Motor Stepper (how it Work)

Apa itu Stepper Motor?

 

Motor stepper adalah motor DC yang bergerak dalam langkah diskrit. Mereka memiliki banyak kumparan yang diatur dalam kelompok yang disebut “fase”. Dengan memberi energi pada setiap fase secara berurutan, motor akan berputar, selangkah demi selangkah.

 

Dengan langkah yang dikendalikan komputer, Anda dapat mencapai posisi yang sangat tepat dan / atau kontrol kecepatan.Untuk alasan ini, motor stepper adalah motor pilihan untuk banyak aplikasi kontrol gerakan presisi.

https://learn.adafruit.com/all-about-stepper-motors/what-is-a-stepper-motor

(Motor stepper )mengubah pulsa-pulsa listrik yang diberikan menjadi gerakan-gerakan diskrit rotor yang disebut langkah (steps). Nilai rating dari suatu motor stepper diberikan dalam langkah per putaran (steps per revolution). Motor stepper umumnya mempunyai kecepatan dan [torsi] yang rendah.

Motor stepper bekerja berdasarkan pulsa-pulsa yang diberikan pada lilitan fasenya dalam urut-urutan yang tepat. Selain itu, pulsa-pulsa itu harus juga menyediakan arus yang cukup besar pada lilitan fase tersebut. Karena itu untuk pengoperasian motor stepper pertama-tama harus mendesain suatu sequencer logic untuk menentukan urutan pencatuan lilitan fase motor dan kemudian menggunkan suatu penggerak (driver) untuk menyediakan arus yang dibutuhkan oleh lilitan fase

Elemen-elemen berikut menentukan karakteristik suatu motor stepper:

1. Tegangan.

Motor stepper biasanya mempunyai tegangan nominal.Tegangan yang diberikan kadang-kadang melebihi tegangan nominal untuk mendapatkan torsi yang dibutuhkan, tetapi dapat menyebabkan panas berlebih dan mempersingkat usia motor.

2. Hambatan.

Karakteristik lainnya adalah hambatan-per-lilitan. Hambatan ini akan menentukan arus yang ditarik oleh motor, dan juga memengaruhi kurva torsi dan kecepatan kerja maksimum motor.

3. Derajat per langkah (step angle).

Faktor ini menentukan berapa derajat poros akan berputar untuk setiap langkah penuh (full step). Operasi setengah langkah (half step) akan melipat-gandakan jumlah langkah-per-revolusi, dan mengurangi derajat-per-langkahnya. Derajat-per-langkah sering disebut sebagai resolusi motor.

https://id.wikipedia.org/wiki/Motor_Stepper

 

Motor stepper menyediakan sarana untuk penentuan posisi yang tepat dan kontrol kecepatan tanpa menggunakan sensor umpan balik. Pengoperasian dasar motor stepper memungkinkan poros untuk memindahkan jumlah derajat yang tepat setiap kali pulsa listrik dikirim ke motor. Karena poros motor hanya bergerak dengan jumlah derajat yang dirancang untuknya ketika setiap pulsa dikirimkan, Anda dapat mengontrol pulsa yang dikirim dan mengontrol posisi dan kecepatan. Rotor motor menghasilkan torsi dari interaksi antara medan magnet di stator dan rotor. Kekuatan medan magnet sebanding dengan jumlah arus yang dikirim ke stator dan jumlah belitan pada belitan.

Motor stepper menggunakan teori operasi untuk magnet untuk membuat poros motor memutar jarak yang tepat ketika pulsa listrik disediakan. Anda telah belajar sebelumnya bahwa kutub-kutub seperti magnet menolak dan tidak seperti kutub menarik. Gambar 11-57 menunjukkan pandangan penampang rotor dan stator motor stepper. Dari diagram ini Anda dapat melihat bahwa stator (stasioner berliku) memiliki empat kutub, dan rotor memiliki enam kutub (tiga magnet lengkap). Rotor akan membutuhkan 12 pulsa listrik untuk menggerakkan 12 langkah untuk membuat satu revolusi lengkap. Cara lain untuk mengatakan ini adalah bahwa rotor akan bergerak tepat 30 ° untuk setiap pulsa listrik yang diterima motor. Jumlah derajat rotor akan berubah ketika pulsa listrik dikirim ke motor dapat dihitung dengan membagi jumlah derajat dalam satu putaran poros (360 °) dengan jumlah kutub (utara dan selatan) di rotor . Pada motor stepper ini 360 ° dibagi 12 untuk mendapatkan 30 °.

