Pengertian Motor Stepper Aplikasi Jenis, Kelebihan Serta Kekurangannya

Dari pemutar DVD atau printer di rumah, hingga mesin CNC yang sangat canggih atau Lengan Robot, motor Stepper dapat ditemukan hampir di mana-mana. Kemampuannya untuk membuat gerakan tepat yang dikontrol secara elektronik telah membuat motor ini dapat digunakan di banyak aplikasi seperti kamera, Hard disk, mesin CNC, Printer 3D, Robotika, robot Perakitan, Pemotong laser, dan banyak lagi. Pada artikel ini mari kita pelajari apa yang membuat motor ini istimewa dan teori di baliknya. Kami akan mempelajari cara menggunakannya untuk aplikasi Anda.

Pengertian motor Stepper

Seperti semua motor, motor stepper juga memiliki stator dan rotor, tetapi tidak seperti motor DC biasa, stator terdiri dari kumpulan kumparan individual. Jumlah kumparan akan berbeda-beda berdasarkan jenis motor stepper, namun untuk saat ini pahami saja bahwa pada sebuah rotor motor stepper terdiri dari kutub-kutub logam dan setiap kutub akan ditarik oleh sekumpulan kumparan pada stator. Diagram di bawah menunjukkan motor stepper dengan 8 kutub stator dan 6 kutub rotor, Dasar-Dasar Motor Stepper

Jika Anda perhatikan kumparan pada stator tersusun dalam istilah pasangan kumparan, seperti A dan A 'membentuk pasangan B dan B' membentuk pasangan dan seterusnya. Jadi setiap pasangan kumparan ini membentuk elektromagnet dan pasangan kumparan  dapat diberi energi secara individual menggunakan rangkaian penggerak. 

Ketika sebuah kumparan diberi energi, ia bertindak sebagai magnet dan kutub rotor menjadi sejajar dengannya, ketika rotor berputar untuk menyesuaikan diri agar sejajar dengan stator itu disebut sebagai satu langkah. Demikian pula dengan memberi energi pada kumparan secara berurutan, kita dapat memutar motor dalam langkah-langkah kecil untuk membuat putaran lengkap.

Jenis motor stepper

Ada tiga jenis motor stepper berdasarkan konstruksi, yaitu:

• Motor stepper reluktansi variabel memiliki rotor inti besi yang ditarik ke arah kutub stator dan memberikan gerakan dengan keengganan minimum antara stator dan rotor.
• Motor stepper magnet permanen  memiliki rotor magnet permanen dan motor ini ditolak atau ditarik ke arah stator sesuai dengan pulsa yang diterapkan.
• Motor stepper sinkron hibrida adalah kombinasi dari keengganan Variabel dan motor stepper magnet permanen.

Selain itu kita juga dapat mengklasifikasikan motor stepper sebagai Unipolar dan Bipolar berdasarkan jenis belitan stator, Motor Stepper Jenis, Kelebihan dan Aplikasinya

• Motor Stepper Bipolar: Kumparan stator pada motor jenis ini tidak akan memiliki kabel bersama. Penggerak motor stepper jenis ini berbeda dan kompleks serta rangkaian penggerak tidak dapat dirancang dengan mudah tanpa mikrokontroler.
• Motor Stepper Unipolar: Pada jenis motor stepper ini, kita dapat mengambil ketukan tengah dari kedua belitan fasa untuk kesamaan atau untuk daya bersama seperti yang ditunjukkan di bawah ini. Hal ini memudahkan penggerak motor, motor stepper Unipolar ada banyak jenisnya juga
  
  
  

Mode operasi di Motor Stepper 

Karena stator mode stepper dibangun dari pasangan kumparan yang berbeda, setiap pasangan kumparan dapat dieksitasi dalam banyak metode berbeda, ini memungkinkan mode untuk digerakkan dalam banyak mode berbeda. Berikut ini adalah klasifikasi luasnya

Mode Langkah Penuh

Dalam mode eksitasi langkah penuh kita dapat mencapai rotasi 360 ° penuh dengan jumlah putaran minimum (langkah). Tetapi hal ini menyebabkan lebih sedikit inersia dan juga rotasi tidak akan mulus. Ada dua klasifikasi lebih lanjut dalam Eksitasi Langkah Penuh, yaitu satu mode step-on gelombang dan dua mode fase-aktif.

