Beranda / Hobby Teknik Listrik

Cara Kerja Jenis Jenis Motor Stepper, Ini Pengertiannya!

Oleh David Sigalingging, S.Pd
Jenis Motor Stepper dan Cara Kerja- Apakah itu motor Stepper ? Motor stepper adalah jenis motor yang sekarang sering dipakai. Misalkan saja pada printer 3D dan mesin CNC Engraving.
Bila jadi perhatian, motor stepper mempunyai beberapa berbedaan, khususnya pada terminal inputnya. Bila umumnya motor DC cuma mempunyai 2 input dan motor Servo punyai 3 input, karena itu motor stepper mempunyai 4 atau 5 input..

Pada artikel ini kita akan mengulas mengenai tentang pengertian motor DC, Konstruksi motor ini, Beberapa jenisnya, Cara kerja motor dan Program dan aplikasinya.

Pengertian Motor Stepper

Sama dengan namanya, motor Stepper ialah jenis motor yang putarannya berdasar cara (tahap) diskrit. Input pada motor stepper datang dari pulsa-pulsa digital, berdeda dengan motor DC konservatif yang bekerja berdasar komutasi pada elemen brush (sikat) nya.

Tahap yang mengontrol motor datang dari konstruksi kumparan yang diatur jadi kelompok-kelompok yang disebutkan babak. Motor bisa berputar-putar jika diberi energi pada babak secara berurut.

Motor Stepper mengganti sinyal-sinyal listrik jadi pergerakan mekanis diskrit. Motor Stepper bergerak di cara (tahap) dengan teratur. Anda bisa mengontrol cara pada motor memakai mikrokontroller atau serangkaian digital.

Torsi dari motor Stepper tidak sebesar motor DC. Tetapi, motor jenis ini mempunyai tingkat akurat yang tinggi dalam putarannya. Kecepatan gerak pada stepper dipastikan dalam tahap per second atau jumlah tahap per detik.

Konstruksi Motor Stepper

Pada intinya, motor stepper mempunyai konstruksi yang serupa dengan motor listrik secara umum, yakni mempunyai rotor dan stator. Ketidaksamaanya ialah motor stepper tidak mempunyai sikat karena perputaran dilaksanakan dengan memberi pulsa diskrit pada kumparan motor.

Konstruksi motor stepper (sumber : electricaltechnology.org)

Stator pada motor DC dibuat dari logam yang ada lilitan di sekitarnya. Lilitan ini tidak dililitkan pada semua sisi stator, tetapi dibelitkan secara individu pada gigi stator, hingga lebih serupa motor brushless. Lilitan berikut yang tersambung pada input dan diberi pulsa digital.

Dan rotor pada stepper dibuat dari besi lunak atau dari tangkai magnet. Rotor akan memberi respon medan magnet pada lilitan stator dan bergerak sama sesuai pojok tahapnya. Motor Stepper bisa ditata tempatnya tanpa proses operan balik (masukan).

Jenis Jenis Motor Stepper

Motor stepper mempunyai beberapa gategori. Berdasar susunan rotor dan statornya, motor stepper terdiri dari 3 jenis umum yakni :

1. Variable Reluctance (VR)

Stepper jenis ini sebagai jenis yang paling simpel. Motor Stepper VR terbagi dalam motor besi lunak dengan beberapa gerigi dan dikitari oleh lilitan stator.

Stator sendiri terbagi dalam beberapa lilitan yang tersambung langsung dengan inputnya. Lilitan berikut yang tentukan pojok tahap pada motor.