Ketika tidak ada daya yang diberikan pada motor, magnet sisa pada magnet rotor akan menyebabkan rotor untuk menahan atau meluruskan satu set kutub magnetnya dengan kutub magnet salah satu magnet stator. Ini berarti bahwa rotor akan memiliki 12 posisi penahanan yang memungkinkan. Ketika rotor berada dalam posisi detent, ia akan memiliki kekuatan magnet yang cukup untuk menjaga poros dari bergerak ke posisi berikutnya. Inilah yang membuat rotor merasa seperti mengklik dari satu posisi ke posisi berikutnya ketika Anda memutar rotor dengan tangan tanpa daya

GAMBAR 11-57 Diagram yang menunjukkan posisi rotor enam kutub dan stator empat kutub dari motor stepper tipikal.(Courtesy of Parker Compumotor Division.)

Ketika daya diterapkan, itu diarahkan hanya ke salah satu pasangan belitan stator, yang akan menyebabkan pasangan belitan menjadi magnet. Salah satu kumparan untuk pasangan akan menjadi kutub utara, dan yang lainnya akan menjadi kutub selatan.Ketika ini terjadi, kumparan stator yang merupakan kutub utara akan menarik gigi rotor terdekat yang memiliki polaritas berlawanan, dan kumparan stator yang merupakan kutub selatan akan menarik gigi rotor terdekat yang memiliki polaritas berlawanan. Ketika arus mengalir melalui kutub-kutub ini, rotor sekarang akan memiliki daya tarik yang jauh lebih kuat ke belitan stator, dan peningkatan torsi disebut memegang torsi.

Dengan mengubah aliran arus ke belitan stator berikutnya, medan magnet akan berubah 90 °. Rotor hanya akan bergerak 30 ° sebelum medan magnetnya kembali sejajar dengan perubahan medan stator. Medan magnet di stator terus berubah saat rotor bergerak melalui 12 langkah untuk menggerakkan total 360 °. Gambar 11-58 menunjukkan posisi rotor berubah ketika arus yang disuplai ke stator berubah.

GAMBAR 11-58 Pergerakan rotor motor stepper saat arus dialirkan ke stator. (a) Arus diterapkan ke belitan atas dan bawah, sehingga belitan atas adalah utara, (b) Arus diterapkan ke belitan kiri dan kanan, sehingga belitan kiri adalah utara, (c) Arus diterapkan ke atas dan bawah belitan, sehingga belitan bawah adalah utara, (d) Arus diterapkan ke belitan kiri dan kanan sehingga belitan kanan adalah utara. (Courtesy of Parker Compumotor Division.)

Pada Gambar ll-58a Anda dapat melihat bahwa ketika arus diterapkan pada belitan stator atas dan bawah, mereka akan menjadi magnet dengan bagian atas belitan menjadi kutub utara, dan bagian bawah belitan menjadi kutub selatan . Anda harus memperhatikan bahwa ini akan menyebabkan rotor bergerak sedikit sehingga salah satu kutub selatannya sejajar dengan kutub stator utara (di atas), dan ujung yang berlawanan dari kutub rotor, yang merupakan kutub utara, akan sejajarkan dengan kutub selatan stator (di bagian bawah). Sebuah garis ditempatkan pada bagian kutub selatan yang terletak pada posisi jam 12 di Gambar ll-58a sehingga Anda dapat mengikuti gerakannya saat arus dipindahkan dari satu belitan stator ke belokan berikutnya. Pada Gambar. Ll-58b arus telah dimatikan ke belitan atas dan bawah, dan arus sekarang diterapkan pada belitan stator yang ditunjukkan di sisi kanan dan kiri motor. Ketika ini terjadi, belitan stator pada posisi jam 3 akan memiliki polaritas untuk kutub selatan magnet stator, dan belitan pada posisi jam 9 akan memiliki polaritas kutub utara. Dalam kondisi ini, kutub rotor berikutnya yang akan dapat sejajar dengan magnet stator adalah kutub berikutnya dalam posisi searah jarum jam dengan kutub sebelumnya. Ini berarti bahwa rotor hanya perlu memutar 30 ° pada posisi searah jarum jam untuk set kutub ini untuk menyelaraskan dirinya sendiri sehingga menarik kutub stator.

