Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Motor Switching hörbar trotz 25kHz PWM


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von Bert S. (kautschuck)


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Hi,

Ich habe hier einen Motor mit sehr kleiner Induktivität (500uH), welcher 
bei konstanter PWM mit 25kHz hörbar ist. Andere Motoren mit grösserer 
Induktivität sind es nicht. Es klingt so wie ein Wasserkocher, der kurz 
vor dem Siedepunkt steht, also nicht so ein unangenehmes hohes fiepen. 
Auch 40kHz PWM brachte hier nichts. Liegt das an der geringen 
Induktivität? Ich habe dies auch schon in Schaltnetzteilen gehört, wobei 
diese ja auch eher im 3 stelligen kHz Bereich schalten.

: Verschoben durch Moderator
von HildeK (Gast)


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Bert S. schrieb:
> Ich habe dies auch schon in Schaltnetzteilen gehört, wobei
> diese ja auch eher im 3 stelligen kHz Bereich schalten.

Zum Motor habe ich keine Erklärung, bei Schaltnetzteilen gibt es welche, 
die bei geringer Last in den Burst-Mode schalten und dann mit niedriger 
Wiederholrate Bursts im dreistelligen kHz-Bereich abgeben.
Man hört also diese Unterbrechungen.

von Simon D. (simon_d273)


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Was ist das denn für eine Machine?

von Bert S. (kautschuck)


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Es handelt sich um solch einen BLDC motor mit 2200kV:

https://www.banggood.com/de/DYS-D2826-2826-930KV-1000KV-1400KV-2200KV-Brushless-Motor-p-986316.html?cur_warehouse=CN

Die PWM des Controllers sieht tiptop aus und auch die Frequenz stimmt. 
Ich habe mal einen akustischen Spectrum Analyser verwendet und die 
grösste Amplitude tritt bei 5kHz auf, egal ob 25kHz oder 40kHz PWM.

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


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Könnten mechanische Schwingungen sein.

von imperator (Gast)


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Manche Glockenankermotoren haben 60uH und weniger. Obacht, mit 
steigender Frequenz sinkt die Induktivität bis zu 80%!

Mach eine Drossel dazu oder steigere die Frequenz noch weiter, falls der 
Motortreiber es zulässt.

von Rainer V. (a_zip)


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Bert S. schrieb:
> Es klingt so wie ein Wasserkocher, der kurz
> vor dem Siedepunkt steht, also nicht so ein unangenehmes hohes fiepen.

Spontan würde ich sagen, dass du die Frequenz hörst, mit der die 
Gegen-EMV gemessen wird. Die niedrige Induktivität wird wohl nichts 
damit zu tun haben...
Gruß Rainer

von oszi40 (Gast)


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Bert S. schrieb:
> klingt so wie ein Wasserkocher,

Mal Strom am Oszi angesehen? Evtl. ist PWM 25 kHz ok, aber es wird ein 
Strom in einem ungünstigen Arbeitspunkt begrenzt, der eine andere 
Frequenz zur Folge hat? Mal testweise Widerstand zur Wicklung parallel 
ob sich was hörbar ändert?

von sound so (Gast)


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Was für ein Controller hängt dran? Hörst du die Kommutierung und nicht 
die PWM ? Bei welcher Drehzahl, FOC oder Block-Kommutierung ...


fragen über fragen ....

von eProfi (Gast)


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Ich würde mit der Frequenz lieber mal runter gehen.
Bei 6-9kHz-PWM schwingt nichts mehr mit 5kHz ;-).