Perputaran pada motor terjadi saat gerigi rotor tarik ke kutub stator akibatnya karena pulsa digital yang diberi. Pulsa digital bawa daya listrik hingga memunculkan medan elektromagnetik pada kumparan stator.
Stepper VR (sumber : motioncontroltips.com)
Motor stepper jenis ini telah lama ada dan merupakan jenis motor yang secara struktural paling mudah untuk dipahami. Motor ini terdiri atas sebuah rotor besi lunak dengan beberapa gerigi dan sebuah lilitan stator. Ketika lilitan stator diberi energi dengan arus DC, kutub-kutubnya menjadi termagnetasi. Perputaran terjadi ketika gigi-gigi rotor tertarik oleh kutub-kutub stator. Berikut ini adalah penampang melintang dari motor stepper tipe variable reluctance (VR):

Magnet pada Stepper type VR lebih kecil dan enteng dibanding jenis tetap magnet, hingga bisa bergerak lebig cepat. Semakinkecil jarak di antara rotor dan gigi stator dari stepper VR, karena itu makin kecil juga style magnetnya.

2. Tetap Magnet (PM)

Stepper ini memanfaatkan magnet tetap pada rotornya dan bekerja pada atrikan atau tolakan di antara rotor dan stator electromagnet. Tidak seperti type Variable Reluctance, type Tetap Magnet tidak mempunyai gerigi pada rotornya.

Sebagai tukarnya, Stepper PM memanfaatkan magnet dengan alternating north dan kutub selatan dengan garis lempeng yang sejajar dengan kutub rotor. Kutub magnet pada rotor ini hasilkan kenaikan intensif fluks hingga torsinya semakin tinggi dibanding stepper type VR.

Motor stepper Permanent Magnet (PM)
Motor stepper jenis ini memiliki rotor yang berbentuk seperti kaleng bundar (tin can) yang terdiri atas lapisan magnet permanen yang diselang-seling dengan kutub yang berlawanan. Dengan adanya magnet permanen, maka intensitas fluks magnet dalam motor ini akan meningkat sehingga dapat menghasilkan torsi yang lebih besar. Motor jenis ini biasanya memiliki resolusi langkah (step) yang rendah yaitu antara 7,50 hingga 150 per langkah atau 48 hingga 24 langkah setiap putarannya. Berikut ini adalah ilustrasi sederhana dari motor stepper tipe permanent magnet :

3. Stepper Hybrid

Stepper Hybrid ialah kombinasi dari 2 jenis stepper di atas. Penyatuan jenis Variable Reluctance dan Tetap magnet mempunyai tujuan untuk memberi daya maksimal dalam paket yang kecil.

Karena konstruksi yang dipadukan karena itu harga dari stepper Hybrid lebih justru dari 2 jenis lainnya. Tetapi, Stepper ini mempunyai gabungan karakter terbaik dari ke-2 nya.

Jenis Hybrid memberi performa yang lebih bagus dalam soal tingkat resolusi, torsi dan kecepatan. Rotor dari Stepper ini mempunyai multi-gerigi seperti type VR dan berisi magnet konsentrik aksial di sekitar porosya.

Motor stepper tipe hibrid
Stepper ini bisa hasilkan pojok tahap yang tinggi, di antara 3.6° sampai 0.9° per tahap. Maknanya, dibutuhkan 100 sampai 400 cara untuk tiap perputaran penuh pada motor.
Motor stepper tipe hibrid memiliki struktur yang merupakan kombinasi dari kedua tipe motor stepper sebelumnya. Motor stepper tipe hibrid memiliki gigi-gigi seperti pada motor tipe VR dan juga memiliki magnet permanen yang tersusun secara aksial pada batang porosnya seperti motor tipe PM. Motor tipe ini paling banyak digunkan dalam berbagai aplikasi karena kinerja lebih baik. Motor tipe hibrid dapat menghasilkan resolusi langkah yang tinggi yaitu antara 3,60 hingga 0,90 per langkah atau 100-400 langkah setiap putarannya. Berikut ini adalah penampang melintang dari motor stepper tipe hibrid :

Berdasar sitem belitan pada statornya, stepper dipisah jadi dua jenis khusus yakni :

1. Stepper Unipolar

Stepper jenis ini terdiri dari 2 belitan yang mempunyai cabang tengah atau center tap. Cabang tengah dari tiap-tiap belitan ada berpadu atau terpisah, bergantung dari datasheet motor.

