжения сигнала пропорциональна скорости прохождения подвижной детали перед датчиком. Напряжение также в значительной степени зависит от расстояния между вершинами зубьев и поверхностью датчика, как правило, зазор составляет 1±0,5 мм. Подсчитывая число импульсов в течение заданного промежутка времени, электронный блок может определить скорость вращения КВ.
Индуктивный датчик подключается к контроллеру экранированной парой проводов с заземлением экранирующей оплетки на кузов автомобиля.


Пример схемы подключения ДПКВ

Для записи осциллограммы индуктивного датчика, необходимо подключиться измерительным щупом непосредственно к сигнальному выходу датчика либо к разъему со стороны ЭБУ.


Подключение мотор-тестера к ДПКВ (цветовая маркировка проводов указана в качестве примера)

Датчик Холла

В таких датчиках использован эффект Холла. Интегральная схема датчика Холла располагается между маркерным диском и постоянным магнитом.
Когда зуб маркерного диска проходит у элемента датчика, то он изменяет величину магнитного поля, пронизывающего элемент Холла. За счет этого возникает сигнал напряжения, который находится в милливольтновом диапазоне и не зависит от относительной скорости между датчиком и маркерным диском. Оценивающая электронная схема, встроенная в интегральную схему, вырабатывает сигнал в форме прямоугольных импульсов.


Датчик Холла
1. Постоянный магнит
2. Интегральная схема Холла.
3. Маркерный диск
4. Разъем датчика

Как правило, датчик Холла имеет три вывода: питание +5В (+12В), «земля», сигнальный выход.


Пример схемы подключения ДПРВ

Для записи осциллограммы датчика Холла, необходимо подключиться измерительным щупом непосредственно к сигнальному выходу датчика либо к разъему ЭБУ.


Подключение мотор-тестера к ДПРВ (цветовая маркировка проводов указана в качестве примера)

Для записи сигнала ДПКВ рекомендуется использовать 2ой аналоговый канал мотор-тестера, для сигнала ДПРВ - 3ий канал. При наличии нескольких ДПРВ, можно использовать любой свободный аналоговый канал.


Настройка аналогового канала для индуктивного датчика


Настройка аналогового канала для датчика Холла

Дополнительные возможности ПО:
Автоподстройка линейки по любому «стандартному ДПКВ» (тема на форуме)

Одновременный анализ сигналов ДПКВ и ДПРВ позволяет проверить работу этих датчиков, а также правильность установки КВ и РВ (соответствие меток ГРМ).

автор: Евгений Куришко

признаки и причины неисправности, проверка, ремонт, замена

В современном автомобиле установлено множество датчиков, сигнализирующих о различных процессах, протекающих внутри и снаружи машины. Так, спидометр работает благодаря датчику, измеряющему частоту оборотов колес, лямбда-зонд – измеряет количество кислорода в отработанных газах. Задача датчика Холла – это участие в определении момента зажигания, без которого нормальная работа двигателя была бы невозможна.

Назначение и принцип работы датчика Холла

Датчик Холла берет название от фамилии изобретателя, который в 1879 г открыл гальваномагнитное явление. Его суть заключается в возникновении разницы потенциалов при помещении проводника в магнитное поле, что вызывает поступление на него постоянного электрического тока. Датчик использует описанный выше эффект в условиях установленного под напряжением внутри прибора проводника, на который воздействует магнитное поле, пересекающее его поперек, и создает электродвижущую силу.

Принцип работы устройства основан на фиксации присутствия или отсутствия магнитного поля. При достижении силы индукции определенного значения, датчик показывает наличие поля. Если показатель ниже установленного значения, датчик указывает на его отсутствие. Чувствительность прибора определяется способностью фиксировать магнитное поле различной индуктивности, и может изменяться в зависимости от необходимых требований.

Автомобильный датчик Холла предназначен для измерения импульсов, на основании которых электроника блока управления зажиганием дает команду образования искры в необходимый для этого момент. Конструктивно прибор состоит из следующих частей:

  1. Постоянного магнита.
  2. Стального экрана с несколькими прорезанными отверстиями.
  3. Полупроводниковых пластин.

Из датчика выходит разъем, содержащий 3 клеммы:

  1. Первый выход соединяется с «массой».
  2. Второй предназначен для подключения напряжения 6 В.
  3. Третий подает преобразованный импульсный сигнал в коммутатор.

В большинстве случаев датчик располагают на трамблере. Он определяет момент подачи искры и используется вместо контактов. Существует цифровая модификация датчика, которая бывает биполярная и униполярная. Первый тип срабатывает при смене полярности, а второй при появлении поля.

