Frage zu Frequenzspektrum Universalmotor

[Nils B. (Gast)]

Hallo zusammen,

ich habe im Zusammenhang mit einem Projekt eine Spektralanalyse der 
Ankerspannung eines Universalmotors(Einphasen-Reihenschluss-Motor) 
erstellt. Im vorhandenen Frequenzspektrum sind Frequenzen enthalten die 
Fragen aufwerfen.

Randdaten:
-Messdauer 1s
-Nennspannung 230V / 50Hz
-Abtastrate 40kHz
-Drehzahlregelung mittels Phasenanschnitt
-Ankernutenanzahl: 12
-Lamellenanzahl auf Kollektor: 24
-nahezu konstante Drehzahl über Messdauer
-FFT  mit 2^16 Punkten (Fensterung mittels Hamming + Zero-Padding)

Im Spektrum (siehe Bild) sind natürlich sehr stark die Netzfrequenz, und 
ungerade ganzzahlige Vielfache der Netzfrequenz enthalten (durch den 
Phasenanschnitt). Um das zwölffache der Drehfrequenz bilden sich starke 
Frequenzanteile die mit der Drehzahl 
zusammenhängen.(Kommutierungbedingt)
Diese Frequenzanteile haben jedoch immer einen Abstand von 100Hz. Die 
zwei stärksten Anteile liegen somit immer bei +-50Hz um die zwölffache 
Drehfrequenz. Jedoch entsprechen diese Frequenzanteile nicht ungerade 
ganzzahligen Vielfachen der Netzfrequenz. Warum sind diese 
Frequenzanteile, dennoch immer mit 100Hz Abstand angesiedelt?

Hat von euch jemand eine Idee zu diesem Sachverhalt?

Grüße Nils

[Peter R. (pnu)]

Schon mal etwas von Amplituden- und Phasenmodulation gehört und den 
Seitenlinien, die sich da bilden?

evtl. bildet sich auch durch die vorhandene Oberwelle im Motor ein 
zweites Drehfeld, das 100 Hz zugeordnet ist. Dieses kann den Anker 
periodisch vor- und zurückziehen und erzeugt dann eine 100-Hz 
Phasenmodulation des Ankerfeldes bzw. Ankerstromes. Gerade bei solcher 
Phasenmodulation entsteht eine große Anzahl von Seitenlinien.

Die Frequenzdifferenz dürfte durch den Schlupf des Motors entstehen.

Genaueres könnte man durch exakte Frequenz- bzw. 
Frequenzdifferenzmessung klären.
Denn  irgendwie wird da herumgenebelt: Sind die Seitenlinen im 
50Hz-,100Hz-Raster exakt oder um den Schlupf in der Frequenz verschoben?

[oszi40 (Gast)]

Nils B. schrieb:
> -Drehzahlregelung mittels Phasenanschnitt

Steile Impule erzeugen auch weitere Oberwellen. Ob die schon alle bei 
40kHz aufhören?

Nils B. schrieb:
> mit 100Hz Abstand

Phasenanschnitt?

[Udo S. (urschmitt)]

Die Frequenz, die durch die Kommutierung entsteht ist mit 100% 
Modulationsgrad mit 100 Hz durch die 50Hz der Betriebsspannung 
amplitudenmoduliert.

[Nils B. (Gast)]

Hallo zusammen,
vielen Dank für eure Hinweise, hat mir sehr geholfen.
Habe versucht das ganze mal in MATLAB näherungweise zu modellieren.
Habe dazu eine hypothetische drehzahlabhängige Sinusschwingung (Träger) 
mit dem angschnittenen Spannungssignal moduliert. Die Trägerfrequenz 
(drehzahlabhängiges Spannungsignal) hat dabei eine eine relativ kleine 
Amplitude, da diese im resultierenden Spektrum nicht mehr zu erkennen 
ist.
Zu diesem Signal habe ich dann noch die unveränderte angeschnittene 
Spannung dazu addiert um die Netzoverwellen zu erhalten und einen 
modulierten Anteil mit der doppelten Frequenz wie die das erste 
drehzahlabhängige Signal.

Wie das Spektrum dann aussieht seht ihr im Anhang.

Grüße

[Magic S. (magic_smoke)]

Ich denke die Peaks bei 4400Hz liegen an der Kommutierung und die Peaks 
bei 8800 sind einfach die Oberwellen davon.

So ein Motor ist ja ein mechanisch recht komplexes Bauteil. Die Wicklung 
hat kapazitive Anteile, die zusammen mit den induktiven einen 
Schwingkreis bilden können. Es könnten auch mechanische Schwingungen 
auftreten, die dann auf Betriebsspannung/Strom zurückwirken. Außerdem 
werden alle Störungen untereinander gemischt, können sich gegenseitig 
verstärken oder auslöschen.

[F. F. (foldi)]

Mit meinem schmalem Verständnis von Elektromotoren würde ich diesen 
Effekt eher auf die Verschiebung der neutralen Zone beziehen.