Umumnya yang ditemui ialah stepper unipolar dengan cabang tengah yang digabungkan hingga ada 5 input.

Motor stepper dengan lilitan unipolar

Cabang tengah pada stepper ini bisa disambungkan dengan ground atau ke VCC, bergantung dari detail pada datasheet motor dan driver yang dipakai.

2. Stepper Bipolar

Stepper bipolar tidak mempunyai cabang tengah (center tap). Jenis ini mempunyai kelebihan yaitu torsi yang semakin besar jika dibanding dengan unipolar sama ukuran yang serupa.

Motor stepper bipolar cuma mempunyai 4 buah input. Akan tetapi untuk mengatur motor jenis ini lebih sulit dibanding motor jenis bipolar.

Motor stepper dengan lilitan bipolar
Untuk mengatur stepper bipolar,dibutuhkan signal digital yang beralih-alih dari positif ke negative dan kebalikannya pada tiap belitannya. Ini mempunyai tujuan untuk hasilkan fluktuasi magnetik yang berbeda ganti hingga rotor bisa berputar-putar sama sesuai pojok tahapnya.

Cara Kerja Motor Stepper

Perkembangan teknologi yang pesat sekarang ini motor stepper banyak kita jumpai pada alat-alat yang membutuhkan putaran sebagai kendalinya. Motor stepper banyak juga kita jumpai didalam dunia industri dan keamanan.

Antara lain kita dapat jumpai pada printer, plotter, lengan robot, monitoring keadaan ruang, dan masih banyak lagi yang lain yang menggunakan motor stepper sebagai penggeraknya.

Motor stepper lebih banyak digunakan sebagai penggerak dibandingkan dengan motor induksi, dikarenakan motor stepper dapat diatur arah gerak putarannya, baik berlawanan arah jarum jam (counter clock wise, CCW) maupun searah jarum jam(clock wise, CW), serta dapat diatur pada posii atau sudut berapakah motor stepper akan berhenti.

Motor stepper berhenti tanpa ada pengereman. Mikrokontroler didalam dunia teknologi sangat dibutuhkan karena dapat menggantikan beberapa macam fungsi dari IC digital. Hingga saat ini mikrokontroler dikembangkan terus sehingga kita hanya perlu satu chip saja untuk menjalankan suatu rangkaian elektronika.

MCS51 merupakan sebagai dasar untuk kita belajar agar kita dapat dengan mudah mempelajari dari perkembangan mikrokontroler yang semakin maju.

Penampil suatu keluaran alat dikembangkan hingga saat ini agar tampilan keluaran dari suatu alat lebih menarik dan juga agar keluaran dapat lebih dimengerti dan dibaca. LCD banyak digunakan dalam alat – alat yang menggunakan rangkaian digital.

LCD bentuknya lebih ramping, ringan dan mudah diatur tampilannya dibandingkan dengan layar tabung.

Motor stepper merupakan salah satu jenis motor elektrik yang dapat dikendalikan posisi sudutnya secara diskrit. Prinsip kerja motor stepper mirip dengan DC motor, yaitu sama-sama dicatu dengan tegangan DC untuk memperoleh medan magnet.

Perbedaan antara motor stepper dengan motor dc yaitu motor dc mempunyai magnet tetap pada stator, sedangkan motor stepper mempunyai magnet tetap pada rotor. Motor stepper tidak dapat bergerak dengan sendirinya. Motor stepper bergerak secara step by step sesuai dengan spesifikasinya, dan bergerak dari satu step ke step berikutnya memerlukan waktu. Motor stepper pada kecepatan yang rendah akan menghasilkan torsi yang besar.

Kita dapat mengatur sudut dengan cara mengatur banyak pulsa yang dimasukkan secara bergantian dan berurutan pada setiap lilitan. Untuk setiap langkah penuh pemberian pulsa pada motor stepper tertentu memiliki besar sudut sebesar 1.80 (derajat).

