Pengenalan Stepping Motor

Stepping motor dikenal juga sebagai Pulse motor atau Step motor atau Stepper, pada mulanya berasal dari Inggris dan selanjutnya dikembangkan di Amerika, komponen ini digunakan sebagai pengendali jarak jauh (remote control) oleh angkatan laut Inggris pada tahun 1930 dan sebagai bagian pada alat navigasi pada perang dunia ke dua oleh Jepang dan Amerika. Pada tahun-tahun selanjutnya, komponen ini digunakan juga sebagai penggerak yang merubah sistem pengendalian rumit menjadi lebih sederhana dengan densitas tinggi, dan penggunaannya dari tahun ke tahun semakin meningkat.Stepping motor memiliki beberapa keunggulan-keunggulan sebagai berikut:Mudah dikendalikan dengan putaran singkron yang hanya tergantung pada denyut yang diterima.Memiliki sudut yang tepat pada setiap langkah tanpa adanya akumulasi kesalahan sudut.Memiliki respon memulai dan berhenti yang baik pada saat digunakan, dan dapat digunakan sebagai servomotor.Putaran singkron pada kecepatan yang sangat rendah dapat dicapai selagi Carriage dihubungkan langsung pada shaft stepping motor.Memiliki ketahanan yang tinggi karena masa pengoperasiannya tergantung pada ketahanan Bearing dan tidak pada bagian yang menempel semisal sikat atau Brush.Berbagai macam sudut dapat dicapai tergantung dari tipe motor.Memiliki torsi menahan di posisi yang di-inginkan pada saat motor dalam keadaan diam.Tidak terdapat sisa arus yang mengalir meskipun putaran terhalang oleh kelebihan beban.Kecepatan putaran tidak dipengaruhi oleh pergantian beban. karenanya kecepatan dapat selalu terjaga secara simultan dengan denyut masukDengan keunggulan-keunggulan diatas, saat ini stepping motor semakin luas digunakan dalam bermacam bentuk penggunaan seperti pada Head driver yang digunakan untuk FDD, CD, CD-ROM, DVD dsb, juga pada Lense driver yang digunakan untuk DSC, DVD dsb .Jenis-jenis Stepping Motor

Pada umumnya stepping motor dapat diklasifikasikan secara luas menjadi 3 jenis yaitu, jenis VR (Variable reluctance), jenis PM (Permanent magnet), jenis HB (Hybrid)Stepping Motor jenis VRJenis VR adalah motor paling awal yang diklasifikasikan berdasarkan teori torsi yang dibangun pada stepping motor yaitu, dengan cara mengganti ketahanan magnetik secara berulang-ulang berdasarkan posisi rotornya dalam rangkaian magnetik yang terbentuk antara lekukan gear rotor dan stator pemicu, dimana fase stator yang dipicu akan membuat gigi stator menarik gigi rotor yang paling terdekat.

Gambar 1.Struktur dan teori pengendalian type VRStepping motor tipe PMJenis PM merujuk pada motor dengan rotor terbuat dari magnet permanen, gambar 2 adalah motor jenis PM yang paling awal. Jika terminal yang di-indikasi dengan huruf C pada masing-masing fase dihubungkan ke terminal Common dan terminal (+) power supply, dan fase pemicu dinyalakan secara berurutan 1, 2, 3 dan 4, maka rotor akan berputar searah jarum jam (Clockwise). Berdasarkan teori ini, jumlah gigi yang terdapat pada stator dapat ditambah dengan cara mengurangi sudut langkahnya lebih lanjut, bagaimanapun, stepping motor ini masih memiliki keterbatasan.

