Torsional vibrations in the electric drive system with the stepping motor

In the paper there is studied dynamic interaction between electromechanical parts of the precise micro-drive system driven by the hybrid stepping motor which is a source of torsional vibrations. Since in such a case a possibly exact rotational motion of the mechanism must be assured, it is necessary to use sufficiently accurate models of the drive system and the electric motor, where dynamic electromechanical coupling effects are going to be taken into consideration. So that models are presented. From the computational results it follows that there is observed a significant influence of the electromechanical coupling on the dynamic behavior of the drive system driven by the stepping motor.

Współczesne elektryczne systemy napędowe pracują prawie wyłącznie w stanach dynamicznych, co wynika ze sposobu zasilania uzwojeń silnika elektrycznego. Konsekwencją stanów dynamicznych w uzwojeniach silnika jest kształt funkcji momentu elektromagnetycznego znacznie odbiegający od przebiegu pożądanego: stałego lub sinusoidalnego w zależności od typu silnika. Zmienny moment elektromagnetyczny wywołuje drgania części mechanicznej, które to drgania zależą nie tylko od momentu wymuszającego, ale także od konfiguracji i parametrów części mechanicznej oraz od wartości i zmienności momentu obciążenia. Problem drgań występuje szczególnie jaskrawo w systemach napędowych z silnikiem skokowym, dla których dyskretne zasilanie pasm uzwojenia wywołuje nierównomierność przebiegu momentu elektromagnetycznego. Ważnym czynnikiem wpływającym na właściwości systemu napędowego jest sprzężenie elektromechaniczne, które objawia się w następujący sposób: nierównomierność momentu elektromagnetycznego generowanego przez silnik wywołuje nierównomierność prędkości wirowania wirnika, co z kolei oddziałuje na przebieg momentu elektromagnetycznego poprzez nierównomierność przebiegu wartości chwilowych napięć indukowanych. W pracy podano model matematyczny silnika skokowego i zastosowano wielomasowy model części mechanicznej systemu napędowego składający się z odpowiedniego połączenia brył sztywnych i elastyczno-tłumiących elementów bezrasowych łączących te bryły. Zastosowany model dobrze nadaje się do badania wpływu struktury i parametrów systemu napędowego na drgania skrętne elementów mechanicznych.