Apa Itu Motor Stepper: Pengertian, Fungsi, Cara Kerja Dan Aplikasinya

Apa itu motor stepper? Motor stepper adalah perangkat elektromekanis yang mengubah tenaga listrik menjadi tenaga mekanik. Juga, ini adalah motor listrik sinkron tanpa brush yang dapat membagi putaran penuh menjadi sejumlah langkah yang ekspansif.

Posisi motor dapat dikontrol secara akurat tanpa mekanisme feedback, selama motor disesuaikan dengan ukuran aplikasi. Motor stepper menggunakan teori operasi magnet untuk membuat poros motor berputar pada jarak yang tepat ketika pulsa listrik diberikan.

Stator memiliki delapan kutub, dan rotor memiliki enam kutub. Rotor akan membutuhkan 24 pulsa listrik untuk menggerakkan 24 step untuk membuat satu putaran penuh. Cara lain untuk mengatakan ini adalah bahwa rotor akan bergerak tepat 15° untuk setiap pulsa listrik yang diterima motor.

Apa Itu Motor Stepper?

Seperti yang sudah dijelaskan diatas dan sesuai dengan namanya motor stepper adalah jenis motor yang putarannya berdasarkan langkah (step) diskrit. Input pada motor stepper berasal dari pulsa-pulsa digital, berdeda dengan motor DC konvensional yang bekerja berdasarkan komutasi pada komponen brush (sikat) nya.

Step yang mengendalikan motor berasal dari konstruksi kumparan yang disusun menjadi beberapa kelompok yang disebut fase. Motor dapat berputar apabila diberikan energi pada fase secara berurutan.

Motor Stepper mengubah sinyal-sinyal listrik menjadi gerakan mekanis diskrit. Motor Stepper bergerak dalam langkah (step) secara teratur. Anda dapat mengendalikan langkah pada motor mengunakan mikrokontroller maupun rangkaian digital.

Torsi dari motor Stepper tidak sebesar motor DC. Namun, motor jenis ini memiliki tingkat presisi yang tinggi dalam putarannya. Kecepatan gerak pada stepper dinyatakan dalam step per second atau jumlah step per detik.

Bagian Bagian Motor Stepper

konstruksi-motor-stepper

Pada prinsipnya, Bagian bagian motor stepper yakni serupa dengan motor listrik pada umumnya, yakni mempunyai rotor dan stator. Perbedaanya adalah motor stepper tidak mempunyai sikat karena putaran dilakukan dengan memberi pulsa diskrit pada kumparan motor.

Stator pada motor DC dibuat dari logam yang ada belitan di sekelilingnya. Belitan ini tidak dililitkan pada semua bagian stator, tetapi dibelitkan secara individual pada gigi stator, hingga lebih mirip motor brushless. Belitan ini yang tersambung pada input dan diberi pulsa digital.

Dan rotor pada stepper dibuat dari besi lunak atau dari batang magnet. Rotor akan memberi respon medan magnet pada belitan stator dan bergerak sama sesuai sudut stepnya. Motor Stepper bisa diatur posisinya tanpa mekanisme umpan balik (feedback).

Jenis Motor Stepper

Berdasarkan struktur rotor dan startornya jenis motor stepper dibagi menjadi tiga:

  1. Variable Reluctance (VR)
  2. Permanen Magnet (PM)
  3. Stepper Hybrid

Variable Reluctance (VR)

Variable Reluctance-Stepper-Motor

Variable Reluctance adalah jenis motor stepper yang paling sederhana. Motor Stepper VR terdiri dari motor besi lunak dengan beberapa gerigi dan dikelilingi oleh belitan stator.

Stator sendiri terbagi dalam beberapa belitan yang tersambung langsung dengan inputnya. Belitan inilah yang menentukan sudut step pada motor.

Rotasi pada motor terjadi saat gerigi rotor ditarik ke kutub stator hasil dari pulsa digital yang diberikan. Pulsa digital membawa daya listrik hingga menimbulkan medan elektromagnetik pada kumparan stator.

Magnet pada Stepper jenis VR lebih kecil dan ringan dibanding jenis permanen magnet, hingga bisa bergerak lebih cepat. Semakin kecil gap di antara rotor dan gigi stator dari stepper VR, karena itu semakin kecil pula gaya magnetnya.

Permanen Magnet (PM)

motor-stepper-permanen-magnet

Permanen magnet stepper adalah jenis stepper yang memakai magnet permanen pada rotornya dan bekerja pada atrikan atau tolakan di antara rotor dan stator electromagnet. Tidak seperti jenis Variable Reluctance, jenis Permanen Magnet tidak mempunyai gerigi pada rotornya.

Sebagai gantinya, Stepper PM memakai magnet dengan alternating north dan kutub selatan dengan garis lurus yang sejajar dengan kutub rotor. Kutub magnet pada rotor ini menciptakan peningkatan intensitas fluks sehingga torsinya semakin tinggi dibanding stepper tipe VR.

