Panduan Belajar Motor Stepper

Motor stepper  adalah salah satu jenis motor listrik DC yang dikendalikan dengan menggunakan pulsa-pulsa digital. Kelebihan dari motor stepper adalah tingkat akurasinya dalam menentukan posisi atau putaran motor.

Motor stepper banyak digunakan untuk aplikasi-aplikasi yang tidak memerlukan torsi besar namun menuntut kecepatan dan akurasi, contoh pemutar piringan CD, motor penggerak pada printer. Motor stepper merupakan motor DC yang tidak memiliki komutator. 

Umumnya motor stepper hanya memiliki kumparan pada stator dan magnet permanen pada rotornya. Konstruksi motor stepper yang seperti ini memungkinkan motor steper untuk dapat diatur posisi dan arah putarannya sesuai aplikasinya.

Bagian-bagian motor stepper

Konstruksi motor stepper

Motor stepper tersusun atas beberapa bagian berikut:

1. rotor    = bagian yang bergerak atau berputar. Berupa magnet permanen
2. stator   = bagian yang diam. Berupa kumparan yang terdiri dari plat inti yang menyatu dengan cashing dan lilitan kawat.
3. bearing = terdapat dua buah bearing yang berada pada setiap ujung motor stepper
4. cashing = chasing motor stepper pada umumnya terbuat dari aluminium danberfungsi sebagai dudukan bearing bagian bawah.
5. shaft    = sahft atau batang besi merupakan pegangan dari motor. Merupakan bagian tengan dari rotor yang terhubung keaktuator.

Jenis-jenis motor stepper

Pada dasarnya stepper motor dibedakan menjadi tiga

a.   Permanent Magnet (PM)

Merupakan motor stepper yang memiliki rotor berupa magnet permanen. Biasanya memilki kecepatan rendah, alat dengan torsi rendah dan sudut langkah besar, bisa 45 atau 90 derajat

b.   Variable Reluctance (VR)

Adalah motor stepper yang memiliki bentuk rotor silinder dan pada semua unitnya memiliki gerigi yang memiliki hubungan dengan kutub-kutub stator. Rotor pada magnet tipe ini tidak menggunakan magnet permanent. 

Stator terlilit oleh lilitan sehingga pada saat teraliri arus, stator akan menghasilkan kutub magnet. Jumlah gerigi pada rotor akan menentukan langkah atau step motor. 

Sudut langkah motor stepper berjenis VR ini bervariasi yaitu sekitar sampai dengan 30^o. Motor stepper berjenis VR ini memiliki torsi yang kecil.

c.   Permanent Magnet – Hybrid (PM-H)

   Merupakan penyempurnaan motor stepper di mana motor stepper ini memiliki kecepatan 1000step/detik namun juga memiliki torsi yang cukup besar sehingga dapat dikatakan bahwa PM-H merupakan motor stepper kombinasi antara PM dan VR motor stepper.

    Motor hybrid mengkombinasikan karakteristik terbaik dari motor variable reluktansi dan motor magnet permanent. Motor ini dibangun dengan kutub stator yang banyak-gigi dan rotor magnet permanent. 

     Motor hybrid standar mempunyai 200 gigi rotor dan berputar pada 1,8 derajat sudut step. Karena memperlihatkan torsi tinggi dan dinamis serta berputar dengan kecepatan yang tinggi maka motor ini digunkan pada aplikasi yang sangat luas. 

Dilihat dari lilitannya motor stepper terbagi menjadi 2 jenis yaitu :

a.   Motor Stepper Unipolar

Motor stepper unipolar terdiri dari dua lilitan yang memiliki center tap.

motor stepper unipolar

b.   Motor Stepper Bipolar

Motor stepper bipolar memiliki dua lilitan dan tidak memiliki center tap. Keunggulan tipe bipolar yaitu memiliki torsi yang lebih besar jika dibandingkan dengan tipe unipolar untuk ukuran yang sama. 

Pada motor stepper tipe ini hanya memiliki empat kabel masukan. Namun ntuk menggerakan motor stepper tipe ini lebih rumit jika dibandingkan dengan menggerakan motor stepper tipe unipolar.

motor stepper bipolar

Control motor stepper

Untuk mengatur gerakan motor stepper dilakukan dengan dua cara berdasarkan simpangan sudut gerakannya, yaitu full-step dan half-step.

1. Full step

Step	S3	S2	S1	S0
1	0	0	0	1
2	0	0	1	0
3	0	1	0	0
4	1	0	0	0
1	0	0	0	1

Step.1 : Stator diberi tenaga. Secara magnetis rotor terkunci pada posisi yang ditunjukkan oleh Step 1, karena kutub-kutub tak sejenis akan saling menarik. Saat phase A dimatikan dan phase B dihidupkan maka rotor berputar 90° searah jarum jam.

Step 2 : Phase B dimatikan dan phase A dihidupkan, tetapi dengan poalritas yang berkebalikan dengan Step1.

Step 3 : Phase A dimatikan dan tahap B dihidupkan, dengan polaritas kebalikan dari Step 2. Pengulangan urutan ini menyebabkan rotor berputar searah jarum jam di dalam dengan step (langkah) 90° .

Metode yang lebih sering dipakai adalah type ”Two Phase On” dimana kedua phase selalu dihidupkan, namun hanya satu polaritas yang dinyalakan. Seperti pada gambar 3 berikut.

2. Half step

Motor dapat juga dibuat menjadi setengah langkah, dengan cara memasukkan state off antara setiap 2 phase (phase A dan B), sehingga pada langkah 90˚ disisipi langkah 45˚. Namun hal ini akan mengurangi torsi sebesar 15 % - 30 %.

Step	S3	S2	S1	S0
1	0	0	0	1
2	0	0	1	1
3	0	1	0	0
4	0	1	1	0
5	0	1	0	0
6	1	1	0	0
7	1	0	0	0
8	1	0	0	1
1	0	0	0	1

konstruksi motor stepper dalam gerakan half-step

Kelebihan dan kekurangan motor stepper:

Kelebihan motor stepper

• sudut rotasi motor proporsional dengan pulsa masukan sehingga mudah diatur
• motor dapat langsung memberikan torsi penuh pada saat mulai bergerak
• posisi dan pergerakan dapat ditentukan secara presisi
• memilik respon ynag sangat baik terhadap segala kondisi putaran
• tidak ada sikat yang bersentuhan dengan rotor seperti pada motor DC

kekurangan motor stepper:

• hanya mempunyai kumparan pada statornya sedangkan pada bagian rotornya merupakan magnet permanan
• jika jumlah step sedikit maka kontrol gerakannya kurang presisi.