Признаки неисправности датчика Холла

Неисправности датчика Холла могут иметь различные признаки, на основании которых даже опытному мастеру не всегда удается сразу выявить поломку. Наиболее типичные симптомы поломки датчика следующие:

  1. Двигатель плохо запускается или не запускается вообще.
  2. При езде автомобиля на высоких оборотах, происходят подергивания из-за работы двигателя.
  3. Работа двигателя на холостом ходу характерна рывками и перебоями.
  4. Двигатель глохнет при движении.

Проверка

Исправность датчика Холла можно проверить следующими способами:

  1. Установкой заведомо исправного датчика на место проверяемого. Если при запуске двигателя проблемы исчезли, значит «родной» датчик неисправен, и нуждается в ремонте или замене.
  2. Замер тестером выходного напряжения датчика. Исправное устройство покажет напряжения, находящиеся в пределах от 0,4 до 11 В.
  3. Созданием имитации датчика снятием с трамблера трехштекерной колодки, соединением проводами 3 и 6 выхода коммутатора и включением зажигания. Появившаяся искра свидетельствует о поломке датчика.

Ремонт датчика Холла

Конструкция датчика Холла достаточно проста, и прибор редко выходит из строя. Но при его поломке автомобиль становится обездвиженным, и деталь требует срочной замены. Поскольку датчик достаточно дорогой, особенно для иномарок, имеет смысл попытаться самостоятельно его отремонтировать. Для примера можно взять прибор автомобиля Фольксваген, который устанавливают на различные модели машин данного автопроизводителя.

Самая ненадежная часть датчика – логический элемент S441А, представляющий собой чувствительную часть прибора, которая и выходит из строя. Целью ремонта является ее замена. Сама процедура состоит из следующих этапов:

  1. Покупка вышедшего из строя элемента или его аналога.

2. Проверка детали на работоспособность. С этой целью последовательно соединяют светодиод и резистор (1 или 2 кОм) и крепят к контактам «+» и «выход». Величина тока должна варьироваться от 3 до 30 В, а исправность элемента проверяется магнитом: при его воздействии срабатывает светодиод.

3. Дрелью и сверлом по металлу в центре датчика Холла проделывают отверстие, ножом «заподлицо» обрезают провода, надфилем прокладывают канавки от проделанного отверстия до выходов удаленных проводов.

4. Размещение активного элемента в проделанном окошке и проверка его на работоспособность. Так, при подключенных контактах и прохождении шторки через прорези, светодиод должен загораться, и при закрытии магнитного потока – гаснуть.

5. Если схема отказывается работать, элемент переворачивают и снова проводят проверку (полярность расположения имеет значение).

6. Если проверка прошла успешно, производят разводку выводов элемента в канавках корпуса. В самом окошке подпаивают провода, которые идут к соединительному разъему старого датчика. Обращают внимание на правильную последовательность проводов и их совпадение с маркировкой разъема трамблера («+», «0», «-»).

7. Завершив пайку, визуально и тестером проверяют отсутствие коротких замыканий в датчике. При успешной проверке заделывают технологическое отверстие термостойким клеем.

8. Датчик ставят на место и проверяют схему на предмет отсутствия коротких замыканий: никакой из проводов не должен звониться на корпус.

Аналогично восстанавливаются датчики многих автомобилей. Кроме Фольксваген, ремонту поддаются приборы на Daewoo, AUDI, Mitsubishi, и т. д., так как их принцип действия во всех случаях один и тот же.

Замена датчика Холла

Замена датчика Холла – операция достаточно простая, которую может самостоятельно выполнить даже начинающий автолюбитель. Все действия осуществляются в следующем порядке:

  1. Демонтаж трамблера.
  2. Снять крышку трамблера и совместить метки газораспределительного механизма с меткой коленчатого вала.
  3. Зафиксировать положение трамблера, после чего при помощи гаечного ключа открутить крепеж.
  4. Извлечь стопоры и фиксаторы.
  5. Извлечь вал из трамблера.
  6. Отсоединить на датчике клеммы и открутить его.
  7. Осторожно вытащить неисправный прибор через щель, образовавшуюся при оттягивании регулятора.
  8. Установка нового датчика Холла осуществляется в обратной последовательности.

Требования к системе электронного зажигания. Описание электронной системы с датчиком Холла. Принцип действия

Работа датчика Холла основана на использовании гальваномагнитного эффекта в элементе Холла, который представляет собой тонкую [пластину с четырьмя выводами I (рис. 1), выполненную из полу-I проводниковых       материалов: германия,   кремния,    арсенида галлия, арсенида индия, антимода, Толщина пластины из полупроводникового  кристалла   составляет 10~4 м.

