Motor Stepper

Baca Juga

Motor Stepper adalah motor listrik DC tanpa sikat dimana untuk memutarnya kita butuh pulse listrik setahap demi setahap, berbeda dengan motor DC  biasa yang hanya perlu power supply tanpa adanya pulse kontrol. Dengan pulse kita bisa mengontrol derajat putaran dengan lebih akurat.

 Gambar dibawah adalah prinsip kerja dari motor steper. Dengan mengontrol derajat putaran berarti kita membagi rotasi 360 derajat menjadi beberapa step, garis biru melingkar adalah 1 revolusi = 360 derajat, 1 step = 45 derajat atau 1 pulse = 45 derajat, untuk mencapai satu putaran penuh kita butuh 8 step atau 8 pulse listrik (360/45)


Contoh lainnya adalah motor stepper dengan sudut 1.8 derajat dan 360 derajat dalam satu putaran penuh atau 1 revolusi  kita butuh  200 step ( perhitungannya 360 / 1.8). Jika kita memberi 5000 pulse per detik ini sama dengan 25 revolusi per detik ( 5000 / 200), maka dalam satu menit kita mendapatkan motor steper berputar 1500 rpm ( 25 * 60).

SMotor stepper adalah salah satu komponen penting di industri elektronika, berikut ini contoh penggunaan motor stepper.

Lengan robot yang menggunakan motor stepper.

Mesin CNC
Setelah kita memiliki bayangan seperti apa motor stepper bekerja, Sekarang kita lihat isi dari  motor stepper, motor ini memiliki beberapa gulungan atau koil tembaga yang disebut "fase"

 

Dengan menggunakan raspi  kita dapat mengontrol langkah motor stepper dengan memberikan Pulse listrik berupa sinyal PWM ke fase melalui Driver,  sehingga kita bisa menentukan posisi dan kecepatan yang tepat, karenanya motor stepper banyak dipakai untuk aplikasi yang membutuhkan gerak yang presisi

Kenapa kita menggunakan motor stepper , Berikut poin poin keunggulannya.

• Positioning– Motor stepper bergerak dalam langkah yang tepat dan posisi yang diinginkan, untuk aplikasi yang memerlukan posisi yang tepat seperti printer 3D, CNC, platform Kamera dan X, Y plotter ini pilihan yang cocok. 

• Speed Control – Presisi dalam penambahan kecepatan dan kontrol kecepatan sehingga sangat baik untuk kontrol kecepatan rotasi, banyak digunakan untuk proses otomasi dan robotika.

• Torsi pada kecepatan rendah- motor DC biasa tidak memiliki banyak torsi pada kecepatan rendah tapi sebaliknya motor stepper memiliki torsi maksimum pada kecepatan rendah, pilihan yang baik untuk aplikasi yang membutuhkan kecepatan rendah namun dengan torsi kuat dan presisi tinggi.

Motor stepper memiliki keterbatasan sbb:

• Rendah Efisiensi - Tidak seperti motor DC, motor stepper tetap mengkonsumsi daya cukup besar meskipun tidak dibebani karenanya motor stepper cenderung lebih panas.

• Torsi Terbatas pada Kecepatan tinggi - Secara umum, motor stepper akan berkurang torsinya pada kecepatan tinggi dari pada saat kecepatan rendah. Beberapa stepper bisa dioptimalkan untuk kecepatan tinggi tetapi harus dipasangkan dengan driver kusus.

• Tidak ada Feedback - Tidak seperti motor servo, motor stepper tidak memiliki umpan balik untuk mengetahui posisi saat ini, walaupun motor ini memiliki presisi tinggi, demitujuan keselamatan limit switch atau detektor tetap diperlukan.

Jenis jenis motor Stepper

Ada berbagai macam jenis stepper, beberapa di antaranya membutuhkan driver khusus. Untuk artikel di Soraya kita akan fokus pada motor stepper yang dapat digerakkan dengan driver yang umum tersedia dipasaran, seperti motor stepper dengan magnet permanen atau Hybrid steppers, baik bipolar 2-fase, atau 4-fase unipolar.

 

Ukuran torsi Motor  steper diwakili oleh standar NEMA

Salah satu hal pertama yang perlu dipertimbangkan dalam memilih motor stepper adalah beban kerja motor atau torsi.  Beban kerja yang besar berarti membutuhkan torsi  yang juga besar. Sobat mungkin bisa  merujuk ke tabel berikut. 

.
 

Motor stepper terkecil dibuat seukuran kacang sampai ukuran monster NEMA 57. NEMA 17 adalah ukuran yang umum digunakan dalam printer 3D dan CNC atau ukuran yang lebih kecil. Motor kecil banyak dipakai untuk aplikasi robot dan animatronik. Untuk NEMA besar umum diaplikasikan pada mesin CNC dan aplikasi industri.

 

Step dan resolusi

Motor stepper memiliki step, kita bisa mencari variasi step mulai dari 4 sampai 400 step. Jumlah step umumnya mulai dari 24, 48 dan 200.

Gearing

Untuk mendapatkan resolusi tinggi umumnya dengan gearing. Sebuah gear atau gear box juga akan meningkatkan torsi motor. Beberapa motor steppers kecil yang dilengkapi gearbox mampu menghasilkan torsi yang mengesankan.

Pemakaian gearbox motor stepper umumnya terbatas pada aplikasi yang membutuhkan RPM rendah.

 

Model shaft

Hal lain yang perlu dipertimbangkan adalah model shaft motor sebagai coupling. Motor stepper tersedia dengan beberapa model shaft:

• Bulat atau "D" Shaft: ini tersedia dalam berbagai diameter standar dan ada banyak katrol, roda gigi dan skrup poros.  Model poros "D" memiliki satu sisi yang diratakan untuk mencegah selip, penting ketika digunakan pada aplikasi torsi tinggi.