1. One phase-on stepping atau Wave Stepping: Dalam mode ini hanya satu terminal (fase) motor yang akan diberi energi pada waktu tertentu. Ini memiliki jumlah langkah yang lebih sedikit dan karenanya dapat mencapai putaran 360 ° penuh. Karena jumlah anak tangga lebih sedikit, arus yang dikonsumsi oleh metode ini juga sangat rendah. Tabel berikut menunjukkan urutan langkah gelombang untuk motor stepper 4 fasa
   
   
   
2. Two Phase-on stepping: Seperti namanya dalam metode ini, dua tahap akan menjadi satu. Ini memiliki jumlah langkah yang sama dengan Wave stepping, tetapi karena dua kumparan diberi energi pada satu waktu, ia dapat memberikan torsi dan kecepatan yang lebih baik dibandingkan dengan metode sebelumnya. Meskipun satu sisi negatifnya adalah bahwa metode ini juga menghabiskan lebih banyak daya.
   
   
   

Mode Setengah Langkah

Mode Setengah Langkah adalah kombinasi mode satu fase aktif dan dua fase aktif. Kombinasi ini akan membantu kita mengatasi kerugian kedua mode yang disebutkan di atas.

Seperti yang mungkin sudah Anda duga karena kami menggabungkan kedua metode tersebut, kami harus melakukan 8 langkah dalam metode ini untuk mendapatkan rotasi lengkap. Urutan switching untuk motor stepper 4-fase yang ditunjukkan di bawah ini

Mode Langkah Mikro

Mode langkah mikro adalah yang paling rumit, tetapi mode ini menawarkan presisi yang sangat baik bersama dengan torsi yang baik dan pengoperasian yang mulus. Dalam metode ini kumparan akan dieksitasi dengan dua gelombang sinus yang berjarak 90 °, mau tahu lebih lengkap mengenai jenis Motor Listrik?

Dengan cara ini kita dapat mengontrol arah dan amplitudo arus yang mengalir melalui kumparan yang membantu kita meningkatkan jumlah langkah yang harus dilakukan motor untuk satu putaran penuh. Langkah mikro dapat mengambil sebanyak 256 langkah untuk membuat satu putaran penuh, ini membuat motor berputar lebih cepat dan lebih halus.

Cara menggunakan Motor Stepper

Cukup teori yang membosankan, anggap saja seseorang memberi Anda motor stepper, katakanlah 28-BYJ48 yang terkenal dan Anda benar-benar penasaran untuk membuatnya berhasil. Pada saat ini Anda akan mengerti bahwa tidak mungkin membuat motor ini berputar hanya dengan menyalakannya melalui suplai, jadi bagaimana Anda melakukannya?

Mari kita lihat motor Stepper 28-BYJ48 ini.

Oke, jadi tidak seperti motor DC biasa yang satu ini memiliki lima kabel dengan semua warna mewah yang keluar darinya dan mengapa begitu? Untuk memahami hal ini sebaiknya kita mengetahui dulu bagaimana menjadi stepper yang sudah kita bahas. 

Pertama-tama motor stepper tidak berputar, motor ini melangkah bertahap dan juga dikenal sebagai motor step. Artinya, motor ini hanya akan bergerak selangkah demi selangkah. Motor ini memiliki urutan kumparan yang ada di dalamnya dan kumparan ini harus diberi energi dengan cara tertentu untuk membuat motor berputar. 

Ketika setiap kumparan diberi energi, motor mengambil langkah dan urutan energi akan membuat motor mengambil langkah terus menerus, sehingga membuatnya berputar. Mari kita lihat kumparan yang ada di dalam motor untuk mengetahui secara pasti dari mana kabel ini berasal.

Seperti yang Anda lihat, motor memiliki susunan koil 5-lead unipolar. Ada empat kumparan yang harus diberi energi dalam urutan tertentu. Kabel Merah akan disuplai dengan + 5V dan empat kabel yang tersisa akan ditarik ke ground untuk memicu koil masing-masing. Kami menggunakan mikrokontroler apa pun untuk memberi energi pada kumparan ini dalam urutan tertentu dan membuat motor melakukan sejumlah langkah yang diperlukan. 

