Motor Stepper - Jenis, Keunggulan dan Aplikasi
Motor Stepper adalah perangkat elektromekanis yang mengubah daya listrik menjadi tenaga mekanis. Juga merupakan motor listrik brushless (tanpa sikat) dan sinkron yang dapat membagi putaran penuh menjadi sejumlah langkah yang luas. Posisi motor dapat dikontrol secara akurat tanpa mekanisme umpan balik, selama motor berukuran teliti untuk aplikasi. Motor stepper mirip dengan motor reluktansi yang diaktifkan.
Motor stepper menggunakan teori operasi untuk magnet untuk membuat poros motor memutar jarak yang tepat ketika pulsa listrik disediakan. Stator mempunyai delapan kutub, dan rotor mempunyai enam kutub.
Rotor akan membutuhkan 24 pulsa listrik untuk menggerakkan 24 langkah untuk membuat satu revolusi lengkap. Cara lain untuk mengatakan ini adalah bahwa rotor akan bergerak tepat 15° untuk setiap pulsa listrik yang diterima motor.
Motor Stepper Variable Reluctance: Variable reluctance (VR) motor memiliki rotor besi polos dan beroperasi berdasarkan prinsip bahwa reluktansi minimum terjadi dengan celah minimum, maka titik rotor tertarik ke kutub magnet stator.
Motor Stepper Hybrid Synchronous: Motor stepper hibrida dinamai karena mereka menggunakan kombinasi magnet permanen (PM) dan variabel reluctance (VR) teknik untuk mencapai daya maksimum dalam ukuran paket kecil.
Untuk memutar poros motor, elektromagnet pertama diberikan tenaga, yang membuat gigi-gigi secara magnetis tertarik pada gigi-gigi elektromagnet. Titik ketika gigi gigi sejajar dengan elektromagnet pertama, mereka sedikit diimbangi dari elektromagnet berikutnya. Jadi ketika elektromagnet berikutnya dihidupkan dan yang pertama dimatikan, roda gigi sedikit berputar untuk menyelaraskan dengan yang berikutnya dan dari sana proses diulang.
Masing-masing rotasi kecil itu disebut langkah, dengan jumlah langkah integer yang membuat rotasi penuh. Dengan begitu, motor bisa diputar dengan tepat. Motor stepper tidak berputar terus menerus, mereka berputar secara bertahap (step).
Ada 4 kumparan dengan 90° sudut antara satu sama lain tertuju pada stator. Koneksi motor stepper ditentukan oleh cara kumparan saling berhubungan. Pada motor stepper, kumparan tidak terhubung bersama. Motor memiliki langkah rotasi 90° dengan kumparan diberi energi dalam urutan siklus, menentukan arah putaran poros.
Cara kerja motor ini ditunjukkan dengan mengoperasikan sakelar. Kumparan diaktifkan secara seri dalam interval 1 detik. Poros berputar 90° setiap kali coil berikutnya diaktifkan. Torsi kecepatan rendahnya akan bervariasi secara langsung dengan arus.
Frekuensi = 1/T = 1.45/(RA + 2RB) C dimana RA = RB = R2 = R3 = 4.7 kilo-ohm dan C = C2 = 100 µF.
Output dari timer digunakan sebagai jam untuk dua 7474 dual 'D' flip-flop (U4 dan U3) yang dikonfigurasi sebagai penghitung dering. Ketika daya awalnya dinyalakan, hanya flip-flop pertama yang ditetapkan (yaitu output Q pada pin 5 dari U3 akan berada pada logika '1') dan tiga flip-flop lainnya diatur ulang (yaitu output dari Q adalah pada logika 0 ).
Pada penerimaan pulsa clock, logika '1' output dari flip-flop pertama akan bergeser ke flip-flop kedua (pin 9 dari U3). Dengan demikian, output logika 1 terus bergeser secara melingkar dengan setiap pulsa clock.
Output Q dari keempat flip-flop diperkuat oleh susunan Transistor Darlington di dalam ULN2003 (U2) dan terhubung ke motor stepper berliku oranye, coklat, kuning, hitam hingga 16, 15, 14, 13 dari ULN2003 dan merah untuk +ve supply.
