无刷电机三项霍尔连接线序组合详细分析与波形实例

一、霍尔线序问题概述

无刷直流 (BLDC) 电机和控制器的接线没有既定的标准，因此，霍尔传感器和相位引线可能标记为 ABC、UVW，甚至根本没有标记。与其尝试分析电机以了解其定相，通过试错反复试验来确定正确的连接通常更容易。

由于三个霍尔传感器可以任意连接，因此有六种可能的电机相位引线连接方法。

线序1	A-B-C
线序2	A-C-B
线序3	B-A-C
线序4	B-C-A
线序5	C-A-B
线序6	C-B-A

在这六种相位接线组合当中，只有一种是正确的；与此同时，有三种连接会完全阻止电机转动（因为角度与正常角度相反）；剩下两种不正确的连接也需要特别关注。因为如果电机以这两种不正确的方法连接，电机也会转动，但是因为输出的角度和真实的角度有固定误差（60°霍尔安装方式两种错误是60°偏差和180°，120°霍尔安装方式两种错误是120°偏差和60°，），所以其性能会严重降级。

一旦电机旋转，就可以用示波器来观察相电压、相电流；或通过母线电流计算功率以查看连接是否正确。 如果连接正确，相电压波形将近似对称。相电流呈比较平滑的正弦形态。此外也可以观察稳压的提示的母线输出电流，是否大致与电机的额定功率匹配，运行一会电机是否发热等判断当前是否是那两种效率较低的线序。

二、120°与 60° 霍尔安装位置区别

我们仅以极对数 1 的电机举例，因为这个霍尔角度是按照电角度安装的， 霍尔波形和极对数无关。

2.1、120° 霍尔安装示例：

其正确旋转的波形是这样的：

霍尔状态切换顺序如下：

2.2、60° 霍尔安装示例：

 

正确旋转霍尔状态切换顺序如下：

三、六种霍尔线序波形详解

3.1 从霍尔转变为角度

我们以 120° 安装方式查看角度波形。

首先需要将 A、B、C 三相转化为二进制数字：

HALL_IO = (((HALL_U << 0) | (HALL_V << 1) | (HALL_W << 2)) & 0x07);
HALL_IO = (((HALL_U << 0) | (HALL_V << 2) | (HALL_W << 1)) & 0x07);
HALL_IO = (((HALL_U << 1) | (HALL_V << 0) | (HALL_W << 2)) & 0x07);
HALL_IO = (((HALL_U << 1) | (HALL_V << 2) | (HALL_W << 0)) & 0x07);
HALL_IO = (((HALL_U << 2) | (HALL_V << 0) | (HALL_W << 1)) & 0x07);
HALL_IO = (((HALL_U << 2) | (HALL_V << 1) | (HALL_W << 0)) & 0x07);

 之后根据 HALL_IO 的值得出角度，在下面的角度是将 0°~360° 映射到 -32768~32767 的代码：

switch (HALL_IO) // 霍尔新状态
{
case 0x05:mc_hall.g_IoHall.Theta = -27308;break;case 0x01:mc_hall.g_IoHall.Theta = -16385;break;case 0x03:mc_hall.g_IoHall.Theta = -5463;break;case 0x02:mc_hall.g_IoHall.Theta = 5463;break;case 0x06:mc_hall.g_IoHall.Theta = 16385;break;case 0x04:mc_hall.g_IoHall.Theta = 27308;break;default:break;
}

其中，mc_hall.g_IoHall.Theta 这个变量代表当前实际电角度。 

3.2 线序详解

3.2.1 A-B-C 线序

HALL_IO = (((HALL_U << 2) | (HALL_V << 1) | (HALL_W << 0)) & 0x07);

HALL_IO 的值变化如下：4-6-2-3-1-5

 

3.2.2 A-C-B 线序

HALL_IO = (((HALL_U << 2) | (HALL_V << 0) | (HALL_W << 1)) & 0x07);

HALL_IO 的值变化如下：6-4-5-1-3-2

3.2.3 B-A-C 线序

HALL_IO = (((HALL_U << 1) | (HALL_V << 2) | (HALL_W << 0)) & 0x07);

HALL_IO 的值变化如下：1-3-2-6-4-5

 

3.2.4 B-C-A 线序

HALL_IO = (((HALL_U << 0) | (HALL_V << 2) | (HALL_W << 1)) & 0x07);

HALL_IO 的值变化如下：5-4-6-2-3-1

 

3.2.5 C-A-B 线序

HALL_IO = (((HALL_U << 1) | (HALL_V << 0) | (HALL_W << 2)) & 0x07)

HALL_IO 的值变化如下：2-3-1-5-4-6

 

3.2.6 C-B-A 线序

HALL_IO = (((HALL_U << 0) | (HALL_V << 1) | (HALL_W << 2)) & 0x07);

HALL_IO 的值变化如下：5-1-3-2-6-4

3.3 线序规律总结

A-B-C、B-C-A、C-A-B 组合的角度极性是正确的，但是 B-C-A 和 C-A-B 两种组组合的角度有固定偏差，导致电机效率不高。其他三种的极性是错误的，会导致电机不能旋转。

在拿到一个新电机和新控制器时，如果我们搞不清楚控制器的接口也搞不清电机的线序，此时建议先跑一下不依赖霍尔的强拖程序，电机相线的六种组合下会有一种正转一种反转，此时先让电机转起来。之后根据上述规律组合搭配出霍尔顺序即可。

根据上述技巧，最多尝试 8 次 (5次电机相线组合，3次霍尔组合) 即可找到正确的线序。