Ein Effekt kann wie schon erwähnt eine mechanisch-elektrische Resonanz 
sein:
Der Läufer schwingt mit seiner mechanischen Resonanzfrequenz. Die Folge 
ist, dass sich die Induktivität der Spulen mit dieser Frequenz ändert. 
Das kann wiederum den aus der PWM resultierenden Strom modulieren, was 
die Resonanz anregt. Ein Teufelskreis.

von Bert S. (kautschuck)


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Ich habe mal ein Video hochgeladen, dass das Geräusch zeigt. PWM 
Frequenz ist 32kHz.

https://youtu.be/K51tT0Qz9pY

Wenn ich den Referenzstrom Iq erhöhe, wird es ein wenig lauter.

sound so schrieb:
> Was für ein Controller hängt dran? Hörst du die Kommutierung und nicht
> die PWM ? Bei welcher Drehzahl, FOC oder Block-Kommutierung

Ein selbstgebauter mit FOC, basierend auf einem DRV8304.

von Roland E. (roland0815)


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Ich tippe auf eine Schwebung, welche in der Mechanik eine Resonanz 
findet.

von Gerhard O. (gerhard_)


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Ich hatte das Problem früher auch mit Schrittmotoren und dem L297/298 
Chipset. Verändern der Frequenz und ein anderer Controller (A3917) 
schufen komplette Abhilfe.

Es hörte sich wie ein Zischen oder Wasserrauschen an.

: Bearbeitet durch User
von Alex E. (tecnologic) Benutzerseite


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Wie ermittelst du den Rotorwinkel?

Betreibst du den Motor mit Stromregelung? Hast du mal eine konstante 
Spannung probiert?

Gruß

Alex

von Bert S. (kautschuck)


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Alexander B. schrieb:
> Wie ermittelst du den Rotorwinkel?
>
> Betreibst du den Motor mit Stromregelung? Hast du mal eine konstante
> Spannung probiert?

Ich habe einen absolut Encoder drauf, dann lege ich einen Strom fest und 
starte die FOC mit konstantem Phasenwinkel 0° und merke diese Position 
als Offset. Der Rotorwinkel ist dann immer:

Ich habe nun noch einen anderen Motor mit ähnlich kleiner Induktivität 
gekauft und ausprobiert, auch hier macht sich das gleiche Rauschen 
bemerkbar.

Alexander B. schrieb:
> Betreibst du den Motor mit Stromregelung? Hast du mal eine konstante
> Spannung probiert?

Ich verwende FOC mit Stromregelung. Wenn ich Vq konstant und Vd Null 
halte, läuft es auf das gleiche Rauschen heraus.

: Bearbeitet durch User
von Bert S. (kautschuck)


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Ich habe mal noch mit dem Spectrum Analyzer geschaut, Probe an Phase A 
und GND, und es gibt einen Peak bei etwa 11.6kHz, der wahrscheinlich 
auch das Rauschen verursacht. Oben dann die 32kHz PWM und harmonischen. 
Jetzt muss ich dem nur noch auf die Schliche kommen.

von Alex E. (tecnologic) Benutzerseite


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Moin Bert,

ok. Dann können wir Winkelrauschen und Stromrauschen durch die 
Stromregler ausschließen.

Wie sieht es mit der Totzeit aus? Ist die ggf. Zu hoch eingestellt.

Oder pendelt der Geber zwischen 2 Positionen? Hast du mal den Winkel 
fest gesetzt und eine konstante Spannung drauf gegeben?

Gruß

Alex

von Bert S. (kautschuck)


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Hoi Alexander,

Alexander B. schrieb:
> Wie sieht es mit der Totzeit aus? Ist die ggf. Zu hoch eingestellt.

Die Todzeit ist fest im DRV8304 verankert auf 120ns, das dürfte passen.

Alexander B. schrieb:
> Oder pendelt der Geber zwischen 2 Positionen? Hast du mal den Winkel
> fest gesetzt und eine konstante Spannung drauf gegeben?

Das könnte schon sein, ich probiere das mal aus. Aber ein kleines 
Abweichen des elektrischen Winkels ist ja noch nicht weiter schlimm, 
wenn ich nur im Current Control mode bin.

Edit: Ein konstanter Winkel ändert nichts am Rauschen.