Titik umum belitan terhubung ke supply + 12V DC, yang juga terhubung ke pin 9 dari ULN2003. Kode warna yang digunakan untuk belitan dapat bervariasi dari bentuk yang dibuat.
Ketika daya dihidupkan, sinyal kontrol terhubung ke pin SET dari flip-flop pertama dan pin CLR dari tiga flip-flop lainnya menjadi aktif 'rendah' (karena rangkaian power-on-reset yang dibentuk oleh R1-C1 kombinasi) untuk mengatur flip-flop pertama dan mengatur ulang tiga flip-flop yang tersisa.
Saat reset, Q1 dari IC3 menjadi 'tinggi' sementara semua output Q lainnya menjadi 'rendah'. Reset eksternal dapat diaktifkan dengan menekan tombol reset. Dengan menekan tombol reset, Anda dapat menghentikan motor stepper. Motor kembali berputar ke arah yang sama dengan melepaskan sakelar reset.
Motor stepper menggunakan teori operasi untuk magnet untuk membuat poros motor memutar jarak yang tepat ketika pulsa listrik disediakan. Stator mempunyai delapan kutub, dan rotor mempunyai enam kutub.
Rotor akan membutuhkan 24 pulsa listrik untuk menggerakkan 24 langkah untuk membuat satu revolusi lengkap. Cara lain untuk mengatakan ini adalah bahwa rotor akan bergerak tepat 15° untuk setiap pulsa listrik yang diterima motor.
Jenis-jenis Motor Stepper:
Ada tiga jenis utama motor stepper, yaitu:- Stepper magnet permanen
- Stepper sinkron hibrid
- Stepper reluktansi variabel
Motor Stepper Variable Reluctance: Variable reluctance (VR) motor memiliki rotor besi polos dan beroperasi berdasarkan prinsip bahwa reluktansi minimum terjadi dengan celah minimum, maka titik rotor tertarik ke kutub magnet stator.
Motor Stepper Hybrid Synchronous: Motor stepper hibrida dinamai karena mereka menggunakan kombinasi magnet permanen (PM) dan variabel reluctance (VR) teknik untuk mencapai daya maksimum dalam ukuran paket kecil.
Kelebihan dari Stepper Motor:
- Sudut rotasi motor sebanding dengan pulsa input.
- Motor memiliki full torsi standstill.
- Penempatan yang tepat dan pengulangan gerakan karena motor stepper yang baik memiliki akurasi 3 - 5% dari langkah dan kesalahan ini tidak kumulatif dari satu langkah ke langkah berikutnya.
- Respons yang sangat baik untuk memulai, berhenti dan membalikkan.
- Sangat dapat diandalkan karena tidak ada brushes (sikat) kontak di motor. Oleh karena itu kehidupan motor sangat tergantung pada kehidupan bearing (bantalan).
- Respons motor terhadap pulsa input digital menyediakan Kontrol Loop Terbuka, membuat motor lebih sederhana dan lebih murah untuk dikontrol.
- Dimungkinkan untuk mencapai rotasi sinkron kecepatan sangat rendah dengan beban yang langsung digabungkan ke poros.
- Berbagai kecepatan rotasi dapat direalisasikan karena kecepatan sebanding dengan frekuensi pulsa input.
Aplikasi Motor Stepper
- Mesin Industri - Motor Stepper digunakan dalam pengukur otomotif dan peralatan produksi peralatan mesin otomatis.
- Keamanan - produk pengawasan baru untuk industri keamanan.
- Medis - Motor stepper digunakan di dalam scanner medis, sampler, dan juga ditemukan di dalam fotografi gigi digital, pompa cairan, respirator dan mesin analisis darah.
- Elektronik Konsumen - Motor stepper dalam kamera untuk fungsi fokus dan zoom kamera digital otomatis.