Рис. 1. Принцип действия полупроводникового элемента Холла

ЭДС Холла очень мала, зависит от силы тока в пластине (от напряжения питания С/п) и температуры, поэтому датчик Холла помимо элемента Холла (ЭХ) (рис. 2) включает в себя преобразователь с усилителем У, пороговый элемент К, выходной каскад на транзисторе УТ и стабилизатор напряжения (СТ). Конструктивно и технологически датчик Холла выполнен в виде одной микросхемы, называемой магнитоуправляемой интегральной схемой.

Рис. 2. Структурная схема микропереключателя на эффекте Холла (Рн — нагрузка датчика)

Магнитное поле в датчике Холла создается постоянным магнитом 5 (рис. 3). Магнитная система и магнитоуправляемая интегральная схема 7, объединенные в одном корпусе 6, образуют микропереключатель на эффекте Холла. Коммутация магнитного потока осуществляете ротором 2 в виде шторки с экранами 3 и прорезями, выполненного из магнитомягкой стали Ротор с валиком 4 датчика-распределителя вместе с ним вращается. Число прорезей равно числу цилиндров двигателя.

Рис. 3. Схема датчика Холла:

1 — магнитоуправляемая интегральная схема; 2 — ротор; 3 — экран; 4 — валик датчика-распределителя; 5 — магнит; 6 — корпус микропереключателя

При прохождении около постоянного магнита прорези ротора силовые линии его магнитного поля пронизывают поверхность ЭХ, и на его выход появляется ЭДС ех. Когда в зазоре между магнитоуправляемой интегральной схемой и магнитом находится экран ротора, происходит шунтирование магнитного по тока, и значение ехснижается до минимума. При периодическом изменении магнитного потока на выходе датчика Холла формируете) сигнал об угловом положении коленчатого вала двигателя в виде им пульсов напряжения прямоугольной формы.

В датчике Холла обеспечивается гистерезис переключения входного напряжения, так как уровни а и Ь ЭДС Холла ех)соответствующие включению и выключению порогового элемента, не совпадают. Частота вращения ротора практически не влияет на фронт и срез импульса ЭДС ех, поэтому электрическое смещение угла опережения зажигания датчика Холла значительно меньше, чем у генераторного МЭД.

Магнитоуправляемая интегральная схема датчика Холла, как и все электронные компоненты, чувствительна к воздействию внешних факторов, поэтому должна удовлетворять требованиям, которые предъявляются к изделиям автомобильной электроники, устанавливаемым б двигательном отсеке.

В датчике Холла 40.3706.800 форма и амплитуда сигнала не зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Время увеличения и уменьшения выходного сигнала датчика составляют доли микросекунды. Датчик Холла может работать в широком диапазоне напряжения питания от 4,5 до 18 В при силе тока нагрузки 20 мА. Термическая устойчивость датчика Холла должна обеспечивать нормальную работу при температурах окружающей среды от -40 до +125 °С. Смещение угла момента зажигания во всем температурном диапазоне не должно быть большим 0,5—1,5°.

Отказы. Диагностика. Причины. Устранение.

Распределители и датчики-распределители являются ответственными элементами системы зажигания, так как определяют момент опережения зажигания двигателя внутреннего сгорания и порядок работы цилиндров. На рис. 4  представлены конструктивные схемы датчиков-распределителей бесконтактной системы зажигания соответственно с датчиком Холла (автомобили ВАЗ) и магнитоэлектрическим датчиком.

Датчик-распределитель первого типа (см. рис. 4) разбирается следующим образом. Сначала, отвернув винты, снимают высоковольтную крышку 10, ротор П и защитную перегородку 9. Отсоединяют тягу вакуумного автомата 18 опережения зажигания от подвижной пластины, на которой закреплен датчик Холла 13, и, отвернув крепежные винты, снимают вакуумный регулятор. Отвертывают винты крепления и снимают неподвижную пластину 8 в сборе с подвижной. Снимают пружину с муфты 7, удаляют штифт и отсоединяют ее от валика 2 Валик с центробежным автоматом достают из корпуса 5.

Рис. 4 Конструктивная схема датчика-распределителя бесконтактной системы зажигания с датчиком Холла:

7 — муфта; 2 — валик; 3 — маслоотражательное кольцо; 4 — сальник; 5— корпус распределителя; 6 — втулка; 7 — подшипник; 8 — неподвижная пластина; 9 — защитная перегородка; 10 — высоковольтная крышка; // — ротор; 12 — крепежный винт; 13 -— датчик Холла; 14 — экран — замыкатель датчика Холла; 15 — втулка крепления замыкателя; 16 — центробежный автомат; 77 — присоединительный разъем; 18 — вакуумный автомат

После разборки выявляют дефекты корпуса и валика датчика


Смотрите также