Gambar 2. Struktur dan teori pengendalian motor jenis PMStruktur bentuk kutub cakar pada stepping motor jenis PMBeberapa stepping motor jenis PM mengadopsi bentuk kutub cakar sebagai induktor. Bentuk ini telah memberikan banyak sumbangan pada produktifitas dan biaya, dan bentuk ini juga telah menjadi acuan utama pada stepping motor saat ini. (Lihat appendik 1)

Gambar 3. Stepping motor dengan bentuk kutub cakar

Gambar 3menunjukan tipikal bentuk kutub cakar pada stepping motor. Struktur terdiri dari 2 fase, dimana arus yang mengalir melewati akan gulungan yang berbentuk cincin dan membentuk medan magnet vertikal melewati shaft pada bentuk kutub cakar tersebut. Medan magnetik ini akan menentukan kutub magnet berdasarkan arah aliran arus. Dengan mengendalikan arah arus, kutub magnet (pada core) akan menarik magnet yang telah dimagnetasi dan selanjutnya membentuk mekanisme melangkah maju (Lihat appendik 2)Stepping motor jenis HybridStepping motor jenis hybrid adalah motor yang digunakan untuk mendapatkan sudut kecil dengan torsi tinggi, Diameter luar rotor dan diameter dalam stator dipotong dengan sejumlah gigi yang banyak, rotor yang digunakan terbuat dari permanen magnet dan memiliki perangkat seperti pada jenis PM dan VR.Motor stepper adalah motor yang digunakan sebagai penggerak/pemutar.Prinsip kerja motor stepper mirip dengan motor DC, sama-sama dicatu dengan tegangan DC untuk memperoleh medan magnet. Bila motor DC memiliki magnet tetap pada stator, motor stepper mempunyai magnet tetap pada rotor. Motor stepper dinyatakan dengan spesifikasi : berapa phasa , berapa derajat perstep, berapa volt tegangan catu untuk tiap lilitan dan berapa ampere/miliampere arus yang dibutuhkan untuk tiap lilitan. Motor stepper tidak dapat bergerak sendirinya, tetapi bergerak secara per-step sesuai dengan spesifikasinya, dan bergerak dari satu step ke step berikutnya memerlukan waktu, serta menghasilkan torsi yang besar pada kecepatan rendah. Motor stepper juga memiliki karakteristik yang lain yaitu torsi penahan, yang memungkinkan menahan posisinya. Hal ini sangat berguna untuk aplikasi dimana suatu sistem memerlukan keadaan start dan stop (Trianto, 2005).Motor stepper tidak merespon sinyal clock dan mempunyai beberapa lilitan dimana lilitan-lilitan tersebut harus dicatu (tegangan) dahulu dengan suatu urutan tertentu agar dapat berotasi. Membalik urutan pemberian tegangan tersebut akan menyebabkan putaran motor stepper yang berbalik arah. Jika sinyal kontrol tidak terkirim sesuai dengan perintah maka motor stepper tidak akan berputar secara tepat, mungkin hanya akan bergetar dan tidak bergerak. Untuk mengontrol motor stepper digunakan suatu rangkaian driver yang menangani kebutuhan arus dan tegangan (Trianto, 2005).Karakteristik motor steppera. TeganganTiap motor stepper mempunyai tegangan rata-rata yang tertulis pada tiap unitnya atau tercantum pada datasheet masing-masing motor stepper. Tegangan rata-rata ini harus diperhatikan dengan seksama karena bila melebihi dari tegangan rata-rata ini akan menimbulkan panas yang menyebabkan kinerja putarannya tidak maksimal atau bahkan motor stepper akan rusak dengan sendirinya.

b. ResistansiResistansi per lilitan adalah karakteristik yang lain dari motor stepper. Resistansi ini akan menentukan arus yang mengalir, selain itu juga akan mempengaruhi torsi dan kecepatan maksimum dan motor stepper.