: Bearbeitet durch User
von Hdudzevdjfd (Gast)


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Regelfrequenz?

von Bert S. (kautschuck)


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Hdudzevdjfd schrieb:
> Regelfrequenz?

Um die 16kHz FOC. Auch wenn ich die Timer PWM Cycles konstant setze, ein 
Rauschen ist immer noch vorhanden. Das muss wahrscheinlich schon was mit 
einer Schwebung oder so zu tun haben, es tritt aber nur bei Motoren mit 
sehr kleinem Innenwiderstand und Induktivität auf.

: Bearbeitet durch User
von Bert S. (kautschuck)


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Ich bin auch mal in den Hörbaren Frequenzbereich gegangen, so runter bis 
4kHz, auch hier ist dieses Rauschen noch vorhanden. Vielleicht ist das 
auch mit der Strommessung verbunden, der ADC läuft auf 25Mhz und wird 
durch den PWM Timer für SVPWM im richtigen Moment getriggert, so dass 
bei den Off-Zeiten gelesen wird, also wenn die gesamte LOW-Side 
eingeschaltet ist. Da mir bei 32kHz nicht viel Zeit bleibt und ich 3 
Messungen mache, kann ich nur mit 15Cycles/Wert messen. Evtl. pfuscht 
mir da was rein, obwohl die Phasen-Ströme eigentlich schön aussehen.

von Alex E. (tecnologic) Benutzerseite


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Die Strommessung ist aber irrelevant wenn du mit einer Konstanten 
Spannung auch das Rauschen hast. Setz mal einen festen Spannungsvektor 
direkt als duty cycles der 3 PWMs ist das Rauschen dann noch da? Ist das 
irgendwie abhängig vom Strom? Also Rauscht es auch bei 50% auf allen 
PWMs?

Gruß

Alex

von Bert S. (Gast)


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Genau, das Problem tritt auch bei konstantem Spannungsvektor genauso auf 
und ist ein bisschen lauter bei mehr Strom. Ich denke, dass das evtl mit 
dem DRV8304 zusammenhängt, da der ja die Gates antreibt.

von Mitleser (Gast)


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Hallo Bert, gibt es hier noch ein update?

Weitere Schritte, Untersuchungen?

Gruß.

von Dieter (Gast)


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Schau einmal unter dem Stichwort Magnetorestriktion. Was Du hoerst sind 
die Intermodulatinsprodukte der verschiedenen Frequenzen in Verbindung 
mit dessen Phasenrauschen.

Schmeiß mal die App Spektroid auf Dein Smartphone und poste das 
akustische Wasserfallbild.

von Bert S. (kautschuck)


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Mitleser schrieb:
> Hallo Bert, gibt es hier noch ein update?
>
> Weitere Schritte, Untersuchungen?
>
> Gruß.

Bisher hat nichts geholfen.

Dieter schrieb:
> Schau einmal unter dem Stichwort Magnetorestriktion. Was Du hoerst sind
> die Intermodulatinsprodukte der verschiedenen Frequenzen in Verbindung
> mit dessen Phasenrauschen.
>
> Schmeiß mal die App Spektroid auf Dein Smartphone und poste das
> akustische Wasserfallbild.

Das mit der Magnetorestriktion könnte es wirklich sein, jedoch müssten 
dann die Resonanzen nicht auch abhängig von der PWM Frequenz sein? Das 
Spektrogramm habe ich schon gemacht, mit einer anderen App. Aus dem 
akustischen Spektrogramm sieht man Peaks bei 2410Hz und fortfolgende 
Harmonische. Die Harmonische bei 4820Hz scheint verstärkt zu werden, bei 
9640Hz ist dann fast nichts mehr zu erkennen.

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von Jürgen S. (engineer) Benutzerseite


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Bert S. schrieb:
> Ich habe hier einen Motor mit sehr kleiner Induktivität (500uH), welcher
> bei konstanter PWM mit 25kHz hörbar ist.

