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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Phasenwinkel von 2 Signalen


Autor: Christian Wolf (clupus)
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Hallo,

ich habe mir was zu Synchron-Motoren/Stepp-Motoren überlegt:
Das Problem bei beiden Motoren ist, dass wenn das Feld zu schnell ist 
bzw die Belastung zu groß, dass der Motor aus der Synchronität fällt. 
Beim Synchronmotor wird er langsamer, verliert Kraft und bleibt u.U. 
ganz stehen. Beim Steppmotor werden Schritte übergangen oder der Motor 
bleibt stehen.

Meine Idee war nun, den Strom in der/den Wicklungen zu messen und als 
Spannung "auszukoppeln".
Nun bestimme ich den Phasenwinkel zwischen Spannung und Strom. Je weiter 
der an die 90° kommt, desto wahrscheinlicher ist die Überlast (induktive 
Eigenschaften treten hervor => Belastung hoch). Ich könnte dann per AVR 
o.ä. die Geschwindigkeit reduzieren oder sonst irgendwie reagieren.

Meine Frage ist nun: Wie kann ich den Phasenwinkel zwischen den 2 
Signalen ermitteln, so dass ich sie verarbeiten kann?

Ich dachte zunächst die Zeit zwischen den Nulldurchgängen zu ermitteln, 
aber wenn ich kein Sinus-Signal auflege (Stepper), könnte ich durch 
Oberschwingungen ggf weitere Nullduchgäng finden wo eigentlich keine 
sind.

Ich dachte auch schon an diskrete FFT, ggf der Interferenz der beiden 
Signale, weiß aber nicht, ob das funktionieren würde. (Muss mich mal mit 
der ganzen Materie auseinandersetzen, hab mit FFT noch nie was zu tun 
gehabt.)

Was würdet ihr machen?
Gibt es sonst eine Mgl. die Phasenlage zweier Signale zu ermitteln? 
Vielleicht sogar ein Umsetzer Phasenwinkel => Spannung?

Danke
Christian

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
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Christian Wolf wrote:

> Gibt es sonst eine Mgl. die Phasenlage zweier Signale zu ermitteln?
> Vielleicht sogar ein Umsetzer Phasenwinkel => Spannung?

Am einfachsten geht das durch Multiplikation beider Signale.

1. Analog (bei sinusförmigen Signalen)
Beide Signale gehen auf jeweils einen Eingang eines Multiplizierers. Mit 
einem Tiefpass erzeugt man den Mittelwert des Produkt-Ausganges. Bei 90° 
Phasenverschiebung stellt sich eine Gleichspannung von 0 V ein. Bei 
allen anderen Phasenlagen stellt sich ein Wert zwischen -Umax bei 
Gegenphasigkeit und +Umax bei Gleichphasigkeit ein.

2. Digital (Vorzugsweise bei genauen Messungen)
Beide Signale werden mit einem Komparator in ein definiertes 
symmetrisches Rechtecksignal umgesetzt. Die Rechtecksignale werden mit 
einem Exor-Gatter verknüpft und der Ausgang des Gatters auf einen 
definierten Pegel, z.B. 0/+5V gebracht. Das Ergebnis erhält man wieder 
als Mittelwert des Ausgangssignales über einen Tiefpass. Die Spannung 
bei Gleichphasigkeit ist null und sie steigt linear bis auf 5V bei 
Gegenphasigkeit.

Jörg

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