Cara Kerja Motor Stepper:
Motor stepper beroperasi secara berbeda dari Motor DC brushles, yang berputar ketika tegangan diberikan ke terminal mereka. Motor stepper, di sisi lain, secara efektif memiliki beberapa elektromagnet bergigi yang tersusun di sekitar sepotong besi berbentuk gigi pusat. Elektromagnet diberi energi oleh sirkuit kontrol eksternal, misalnya mikrokontroler.Untuk memutar poros motor, elektromagnet pertama diberikan tenaga, yang membuat gigi-gigi secara magnetis tertarik pada gigi-gigi elektromagnet. Titik ketika gigi gigi sejajar dengan elektromagnet pertama, mereka sedikit diimbangi dari elektromagnet berikutnya. Jadi ketika elektromagnet berikutnya dihidupkan dan yang pertama dimatikan, roda gigi sedikit berputar untuk menyelaraskan dengan yang berikutnya dan dari sana proses diulang.
Masing-masing rotasi kecil itu disebut langkah, dengan jumlah langkah integer yang membuat rotasi penuh. Dengan begitu, motor bisa diputar dengan tepat. Motor stepper tidak berputar terus menerus, mereka berputar secara bertahap (step).
Ada 4 kumparan dengan 90° sudut antara satu sama lain tertuju pada stator. Koneksi motor stepper ditentukan oleh cara kumparan saling berhubungan. Pada motor stepper, kumparan tidak terhubung bersama. Motor memiliki langkah rotasi 90° dengan kumparan diberi energi dalam urutan siklus, menentukan arah putaran poros.
Cara kerja motor ini ditunjukkan dengan mengoperasikan sakelar. Kumparan diaktifkan secara seri dalam interval 1 detik. Poros berputar 90° setiap kali coil berikutnya diaktifkan. Torsi kecepatan rendahnya akan bervariasi secara langsung dengan arus.
Kontrol Motor Stepper dengan Memvariasikan Pulsa Clock
Rangkaian kontrol motor stepper adalah rangkaian sederhana dan berbiaya rendah, terutama digunakan dalam aplikasi berdaya rendah. Rangkaian ditunjukkan pada gambar, yang terdiri dari IC 555 timer sebagai multivibrator yang stabil. Frekuensi dihitung dengan menggunakan hubungan yang diberikan di bawah ini:Frekuensi = 1/T = 1.45/(RA + 2RB) C dimana RA = RB = R2 = R3 = 4.7 kilo-ohm dan C = C2 = 100 µF.
Output dari timer digunakan sebagai jam untuk dua 7474 dual 'D' flip-flop (U4 dan U3) yang dikonfigurasi sebagai penghitung dering. Ketika daya awalnya dinyalakan, hanya flip-flop pertama yang ditetapkan (yaitu output Q pada pin 5 dari U3 akan berada pada logika '1') dan tiga flip-flop lainnya diatur ulang (yaitu output dari Q adalah pada logika 0 ).
Pada penerimaan pulsa clock, logika '1' output dari flip-flop pertama akan bergeser ke flip-flop kedua (pin 9 dari U3). Dengan demikian, output logika 1 terus bergeser secara melingkar dengan setiap pulsa clock.
Output Q dari keempat flip-flop diperkuat oleh susunan Transistor Darlington di dalam ULN2003 (U2) dan terhubung ke motor stepper berliku oranye, coklat, kuning, hitam hingga 16, 15, 14, 13 dari ULN2003 dan merah untuk +ve supply.
Titik umum belitan terhubung ke supply + 12V DC, yang juga terhubung ke pin 9 dari ULN2003. Kode warna yang digunakan untuk belitan dapat bervariasi dari bentuk yang dibuat.
Ketika daya dihidupkan, sinyal kontrol terhubung ke pin SET dari flip-flop pertama dan pin CLR dari tiga flip-flop lainnya menjadi aktif 'rendah' (karena rangkaian power-on-reset yang dibentuk oleh R1-C1 kombinasi) untuk mengatur flip-flop pertama dan mengatur ulang tiga flip-flop yang tersisa.
Saat reset, Q1 dari IC3 menjadi 'tinggi' sementara semua output Q lainnya menjadi 'rendah'. Reset eksternal dapat diaktifkan dengan menekan tombol reset. Dengan menekan tombol reset, Anda dapat menghentikan motor stepper. Motor kembali berputar ke arah yang sama dengan melepaskan sakelar reset.