Wenn eine PWM mit 25kHz so aussieht: 1x1 und 24x0 , dann hörst du eine 
Grundwelle mit 1kHz und mächtig vielen Oberwellen.

Bert S. schrieb:

> Das mit der Magnetorestriktion könnte es wirklich sein, jedoch müssten
> dann die Resonanzen nicht auch abhängig von der PWM Frequenz sein?

Sie sind in erster Linie abhängig von dem Wert, den Du drauf gibts. Du 
könntest versuchen, ihn zu verrauschen.

> Spektrogramm habe ich schon gemacht, mit einer anderen App. Aus dem
> akustischen Spektrogramm sieht man Peaks bei 2410Hz und fortfolgende
> Harmonische.
Das sehe ich da irgendwie nicht so eindeutig.

Deine FFT size scheint mir etwas klein, um die Freuquenzen genau zu 
diagnostizieren.

von Bert S. (kautschuck)


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Jürgen S. schrieb:
> Wenn eine PWM mit 25kHz so aussieht: 1x1 und 24x0 , dann hörst du eine
> Grundwelle mit 1kHz und mächtig vielen Oberwellen.

Das glaube ich nicht, denn die Periode ist immer noch 1/25kHz. Sonst 
würde man ja bei kleinen PWM Duty's immer die Frequenz hören. Auch würde 
ich hier bei allen Motoren ein Rauschen wahrnehmen.

Jürgen S. schrieb:
> Sie sind in erster Linie abhängig von dem Wert, den Du drauf gibts. Du
> könntest versuchen, ihn zu verrauschen.

Das könnte ich mal noch ausprobieren.

Jürgen S. schrieb:
> Das sehe ich da irgendwie nicht so eindeutig.
>
> Deine FFT size scheint mir etwas klein, um die Freuquenzen genau zu
> diagnostizieren.

Das schon, aber es geht ja auch nur um eine grobe Einordnung. Ob das nun 
4800Hz oder 4821Hz ist, spielt wahrscheinlich nicht wirklich eine Rolle, 
da ich nirgends ein Signal generiere das auch nur annähern in dieses 
Spektrum fällt.

von Jürgen S. (engineer) Benutzerseite


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Bert S. schrieb:
> Jürgen S. schrieb:
>> Wenn eine PWM mit 25kHz so aussieht: 1x1 und 24x0 , dann hörst du eine
>> Grundwelle mit 1kHz und mächtig vielen Oberwellen.
>
> Das glaube ich nicht, denn die Periode ist immer noch 1/25kHz.

Wo sind denn bei dir die 25kHz? Die Periode des Signals oder die minimal 
Periode des Pulses? Ich will auf Folgendes hinaus (klassisches Thema bei 
Audio):

Man nehme ein Rechteck und falte es phasenversetzt mit einem anderen. 
Während generell 48kHz für saubere Wellensynthese reichen, fällt man 
damit auf die Nase, weil die Oberwellen der Pulse unzureichend 
abgebildet werden und zu Lücken führen, welche deutlich längere Perioden 
haben. Diese führen dann zu hörbaren Frequenzen, wo es keine geben 
dürfte.

Wenn nun umgekehrt in deinem Fall, die Grundwelle schon 25kHz ist und 
die Pulslängen Bruchteile davon, die Frequenz also ein Vielfaches, dann 
wären mathematisch alle Frequenzen im Unhörbaren. Allerdings schalten 
solche Brücken nicht perfekt sondern applizieren zusammen mit 
nachgeschalteten Bauelementen einen nichtlinearen Filter. Ansonsten kann 
es durch die Filterwirkung der Drosseln oder durch Überlagerungen 
kommen: Unterschiedlich angeregte Elemente bilden Schwebungen.

von Dieter (Gast)


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Damit man es besser zuordnen kann, hilft eigentlich nur ein 
Wasserfallspektrum, wie es das Bild zeigt. Man sieht auch die 
Änderungen, wenn man an der Ursache "dreht".

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