Motor stepper memiliki beberapa keuntungan yang dibutuhkan dalam pembuatan alat yang membutuhkan ketepatan tinggi ,dikarenakan motor stepper mempunyai ketelitian dan ketepatan serta keterulangan yang tinggi. Penggunaan motor stepper banyak digunakan dalam pengendalian gerak putaran dalam dunia industri.

Pada intinya, cara kerja motor stepper berlainan, bergantung pada konstruksi rotor dan stator dan mekanisme belitan pada statornya. Tetapi tiap stepper dilakukan oleh pulsa digital yang diganti setiap saat.

Kecepatan signal pulsa digital ataupun lebih persisnya frekwensi signal memengaruhi kecepatannya. Makin cepat frekwensi signal, karena itu makin cepat juga RPM pada stepper.

Signal digital ini dapat dipakai untuk tentukan status pada motor stepper. Misalkan saja, stepper dengan pojok tahap 1.8° karena itu untuk satu perputaran penuh dibutuhkan 200 tahap, hingga untuk 1/2 perputaran stepper membutuhkan 100 tahap dan untuk satu 1/2 perputaran dibutuhkan 300 tahap. Perihal ini pula yang mejadikan stepper sering digunakan pada mesin printer 3D dan CNC Engraving.

Signal digital yang diberi pada rotor hasilkan medan magnetik yang berhubungan dengan rotor pada motor stepper. Ini mengakibatkan motor bergerak pada sebuah pojok tahapnya, dan bertahan sampai signal digital selanjutnya.

Sistem Pengaturan Motor Stepper

Motor stepper mengganti signal electronic jadi pergerakan mekanis setiap pulsa digital diberi pada input. Tiap signal gerakkan tiap tahap dengan teratur.

Sama seperti yang diterangkan di atas, Jika pada detail stepper tertera pojok tahap 1.8° karena itu untuk satu perputaran penuh dibutuhkan 360/1.8=200 tahap.

Untuk gerakkan tiap tahap pada stepper ada banyak sistem yang bisa dilaksanakan, salah satunya ialah :

1. Full tahap

Pada sistem full tahap, motor bekerja cukup dengan satu babak tambah energi pada satu waktu. Pada sistem full tahap lilitan yang aktif cuman satu. Tetapi, dapat aktifkan dua lilitan untuk torsi yang semakin besar.

Full tahap memberi perputaran motor yang lebih kasar dibanding dengan half tahap. Tetapi, Sistem ini memerlukan daya yang sedikitnya dari driver. Contoh signal input pada full tahap bisa disaksikan pada gambar di bawah
Full Step digital input

2. Half tahap

Sistem Half tahap memanfaatkan lilitan double untuk pengoprasiannya. Sistem ini ialah gabungan dari 1 babak dan dua babak pada sistem full tahap.

Pojok cara yang dibuat semakin lebih kecil, hingga hasilkan perputaran yang lebih lembut. Contoh signal input pada half tahap padat disaksikan pada gambar di bawah

Half Step digital input
Kelebihan Motor Stepper
  • Pojok perputaran motor sesuai dengan pulsa input.
  • Macam kecepatan perputaran bisa dilaksanakan karena kecepatan sesuai dengan frekwensi pulsa input.
  • Kontrol loop terbuka membuat motor lebih simpel serta lebih gampang dalam pengaturan.
  • Motor mempunyai full torsi standstill.
  • Tanggapan yang baik sekali untuk start, setop dan reverse.
  • Benar-benar andal karena tidak ada brushes (sikat) contact di motor.
  • Bisa dipakai untuk capai perputaran sesuai kecepatan rendah dengan beban langsung dipadukan ke kutub motor.
Program dan Implementasi
  • Perlengkapan 3D printing
  • Roll Printing
  • Konsol Gaming
  • Aktuator robotik
  • Mesin CNC milling
  • Mesin Welding
  • Medical imaging
  • Mesin Textile
Diatas adalah ulasan mengenal motor stepper, cara kerja motor, jenisi-jenis dan diawali dengan pengertian komponen tersebut. Semoga ulasan ini bisa membantu.