Stepper Hybrid

motor-stepper-hybrid

Stepper Hybrid adalah kombinasi dari 2 jenis stepper di atas. Penggabungan jenis Variable Reluctance dan Permanen magnet mempunyai tujuan untuk memberikan daya maksimum dalam kemasan yang kecil.

Karena konstruksi yang dikombinasikan karenanya harga dari stepper Hybrid lebih justru dari 2 tipe lainnya. Tetapi, Stepper ini mempunyai kombinasi sifat terbaik dari keduanya.

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

Berdasarkan sitem belitan pada statornya, stepper dibagi menjadi dua jenis utama yaitu:

Stepper Unipolar

Stepper tipe ini terdiri dari 2 belitan yang mempunyai cabang tengah atau center tap. Cabang tengah dari tiap-tiap belitan terdapat bersatu atau terpisah, bergantung dari datasheet motor.

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

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

Stepper Bipolar

Bipolar-stepper-motor

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

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

Untuk mengatur stepper bipolar,dibutuhkan sinyal digital yang berubah-ubah dari positif ke negative dan kebalikannya pada tiap belitannya. Ini mempunyai tujuan untuk menghasilkan fluktuasi magnetik yang berubah ubah hingga rotor bisa berputar-putar sesuai sudut stepnya.

Cara Kerja Motor Stepper

Pada prinsipnya, cara kerja motor stepper berbeda beda, bergantung pada konstruksi rotor dan stator dan mekanisme belitan pada statornya. Tetapi tiap-tiap stepper digerakkan oleh pulsa digital yang diubah setiap waktu.

Kecepatan sinyal pulsa digital atau lebih tepatnya frekuensi sinyal memengaruhi kecepatannya. Makin cepat frekuensi sinyal, karena itu semakin cepat juga RPM pada stepper.

Sinyal digital ini dapat dipakai untuk menentukan posisi pada motor stepper. Misalkan saja, stepper dengan sudut step 1.8° karena itu untuk satu putaran penuh dibutuhkan 200 step, hingga untuk setengah putaran stepper membutuhkan 100 step dan untuk satu setengah putaran dibutuhkan 300 step. Hal inilah yang mejadikan stepper sering digunakan pada mesin printer 3D dan CNC Engraving.

Sinyal digital yang diberi pada rotor menciptakan medan magnetik yang berhubungan dengan rotor pada motor stepper. Ini mengakibatkan motor bergerak di satu sudut stepnya, dan bertahan sampai sinyal digital selanjutnya.

Dibawah ini adalah video animasi mengenai cara kerja motor stepper:

Kelebihan dan Kekurangan Motor Stepper

Sekarang setelah kita memahami prinsip kerja motor stepper, ada baiknya untuk merangkum kelebihan dan kekurangannya dibandingkan dengan jenis motor lainnya.

Kelebihan Motor Stepper

  • Karena struktur internalnya, motor stepper tidak memerlukan sensor untuk mendeteksi posisi motor. Karena motor bergerak dengan melakukan “step”, hanya dengan menghitung step stepnya ini, Kamu dapat menentukan posisi motor pada waktu tertentu.
  • Selain itu, kontrol motor stepper cukup sederhana. Motor memang membutuhkan driver, tetapi tidak memerlukan perhitungan atau penyetelan yang rumit agar dapat bekerja dengan baik. Secara umum, upaya pengendalian lebih rendah dibandingkan dengan motor lain. Dengan microstepping, Kamu dapat mencapai akurasi posisi yang cukup tinggi, hingga sekitar 0,007°.
  • Motor stepper memberikan torsi yang baik pada kecepatan rendah, bagus untuk posisi menahan, dan juga cenderung memiliki umur yang panjang.

Kekurangan Motor Stepper

  • Mereka dapat melewatkan satu step jika torsi beban terlalu tinggi. Ini berdampak negatif pada kontrol, karena tidak ada cara untuk mengetahui posisi sebenarnya dari motor. Menggunakan microstepping membuat motor stepper lebih mungkin mengalami masalah ini.
  • Motor ini selalu mengalirkan arus maksimum bahkan saat diam, yang memperburuk efisiensi dan dapat menyebabkan panas berlebih.
  • Motor stepper memiliki torsi rendah dan menjadi sangat bising pada kecepatan tinggi.
  • Terakhir, motor stepper memiliki kepadatan daya yang rendah dan rasio torsi-ke-inersia yang rendah.

Contoh Aplikasi Motor Stepper

Motor stepper memiliki berbagai aplikasi di berbagai industri dan disiplin ilmu, dengan beberapa fungsi motor stepper yang lebih umum adalah:

  1. Komputasi
  2. Robotika
  3. Kamera
  4. Printing dan scaning, termasuk dalam printer 3D
  5. Otomatisasi proses dan mesin packaging
  6. Penempatan valve pilot untuk sistem kontrol fluida
  7. Peralatan positioning presisi

Di bagian ini, kita akan melihat lebih dekat beberapa aplikasi motor stepper pada kehidupan sehari-hari.

