Motorvibrationer/cogging frågor

av **Thomas_A** » 2004-08-05 11:49

Hej,

jag undrar om det är någon som är hemma på motorer? Jag tänker specifikt på det skräp som mätts upp exempelvis på Linn LP12 med Lingo. En version Lingo hade sidoband på 100 Hz och 50 Hz, medans den senare versionen hade betydligt mindre 100 Hz, men fortfarande 50 Hz.

Motorn är 24-poling och drivs med två sinusvågor separerade 90°. Hastigheten @50 Hz är alltså 4.16 RPM. Den s.k. cogging-effekten sker när rotorns poler rör sig i förhållande till stator-polerna. Detta skulle ge en fundamental cogging-frekvens på 24 * 4.16 = 100 Hz. Jag undrar då om och i så fall hur en 50 Hz frekvens kan uppstå? Eftersom det är två stator-poler, kan man få en 50 Hz-mode vid två poler om de är antingen imperfekt alignade eller om drivfrekvensen inte är perfekt 90° förskjuten? Eller blir det övertoner av 100 Hz ?

Mkt tacksam för svar.

T

av **Naqref** » 2004-08-05 13:57

En snabb uträkning ger att för en synkronmotor med 24 poler så bör hastigeten @ 50Hz bli 240rpm. Hur får du det till 4.16rpm?

av **norman** » 2004-08-05 14:09

Det borde väl bli 50hz vibrationer oavsett hur många poler det är...
edit: oj, får nog ändra mig till 100hz.. är för varmt tror jag.. :wink:

(naqref: tror thomas menar varv per sekund, då stämmer det med att 4.16 blir 250rpm som jag får det till... om nu jag har rätt...?..

)

av **Thomas_A** » 2004-08-05 14:17

Ser man i mina mätningar finns det en komponent vid 4.1-4.2 Hz, vilket jag tror beror på imperfektioner i motorn. Ingen motors lager är helt rund. Tittar man noggrant så finns det en mycket liten skevhet i gången (vilket också kan vara att hela motorn sitter lite snett).

Och jag skrev fel....RPM ska vara Hz....

Frågan är hur 50 Hz genereras? 4.16 *24 är ju 100 Hz. Dock är det ju två statorpoler, och jag kan på något sätt intuitivt tänka mig att det också genereras 50 Hz komponenter. Men hur...?

av **Naqref** » 2004-08-05 14:24

Oki det var alltså 4.16Hz och inte 4.16rpm.
När det gäller 50Hz komponenten så bör den uppstå bl a p g a (bland annat på grund av) skillnaderna i storleken på statorlindningarna. Man brukar ha en primärlindning och en sekundärlindning där den sekundära används bara (ibland bara vid uppstart) för att få rätt rotationsriktning. Dragkraften för den sekundära är relativt liten i jämförelse med den primära som då torde dominera. Då borde det vara 'enkelt' för 50Hz (och även 100Hz) slinka igenom som komponenter p g a att primärlindningen inte är har ett helt geometriskt sinusformat magnetflöde.

Misstänker jag i a f.

av **Thomas_A** » 2004-08-05 14:24

Norman,

hur menar du? Jag tänker mest på de reaktionskrafter som finns i motorn, och de är exempelvis när rotorpolerna rör sig mellan statorpolerna. De är ju beroende på antal poler och deras geometri.

av **Thomas_A** » 2004-08-05 14:30

Naqref,

Vad händer om det finns en asymmetri mellan statorpolerna (mekanisk eller eller elektrisk, dvs inte perfekt 90° separerade sinus).

Skulle det bli 100 Hz eller 50 Hz fundamentaler ?

av **norman** » 2004-08-05 14:32

Thomas_A skrev:Norman,

hur menar du?