• Drive shaft: Beberapa shaft memiliki roda gigi sepaket. Ini biasanya dirancang untuk couple dengan modul roda gigi.

• Lead-Screw Shaft: Motors dengan shaft ini digunakan untuk membuat aktuator linear. Seperti head positionerpada disk drive.
• 
  

Instalasi kabel

Ada banyak variasi dalam kabel motor stepper. Disini kita fokus pada motor stepper yang dapat digerakkan dengan driver yang umum tersedia, seperti motor stepper menggunakan permanen Magnet atau Hybrid steppers.

Coils dan step

Sebuah motor stepper biasanya memiliki sejumlah gulungan yang terhubung dalam group yang disebut "fase". Semua kumparan di fase diberi daya bersama-sama.

 

Unipolar vs Bipolar

Dua fase motor bipolar memiliki 2 group kumparan.

4 fase motor unipolar memiliki 4 group kumparan. 2-phase motor bipolar akan memiliki 4 kabel dengan 2 line untuk setiap tahap.

Beberapa motor stepper dilengkapi dengan konfigurasi kabel yang lebih fleksibel yang memungkinkan sobat untuk memodifikasi motor sebagai bipolar atau unipolar.

5-Wire motorModel ini umum di motor unipolar. Semua common dari kabel koil disambung didalam, sehingga hanya 5 kabel yang keluar. Motor ini hanya dapat dipakai sebagai motor unipolar. 6-Wire motor  Motor ini hanya menggabungkan 2 fase berpasangan. Kedua kabel common terpisah dan dapat disambung diluar menjadi 5 kabel dan bekerja sebagai motor unipolar.  Atau dapat mengabaikan kabel tengah sehingga bekerja sebagai motor Bipolar.

8-Wire motor 8-wire unipolar adalah motor yang paling serbaguna dari motor motor yang sebelumnya. Hal ini karena sambungan kabel dapat dibuat dengan beberapa kombinasi: 4-phase unipolar - Semua kabel common disambung bersama - seperti motor 5- wireless sebelumnya.. 2-phase seri bipolar – kabel fase dihubungkan secara seri - seperti pada motor 6 wire 2-phase bipolar paralel – Kabel fase disambung secara paralel, tetapi membutuhkan daya dua kali kapasitas drive. Keuntungan dari 8 wire ini akan didapat torsi yang lebih tinggi dan kecepatan.

Menggunakan motor stepper
Jika motor induksi atau motor besar 220-400 VAC di drive menggunakan rangkaian start delta, maka mengendalikan motor stepper sedikit lebih rumit. Motor stepper memerlukan stepper controller atau drive untuk memberikan daya pada tiap fase dalam waktu dan urutan yang tepat untuk membuat motor berputar.

Untuk bisa menggunakan motor stepper bekerja sesuai fungsinya kita tidak bisa langsung memberikan power supply begitu saja, gambar berikut ini adalah blok diagram dari sumber kontroler hingga motor stepper.

Stepper kontroler bisa  menggunakan raspberry pi atau microntroler sebagai sumber pulse listrik untuk driver, driver bekerja sebagai perangkat yang mengatur soure power fase atau lilitan di motor stepper sekaligus sumber listrik dengan volt dan ampere yang cukup untuk motor. Berikut ini contoh driver untuk motor stepper.

Driver unipolar sederhana

Driver sederhana dapat dibuat dengan beberapa transistor, yang bekerja dengan menyalakan dan mematikan secara berurutan daya ke fasa.
driver unipolar relatif murah untuk dibuat, tetapi hanya bekerja dengan motor unipolar.

Dual H-Bridge driver sederhana

Mengendalikan motor bipolar membutuhkan 2 H-Bridge full sehingga dapat membalikkan arus ke fase. Membuat sendiri rangkaian H-Bridge cukup rumit. Tapi ada banyak chip H-Bridge yang lebih simpel untuk dipakai.

Driver L293D

 Adalah salah satu chip paling populer dan ekonomis. 

Driver drv8825  

Driver drv8825 bisa dipakai sebagai driver motor stepper bipolar, mudah dan cukup sederhana seperti berikut

Controller canggih CNC

Drive GShield dan TinyG CNC board membawa kita selangkah lebih dekat untuk kinerja motor stepper industri.
TinyG CNC ini memiliki on-board G-kode interpreter dan 4 output motor, ini solusi embeded komplit dan effiesien untuk ukuran mesin 4-sumbu CNC.

Board ini canggih, kinerja tinggi dan bekerja lebih kompleks bisa direkomendasikan untuk pengguna berpengalaman. 

Untuk melihat deskripsi board dan operasinya bisa ditemukan di TinyG Wiki dan Forum Synthetos. 

Pencocokan Driver ke Stepper

Sekarang kita sampai pada bagian yang paling penting, memastikan bahwa motor dan drive kompatibel untuk menghindari kerusakan motor atau controller. 

Mengetahui Spesifikasi driver

Dua parameter yang paling penting dalam spesifikasi driver:

• Tegangan - Tegangan maksimum untuk motor.

• Arus - Arus maksimum  yang dapat disupply terus menerus ke motor.

Mengetahui Spesifikasi motor

Sobat juga perlu mengetahui 2 spesifikasi listrik untuk motor:

• Amp per fase - ini adalah arus maksimum digulungan motor tanpa membuat motor terlalu panas.

• Tahanan per fase - ini adalah resistensi dari setiap step. Demikian artikel motor stepper, sobat juga bisa membaca artikel mengenai resistor, kapasitor, transformator atau IC di blog ini. semoga bermanfaat..salam :)