Motor Stepper

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.

Motor Stepper adalah sebuah perangkat pengandali yang menkonversikan bit-bit menjadi posisi rotor. Motor stepper memiliki pin-pin input yang menjadi kutub-kutub magnet di dalam motor. Bila salah satu pin diberi sumber tegangan, pin tersebut akan mengaktitkan kutub di dalam magnet sebagai kutub utara dan kutub yang tidak diberi tegangan sebagai kutub selatan. Dengan terdapatnya 2 kutub di dalam motor ini, rotor di dalam motor yang memiliki kutub permanen akan mengarah sesuai dengan kutub—kutub input. Kutub utara rotor akan mengarah ke kutub selatan stator sedangkan kutub selatan rotor akan mengarah ke kutub utara stator. Pada motor stepper terdapat berbagai macam tipe, antara lain:

1. Unipolar

2. Bipolar

3. Single-phase

4. Multy-phase dan sebagainya. 

Skema umum motor stepper dapat dilihat seperti gambar:

Gambar  Skema Motor Stepper

Gambar diatas menunjukkan penampang motor stepper dengan empat koil. Setiap koil memiliki empat kondisi kutub. Bila kondisi satu yang aktif, posisi rotor akan nampak seperti di atas. Bila kondisi bergeser ke dua. rotor akan berputar ke kiri dengan sudut putar sesuai dengan jarak kondisi satu dan dua. Namun bila setelah kondisi satu, kondisi empat yang aktif, rotor akan menuju ke koil dengan pin empat paling dekat dengan pin satu dari kondisi sebelumnya. Hal ini menyebabkan rotor berputar ke kanan dan seterusnya. ketelitian sudut putar pada motor stepper sebanding dengan banyaknya kondisi masukkannya. Pada kondisi seperti gambar stepper dengan empat koil dan empat kondisi kutub dengan metode full step akan mampu menghadap ke 16 sudut berbeda.

Ada dua tipe pengendalian dengan metoda full step yaitu dengan pembangkitan tunggal dan pembangkitan ganda. Untuk tipe pcmbangkitan tunggal dapat dilihat lebih jelas pada tabel berikut.Pada tabel karakteristik pembangkitan stepper dibawah hanya ada satu kondisi yang aktif. Misal koil satu aktif dan lainnya mati, maka rotor akan menghadap ke kutub satu. Bila koil dua aktif, dan kutub lainny off, rotor akan mcnghadap ke kutub dua dan seterusnya. Untuk Pembangkitan motor stepper dengan metode pembangkitan ganda dapat dilihat pada tabel berikut.

Tabel Karakteristik Stepper Pembangkitan Tunggal

Pada tabel dua koil aktif bersamaan, dan dua lainnya mati. Hal ini akan menyebabkan rotor menghadap diantara kutub yang aktif. Misalkan untuk kondisi koil satu dan dua aktif, rotor akan menghadap ke titik diantara kutub satu dan dua, dan seterusnya.

Tabel Karakteristik Stepper Pembangkitan Ganda

Motor stepper adalah perangkat elektromekanis yang bekerja dengan mengubah pulsa elektronis menjadi gerakan mekanis diskrit. Motor stepper bergerak berdasarkan urutan pulsa yang diberikan kepada motor. Karena itu, untuk menggerakkan motor stepper diperlukan pengendali motor stepper yang membangkitkan pulsa-pulsa periodik. Penggunaan motor stepper memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan penggunaan motor DC biasa. Keunggulannya antara lain adalah:

·         Sudut rotasi motor proporsional dengan pulsa masukan sehingga lebih  mudah diatur.

·         Motor dapat langsung memberikan torsi penuh pada saat mulai bergerak

·         Posisi dan pergerakan repetisinya dapat ditentukan secara presisi

·         Memiliki respon yang sangat baik terhadap mulai, stop dan berbalik (perputaran)

·         Sangat realibel karena tidak adanya sikat yang bersentuhan dengan rotor seperti pada motor DC

·         Dapat menghasilkan perputaran yang lambat sehingga beban dapat dikopel langsung ke porosnya

·         Frekuensi perputaran dapat ditentukan secara bebas dan mudah pada range yang luas.