Tänkte nog lite för snabbt... tycker också att 100hz är den mest uppenbara vibrationen.

av **Naqref** » 2004-08-05 14:36

Om felet i fas är statiskt (kanske 75 grader istället för 90) så borde det (misstänker jag) inte hända mer än att fasläget på 50Hz och 100Hz störningarna borde ändra sig.

av **Thomas_A** » 2004-08-05 15:09

Ok...så om jag fortsätter...

de 50 (och 100 Hz) band som syns på mätningen av Lp12 kan härstamma från:

1. Ojämn gång från motorn (100 Hz cogging, 50 Hz --osäkert vad som orsakar denna). Motverkas av gummiremmen, den tunga skivtallriken och dess rotation/gyroeffekt.

2. Vibrationer från motorn som fortplantar sig genom den tunna toppplattan via fjädrarna i upphängningen och får upphängningen att vrida sig i förhållande till motorcentrum. Antag att fjädringen har sin fundamentala resonans på 2.5 Hz. Ett idealt andra ordningens mekaniskt filter; -12 dB vid 5 Hz, -24 vid 10 Hz, -36 dB vid 20 Hz och -48 dB vid 40 Hz. 50 Hz komponenten ligger ca -60 dB under referenstonen på 1000 Hz/0 dB.

Vad tror ni?

av **Isidor** » 2004-08-10 20:46

Thomas,

Förstår jag dig rätt när jag antar att du tittar på pickupsignalen (naturligtvis efter förstärkning och RIAA-korrektion)? Om så är fallet gissar jag att 50 Hz-komponenten är någon form av inducerad nätstörning snarare än vibrationsrelaterad. När det gäller 100 Hz-komponenten så är det dock rimligt att anta att denna beror på motoruppbyggnaden (4.16*24*1 = 100 mikropulser per sekund). Eftersom du inte verkar hitta någonting vid dubbla denna frekvens, d.v.s. 200 Hz, så är bara den ena statorpolen aktiv vid normal drift, precis som Naqref påpekar.

Att det sedan skiljer i nivå för 100 Hz-komponenten mellan olika vinylsvarvsexemplar härrör sannolikt från olika styvhet i rem och fjädrar. Även direkt från fabrik torde skillnaden vara märkbar och för olika ålder och miljöpåverkan mellan exemplaren kan den t.o.m. bli ganska stor.

av **Thomas_A** » 2004-08-10 22:15

Isidor,

jag tror inte det beror på nätstörningar. Detta har varit upp förr men i stereophile's mätningar på LP12 och lingo v1 ser störningarna ut så här:

Bild

I version 2 av lingo så här:

Bild

Mina egna mätningar på Linn axis uppvisar endast svaga 50 Hz komponenter:

Bild

Jag har även AM och FM analys av signalen, samt polärplottar. För polärplottar se:

http://www.faktiskt.se/modules.php?name ... pic&t=2943

Jag har en mkt liten avvikelse i axeln hos motorn (den börjar bli gammal, ska försöka byta den), som ger 4.2 Hz sidband (rotationsfrekvensen på motorn). Jag har också en komponent på ca 5.5 Hz, som jag inte kan identifiera orsaken till ännu.

Senare har jag gjort mätningar på själva motorn. Detta gjordes med mikrofonen placerad ca 0.5-1 cm från motorns drivpult med häftmassa mot plinten. Jag gjorde tre olika mätningar.

1. Med nätsladden ansluten, men avslagen motor.
2. Påslagen motor, men motorns rotation avslagen. Det sitter en avkännare tror jag som drar igång motorn i början 5-10 sek, men strömförsörjningen går ner på låg effekt efter ett tag. Man kan dra igång motorn med lite hjälp och då går den i 5-10 sekunder igen. Dvs väldigt likt styrningen på Linn Lingo.
3. Samma som 2, men jag vidrör motorns drivpult med fingret (utan att den går igång). Då känns vibrationerna kraftigare samt den hörs ett lågfrekvent ljud.

Graferna uppvisar en fundamental frekvens på 50 Hz, som ökar ca 15 dB när jag vidrör motorn.

Bild 1.

Bild

Bild 2.

Bild 3.