Pada Gambar. Ll-58c Anda dapat melihat bahwa belitan stator atas dan bawah sekali lagi diberi energi, tetapi kali ini belitan atas adalah kutub selatan medan magnet dan belitan bawah adalah kutub utara. Perubahan medan magnet ini akan menyebabkan rotor bergerak lagi 30 ° pada posisi searah jarum jam sampai kutubnya akan sejajar dengan kutub stator atas dan bawah. Anda harus memperhatikan bahwa kutub rotor asli yang berada pada posisi jam 12 ketika motor pertama kali mulai sekarang telah bergerak tiga langkah dalam posisi searah jarum jam.

Pada Gambar. Ll-58d Anda dapat melihat bahwa belitan stator dua sisi sekali lagi diberi energi, tetapi kali ini belitan pada posisi jam 3 adalah kutub utara. Perubahan polaritas ini akan menyebabkan rotor untuk bergerak 30 ° searah jarum jam. Anda harus memperhatikan bahwa rotor telah bergerak empat langkah masing-masing 30 °, yang berarti rotor telah memindahkan total 120 ° dari posisi aslinya. Ini dapat diverifikasi dengan posisi kutub rotor yang memiliki garis di atasnya, yang sekarang menunjuk ke belitan stator yang terletak di posisi jam 3.

http://www.ni.com/white-paper/14877/en/

Apa gunanya motor stepper?

• Positioning – Karena steppers bergerak dalam langkah berulang yang tepat, mereka unggul dalam aplikasi yang membutuhkan penentuan posisi yang tepat seperti printer 3D, CNC, platform Kamera dan X, Y Plotters. Beberapa disk drive juga menggunakan motor stepper untuk memposisikan head baca / tulis.
• Kontrol Kecepatan – Peningkatan gerakan yang tepat juga memungkinkan kontrol yang sangat baik terhadap kecepatan rotasi untuk otomatisasi proses dan robotika.
• Torsi Kecepatan Rendah – Motor DC normal tidak memiliki torsi sangat banyak pada kecepatan rendah. Motor Stepper memiliki torsi maksimum pada kecepatan rendah, sehingga merupakan pilihan yang baik untuk aplikasi yang membutuhkan kecepatan rendah dengan presisi tinggi.

Apa keterbatasan mereka?

• Efisiensi Rendah – Tidak seperti motor DC, konsumsi arus motor stepper tidak tergantung pada beban. Mereka menggambar paling terbaru saat mereka tidak melakukan pekerjaan sama sekali. Karena itu, mereka cenderung menjadi panas.
• Torsi Berkecepatan Tinggi Terbatas – Secara umum, motor stepper memiliki torsi lebih sedikit pada kecepatan tinggi daripada pada kecepatan rendah. Beberapa steppers dioptimalkan untuk kinerja kecepatan tinggi yang lebih baik, tetapi mereka perlu dipasangkan dengan driver yang tepat untuk mencapai kinerja itu.
• Tidak Ada Umpan Balik – Tidak seperti motor servo, kebanyakan stepper tidak memiliki umpan balik integral untuk posisi. Meskipun presisi tinggi dapat dicapai dengan menjalankan ‘loop terbuka’. Saklar batas atau detektor ‘rumah’ biasanya diperlukan untuk keselamatan dan / atau untuk menetapkan posisi referensi.

https://learn.adafruit.com/all-about-stepper-motors/types-of-steppers