c. Derajat per stepDerajat per step adalah faktor terpenting dalam pemilihan motor stepper sesuai dengan aplikasinya. Tiap-tiap motor stepper mempunyai spesifikasi masing-masing, antara lain: 0.72 per step, 1.8 per step, 3.6 per step, 7.5 per step, 15 per step, dan bahkan ada yang 90 per step. Dalam pengoperasiannya kita dapat menggunakan 2 prinsip yaitu full step atau half step. Dengan full step berarti motor stepper berputar sesuai dengan spesifikasi derajat per stepnya, sedangkan half step berarti motor stepper berputar setengah derajat per step dari spesifikasi motor stepper tersebut.Motor step (stepper motor) adalah salah satu jenis motor DC yang dapat berputar pada langkah tetap dengan besar sudut tertentu. Tidak seperti motor DC biasa yang menghasilkan gerakan putaran kontinyu, motor step menghasilkan gerak putaran diskret (gerakan yang patah-patah) seperti terlihat pada Gambar 1. Besarnya sudut untuk tiap langkah bervariasi antara 0,9 hingga 900. Motor step digunakan pada aplikasi yang memerlukan perputaran pada sudut tertentu namun tidak memerlukan umpan balik dari sensor posisi. Sudut perpindahan dapat diketahui dengan menghitung jumlah langkah yang dilakukan dalam satu putaran.

Gambar 1 Perbedaan antara gerak motor step dengan gerak motor DC kontinyu.

Sumber Gambar : Grant, 2005

Motor step adalah satu-satunya jenis motor DC yang pengendaliannya dapat dilakukan secara open loop. Contoh penggunaan motor step dapat dilihat pada printer, scanner, dan floppy disk drive. Gambar 2 menunjukkan contoh dari suatu motor step.

Gambar 2 Bentuk fisik motor step

Stepper Motor stepper adalah motor yang digunakan sebagai penggerak/pemutar.Prinsip kerja motor stepper mirip dengan motor DC, sama-sama dicatu dengan tegangan DC untuk memperoleh medan magnet. Motor stepper tidak dapat bergerak sendirinya, tetapi bergerak secara per-step sesuai dengan spesifikasinya, dan bergerak dari satu step ke step berikutnya memerlukan waktu, serta menghasilkan torsi yang besar pada kecepatan rendah. Motor stepper juga memiliki karakteristik yang lain yaitu torsi penahan, yang memungkinkan menahan posisinya. Hal ini sangat berguna untuk aplikasi dimana suatu sistem memerlukan keadaan start dan stop

Motor stepper tidak merespon sinyal clock dan mempunyai beberapa lilitan dimana lilitan-lilitan tersebut harus dicatu (tegangan) dahulu dengan suatu urutan tertentu agar dapat berotasi. Membalik urutan pemberian tegangan tersebut akan menyebabkan putaran motor stepper yang berbalik arah. Jika sinyal kontrol tidak terkirim sesuai dengan perintah maka motor stepper tidak akan berputar secara tepat, mungkin hanya akan bergetar dan tidak bergerak. Untuk mengontrol motor stepper digunakan suatu rangkaian driver yang menangani kebutuhan arus dan tegangan Motor stepperKelebihanyang dimiliki oleh motor stepper : Stabil karena dapat menggerakkan beban dalam rentang yang luas baik beban inersiamaupun beban friksi Tidak memerlukan umpan balik karena motor berfungsi sebagaiposition tranducer Plug and playSangat baik bekerja pada torsi yang rendah karena dapat mengangkut beban yang banyaktanpa menggunakan sistem transmisi Excelent repeatability.Return to the same location accurately.

Kekurangan yang dimiliki oleh motor stepper : Tingkat efisiensi rendah bila dibandingkan motor servo Torsi berbanding terbalik dengan kecepatan Motor dapat menjadi sangat panas saat bekerja pada kemampuan maksimalnya memiliki output tenaga yang rendah bila dibandingkan ukuran dan berat motor.Penampakan motor stepper:

HYPERLINK "http://ta141501031.blog.lskk.ee.itb.ac.id/wp-content/uploads/sites/31/2015/02/moto101jpg_00000035483.jpg"