Även om det är lite låg upplösning på bilderna så får ni tro mig att fundamentalen ligger på 50 Hz. :roll:

Nu är det ju så att den fundamentala skillnaden mellan Linn Axis och Linn Lingo är i skivspelarnas upphängning. Motor är identisk, lager väldigt lika. Motorstyrning är också principiellt mycket lika. Även om LP12ans sidband kan bero på annat, så misstänker jag att själva upphängningen är orsaken, då vibrationen hos motorn kan få det flytande chassit att röra sig.

av **Thomas_A** » 2004-08-10 23:48

Jag undrar om det skulle gå att räkna lite lätt på hur en rörelse skulle bete sig för att förklara sidbanden hos LP12.

Antag att motorn genererar vibrationer. Dessa forplantar sig genom topplattan. Den upphängningsfjäder som är närmast motorn drabbas mest och får en viss ampliud av 50 hz (iofs låg nivå, men ändå). Antar man vidare att huvudkraften är i vertikal led så borde det alltid leda till en kraft i sidled (rotation) då ingen upphängning är linjär, och då de fjädrar som ligger längre bort inte drabbas av samma amplitud.

På så sätt borde man få en rotation av subchassis med frekvensen 50 Hz (vid ett given låg nivå, säg -60 dB av en PU signal). Rotationscentrum borde defineras av hur mycket de olika fjädrarna "fjädrar) och deras fas/amplitud.

Svårare är att förklara hur ca 33 Hz band kan uppstå. En 50 Hz vibration borde leda till en resultant av 50 Hz eller dess övertoner, oavsett amplitud eller fas. Ett tag funderade jag på om 33 Hz är något resultat av en 100 Hz vibration dividerat med 3, som skulle relatera till antalet fjädrar i upphängningen, men det blir för komplicerat. Svårt att höröra det till motorns rotationsfrekvens på 4.16 Hz dock, då inga andra 4.16 Hz övertoner syns. Det kanske är nåt orsakat av PU/arm resonans? Fundamentalen kanske ligger på 8-9 Hz, nästa på 17 Hz, x 2 blir 34 hz?

av **Isidor** » 2004-08-11 00:55

OK, även om jag inte ser någon signifikant skillnad mellan Bild 1 och 2 ovan (vilket man kanske borde göra) så händer det i alla fall en hel del i Bild 3. Enligt din beskrivning så tycks det de facto uppstå en 50 Hz-komponent i motorn. Magnetostriktiv verkan är det sannolikt inte eftersom tredjetonen brukar dominera och knappast alls dyker upp någonstans här. Motorstyrningen kanske? Det är svårt att säga något med säkerhet när man inte känner alla detaljer.

Angånde funderingarna i ditt senaste inlägg så måste man alltid vara noggrann med att skilja mellan resonanser och excitation av desamma. En sinus vid exempelvis 50 Hz kan inte excitera en resonans vid 8 Hz (om inte systemet är fruktansvärt olinjärt, vilket det inte är i det här fallet). Att en 50 Hz-vibration i motorn kan leta sig upp till pickupen är inte märkligt, dock.

av **Thomas_A** » 2004-08-11 11:52

Isidor,

jag tror inte en resonans vid 8 Hz är exciterad av 50 Hz, utan i så fall av skivans buckligheter. Att det finns toppar alldeles invid huvudsignalen runt 8-10 Hz och 17 Hz syns på LP12's mätningar. Varför 33 Hz topparna är så kraftiga är dock ett mysterium.

av **Thomas_A** » 2004-08-12 11:36

Naqref och Isidor,

vad menas egentligen med primär och sekundär lindning?

Som jag förstår det består motorn av två statorpoler. Är den ena primär och den andra sekundär?

Vad jag förstår så går motorn på båda statorpolerna hela tiden. Jag mätte förr på olika ingångar på motor, men har glömt resultatet nu.