Motor Stepper Untuk Printer 3D

motor-stepper-3d-printer

Daftar komponen printer 3D yang umum hampir selalu menyertakan motor stepper dari beberapa deskripsi. Ini karena penggunaan motor stepper dalam printer 3D adalah cara yang sangat akurat dan hemat biaya untuk dapat melakukan tindakan dan rotasi yang sangat tepat dan akurat saat printer mencoba menerjemahkan informasi dari pindaian digital ke objek 3D fisik.

Motor dan driver stepper pada printer 3D memungkinkan pergerakan yang dikontrol dengan ketat di sepanjang sumbu X, Y, dan Z, baik secara terpisah atau bersamaan, yang berarti bahwa akurasi gerakan dan pemosisian yang ekstrem dapat dicapai tanpa memerlukan enkoder dan perangkat lunak atau sensor tambahan lainnya.

Sebagian besar printer 3D akan menggabungkan beberapa motor stepper – mereka biasanya ditemukan di kedua platform build itu sendiri dan ekstruder filamen, di mana mereka digunakan untuk membantu menarik filamen dan mengontrol pasokan material yang konsisten dan merata ke mesin secara keseluruhan. durasi proses pencetakan.

Motor Stepper Untuk Raspberry Pi

motor-stepper-raspberry-pi

Motor stepper adalah periferal yang sangat umum untuk ditambahkan ke modul komputasi board Raspberry Pi untuk pengguna rumahan yang mengajari diri mereka sendiri dasar-dasar keterampilan pemrograman komputer dasar.

Kit starter Raspberry Pi biasanya dijual dalam konfigurasi yang sangat sederhana, dengan gagasan bahwa pengguna individu akan menambahkan bagian tambahan apa pun yang mereka suka ke sistem mereka dalam urutan yang mereka pilih untuk mempelajarinya, menambah keahlian mereka dengan belajar mengontrol komponen baru menggunakan bahasa pemrograman seperti Python.

Di antara komunitas pengguna Raspberry Pi, belajar memanipulasi dan mengendalikan motor stepper kecil dan murah sangat umum dilihat sebagai langkah logis berikutnya setelah belajar mengontrol siklus hidup/mati LED dan jenis sakelar atau buzzer sederhana lainnya. Akibatnya, dengan menghubungkan beberapa motor stepper ini secara berurutan, penggemar rumahan dapat mulai membuat robot yang sederhana dan dapat diprogram.

Banyak jenis motor stepper yang cocok tersedia di pasaran untuk jenis aplikasi ini, mulai dari versi 5V yang sangat murah yang mudah dihubungkan dengan header pada motherboard Raspberry Pi.

Motor Stepper Untuk Kamera

motor-stepper-untuk-kamera

Motor stepper banyak digunakan di berbagai aplikasi berbeda dalam teknologi kamera kelas atas. Mereka digunakan baik untuk mengontrol internal presisi ekstrim, seperti autofokus dalam lensa dan pengaturan aperture, serta di rumah dan mekanisme eksternal kamera keamanan dan sistem monitoring jarak jauh.

Secara khusus, motor stepper dan penggeser kamera bermotor memungkinkan pengoperasian rig pemosisian kamera dengan sangat mulus, yang berarti bahwa rekaman yang diambil dari perangkat keamanan dapat disimpan secara andal bebas dari distorsi gambar yang berpotensi bermasalah yang disebabkan oleh gerakan fisik kamera di sekitar bidang pandangnya.

Motor stepper menyediakan beberapa fitur menarik lainnya untuk digunakan dalam sistem positioning kamera dan pengawasan video, termasuk torsi penuh saat diam, waktu respons yang sangat presisi dan langsung untuk semua input gerakan, pengulangan yang konsisten dari gerakan yang telah ditentukan, dan kontrol loop terbuka sederhana yang ditentukan oleh langkah tetap ukuran.

Kesimpulan

Motor stepper adalah cara yang sangat serbaguna, andal, hemat biaya, dan akurat untuk mengontrol gerakan motor yang presisi, memungkinkan pengguna untuk meningkatkan ketangkasan dan efisiensi gerakan terprogram di berbagai macam aplikasi dan industri. Dengan demikian, mereka membentuk subset penting dan banyak digunakan dalam kategori otomatisasi dan peralatan kontrol yang jauh lebih luas.

Dengan begitu banyak merek motor stepper, ukuran, rating torsi, gaya desain, dan aplikasi yang dimaksudkan yang dijual di pasaran, sangat penting untuk mengetahui dengan tepat konfigurasi mana yang paling cocok untuk lingkungan pengguna seperti apa saat merencanakan pembelian.

Demikanlah ulasan mengenai Apa Itu Motor Stepper, cara kerja hingga hal lain yang sudah sama sama Kita pelajari. Artikel ini bisa Kamu makalah motor stepper dengan mencantumkan sumbernya ya. Seoga bermanfaat.

Lihat Juga:

Leave a Comment