Sekali lagi, ada banyak urutan yang dapat Anda gunakan, biasanya 4 langkah digunakan dan untuk kontrol yang lebih presisi, kontrol 8 langkah juga dapat digunakan. Tabel urutan untuk kontrol 4 langkah ditampilkan di bawah ini

Lantas sekarang, kenapa motor ini dinamai 28-BYJ48? Serius !!! Saya tidak tahu. Tidak ada alasan teknis untuk motor ini dinamai demikian; mungkin kita sebaiknya tidak menyelami lebih dalam lagi. Mari kita lihat beberapa data teknis penting yang didapat dari datasheet motor ini pada gambar di bawah ini.

Itu adalah Seri yang penuh dengan informasi, tetapi kita perlu melihat beberapa yang penting untuk mengetahui jenis stepper apa yang kita gunakan sehingga kita dapat memprogramnya secara efisien. Pertama kita tahu bahwa itu adalah motor Stepper 5V karena kita memberi energi pada kabel Merah dengan 5V. 

Kemudian, kita juga tahu bahwa itu adalah motor stepper empat fasa karena memiliki empat kumparan di dalamnya. Kini, rasio gir yang diberikan menjadi 1:64. Ini berarti poros yang Anda lihat di luar akan membuat satu putaran penuh hanya jika motor di dalam berputar sebanyak 64 kali. Ini karena roda gigi yang terhubung antara motor dan poros keluaran, roda gigi ini membantu dalam meningkatkan torsi.

Data penting lainnya yang perlu diperhatikan adalah Stride Angle: 5.625 ° / 64. Artinya motor saat beroperasi dalam 8 langkah urutan akan bergerak 5,625 derajat untuk setiap langkah dan akan membutuhkan 64 langkah (5,625 * 64 = 360) untuk menyelesaikan satu putaran penuh.

Menghitung Langkah per Revolusi untuk Motor Stepper

Penting untuk mengetahui cara menghitung langkah per Revolusi untuk motor stepper Anda karena hanya dengan begitu Anda dapat memprogram / mengendarainya secara efektif.

Mari kita asumsikan kita akan mengoperasikan motor dalam urutan 4 langkah sehingga sudut langkahnya akan menjadi 11,25 ° karena itu adalah 5,625 ° (diberikan dalam lembar data) untuk urutan 8 langkah, itu akan menjadi 11,25 ° (5,625 * 2 = 11,25).

Langkah per revolusi = 360 / sudut langkah

Di sini, 360 / 11.25 = 32 langkah per revolusi.

Mengapa kita membutuhkan modul Driver untuk Stepper Motors?

Kebanyakan motor stepper hanya akan beroperasi dengan bantuan modul driver. Ini karena modul pengontrol (Mikrokontroler / rangkaian Digital) tidak akan dapat menyediakan arus yang cukup dari pin I / O-nya untuk motor dapat beroperasi. Jadi kita akan menggunakan modul eksternal seperti modul ULN2003 sebagai driver motor stepper. 

Ada banyak jenis modul driver dan peringkat salah satunya akan berubah berdasarkan jenis motor yang digunakan. Prinsip utama untuk semua modul driver akan menjadi sumber / sink arus yang cukup agar motor dapat beroperasi. Selain itu ada juga modul driver yang memiliki logikanya yang telah diprogram sebelumnya, tetapi kita tidak akan membahasnya di sini.

Kelebihan dari motor Stepper

Satu kelebihan utama dari motor stepper adalah ia memiliki kontrol posisi yang sangat baik dan karenanya dapat digunakan untuk aplikasi kontrol yang tepat. Juga memiliki torsi penahan yang sangat baik yang menjadikannya pilihan ideal untuk aplikasi robotik. Motor stepper juga dianggap memiliki waktu hidup yang tinggi dibandingkan motor DC atau servo normal.

Kekurangan Motor Stepper

Seperti semua motor, Stepper Motors juga memiliki kekurangannya sendiri, karena berputar dengan mengambil langkah kecil tidak dapat mencapai kecepatan tinggi. Juga mengkonsumsi daya untuk menahan torsi bahkan ketika itu ideal sehingga meningkatkan konsumsi daya.

Aji Fitriyan Hidayat

Skill Comes From Within Yourself, Not Other Or Family, So Be Enthusiastic For Yourself.

Bagikan Artikel ini