T

av **Naqref** » 2004-08-12 13:11

Mja eftersom det är en 24polig motor så har primärlindningen åtminstone 24 poler. Sekundärlindningen kan ha betydligt färre och kan faktiskt delvis vara lindad på ett sådant sätt att den överlappar primärlindningarna. Det viktigaste är att den har ett annat flödescentrum än primärlindningen. Den används bara för att få rätt riktning på motorn vid starten (saknas sekundärlindning så kan den gå åt vilket håll som helst så som billiga motorer för att snurra fatet i mikrovågsugnar exempelvis) och att öka startmomentet. När manhar fått upp farten så ser tröghetsmomentet till att man håller rätt riktning och då kan den stängas av. Det kräver då lite extra prylar så på mindre motorer så brukar den vara igång hela tiden.

Om man handstartar tallriken innan man slår på motorn (lite så som på Nottingham) så kan man koppla bort sekundärlindningen.

av **Thomas_A** » 2004-08-14 13:09

Hmm tack Naqref, hade fått något om bakfoten. Men återgår man till den sk cogging effekten så har jag hittat denna analys:

http://www.ssil.com/em/EMSolution/en/Su ... .html#Fig2

samt

http://www.ssil.com/em/EMSolution/en/Su ... tor2D.html

Bilderna visar väl en 45° del av en motor med 2 hela och 2 halva statorpoler. Detta blir väl 3 * 4 = 12 polig motor? Vad jag förstår visas en 30° rörelse? 30° är 1/6 dels varv. Då undrar jag från grafen i presentationen om vibrationsfrekvensen är relaterad till halva coggingfrekvensen? Det blir ju inte en "ren" sinuskurva, men ett helt varv borde bli en frekvens av 6/varv om man approximerar cogging torque till en sinuskurva?

Förvirrad är ordet...

av **Naqref** » 2004-08-14 13:42

Thomas_A skrev:Bilderna visar väl en 45° del av en motor med 2 hela och 2 halva statorpoler. Detta blir väl 3 * 4 = 12 polig motor? Vad jag förstår visas en 30° rörelse? 30° är 1/6 dels varv. Då undrar jag från grafen i presentationen om vibrationsfrekvensen är relaterad till halva coggingfrekvensen? Det blir ju inte en "ren" sinuskurva, men ett helt varv borde bli en frekvens av 6/varv om man approximerar cogging torque till en sinuskurva?

Förvirrad är ordet...

Det är alldeles riktigt en 12 polig motor. Den roterar med ett varvtal på 50Hz * 60s /12poler * 2 = 500rpm => 8.333333Hz

Under en 50Hz period så roterar rotorn 60 grader. Om man då ser en kurva som har en period som är inom 30 grader så är det 100Hz vi ser. Jag gissar att de har tagit bort det 'statiska' 50Hz momentet och bara kollar på restprodukten. D v s coggingmomentet. Att det inte är en ren sinus innebär att det finns spektrala komponenter som ligger ännu högre upp. De borde dämpas bättre av trögheten i tallriken så problemet med dessa är nog inte så stort i realiteten.

av **Thomas_A** » 2004-08-14 15:35

Naqref,

tackar. Hur tror du motorstyrningen på en Linn Axis fungerar? Jag mätte förr och såg att (tror jag) att spänningen (eller om det var strömmen) var initalt hög för några sekunder, sen går den ner på en låg nivå. Då stannar motorn. Man kan dra igång den igen genom att hjälpa till, och då går den några sekunder igen. Men det går inte att dra igång den åt fel håll.

Innebär det att det sitter någon avkännare?

T

av **Naqref** » 2004-08-14 15:45

Kan vara rätt enkel sak som fixar det. En motor är en induktiv last som om den går långsammare eller hålls helt stilla har lägre impedans. Då går det mer ström igenom motorn. Detta sker vid uppstart. Med lämplig strömavkänning så kan man se till att spänningen går ner när strömmen har stabiliserats. (Med relä, kondingar och motstånd ex.) Eller ett ntc-motstånd med lagom tidskonstant. Behöver inte vara mer komplicerat än så.