■ 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:
１．
Mudah dikendalikan
dengan putaran singkron yang hanya tergantung pada denyut yang diterima.
２．
Memiliki sudut yang
tepat pada setiap langkah tanpa adanya akumulasi kesalahan sudut.
３．
Memiliki respon memulai
dan berhenti yang baik pada saat digunakan, dan dapat digunakan sebagai servomotor.
４． Putaran singkron pada kecepatan yang sangat rendah dapat dicapai selagi “Carriage”
dihubungkan langsung pada shaft stepping motor.
５．
Memiliki
ketahanan yang tinggi karena masa pengoperasiannya tergantung pada ketahanan
“Bearing” dan tidak pada bagian yang menempel semisal sikat atau “Brush”.
６．
Berbagai
macam sudut dapat dicapai tergantung dari tipe motor.
７．
Memiliki
torsi menahan di posisi yang di-inginkan pada saat motor dalam keadaan diam.
８．
Tidak
terdapat sisa arus yang mengalir meskipun putaran terhalang oleh kelebihan
beban.
９．
Kecepatan
putaran tidak dipengaruhi oleh pergantian beban. karenanya kecepatan dapat
selalu terjaga secara simultan dengan denyut masuk
Dengan
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)
１．
Stepping
Motor jenis VR
Jenis 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 VR
２．
Stepping
motor tipe PM
Jenis 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 PM
２－１ Struktur
bentuk kutub cakar pada stepping motor jenis PM
Beberapa 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
３．
Stepping
motor jenis “Hybrid”
Stepping 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.
■ Metode pengendalian “Stepping motor”
１．
Komposisi
rangkaian pengendali
Stepping motor tidak dapat dijalankan sendiri dengan arus normal AC atau
DC, sehingga diperlukan alat untuk mengedalikan dan menjalankan motor
tersebut. Dalam penggunaan stepping motor, cara pengendalian motor yang
effektif dalam sistem adalah sama pentingnya dengan pemilihan jenis motor.
Gambar 4 mengilustrasikan diagram blok mengenai dasar alat pengendalian
stepping motor yaitu sebagai berikut:
|
Unit pengendali stepping motor secara luas
dibagi menjadi 3 bagian yaitu, bagian signal masuk, bagian rangkaian amplikasi
pendistribusian dan bagian pemasok tenaga.
Gambar 4. Komposisi rangkaian pengendali
(a)
Bagian
signal masuk
Adalah rangkaian yang menghasilkan denyut, dimana
kecepatan dan perubahan perputaran stepping motor dikendalikan dan dijalankan
sesuai dengan signal ini.
(b)
Bagian
rangkaian amplikasi pendistribusian
Ini adalah rangkaian pengendali stepping mootor yang terdiri dari rangkaian
pendistribusian yang akan mendistribusikan tenaga/arus DC ke masing masing fase
pada motor, sesuai dengan waktu denyut dari signal masuk dan rangkaian
amflikasi. Rangkaian pendistribusian ini dijalankan oleh satu IC. Unit
amplikasi terbuat dari power transistor dan dioda atau kondensor yang akan
menyerap gelombang voltase ketika melakukan pemindahan.
(c)
Bagian
pemasok tenaga
Ini adalah sumber kendali pada motor yang
dijalankan dengan arus DC atau rangkaian arus pemangkas gelombang.. Rangkaian
arus ....telah berjasa dalam hal kemampuan fungsi pada kecepatan tinggi dan
effesiensi sumber tenaga
２．
Cara
pemicu
(a)
Cara
pemicuan satu fase
Adalah cara dimana pemicuan selalu dilaksanakan dengan
satu fase ketika melakukan urutan pemindahan. Keberadaan pemicuan akan berubah
setiap waktu seperti pada gambar. Pengujian harus dilaksanakan terhadap
penanganan pada saat menggunakan motor ini karena, pemicuan satu fase akan
menimbulkan out of step (Putaran menjadi tidak beraturan) akibat efek
penimbunan begitu lama.
(b)
Cara
pemicuan dua fase
Adalah cara dimana pemicuan selalu dilaksanakan dengan dua fase. Karena
penggunaan flux yang tinggi pada coil dan core, cara ini umumnya diadopsi
secara luas karena tingkat effesiensi yang tinggi dan kinerja yang baik
dibandingkan cara pemicuan satu fase dalam hal karakteristik penimbunan.
(c)
Cara
pemicuan 1-2 fase
Adalah cara dimana pemicuan satu fase dan dua fase dilakukan secara
bergantian. Untuk pemicuan 1-2 fase, hasil sudut perputaran untuk masing masing
denyut yang diberikan adalah setengah dari pemicuan satu fase dan pemicuan dua
fase. Dengan cara ini, selain menyebabkan sudut langkah menjadi lebih kecil,
putaran yang tidak beraturan pada saat diberikan denyut berketerusan akan
menjadi kecil, yang pada akhirnya getaran yang ditimbulkan pada motor menjadi
kecil juga.
(d)
Cara pengendalian langkah mikro / “Micro-Step”
Adalah cara pengendalian dimana arus pemicuan yang berhubungan pada motor
akan berubah sesuai dengan gelombang Sin (Sinus) sehingga penempatan dapat
dicapai meskipun dalam wilayah tengah sudut langkah dasar, hal ini lebih baik
dibandingkan dengan gelombang kotak seperti yang diterangkan pada cara-cara
sebelumnya karena, putaran tidak beraturan dapat dihilangkan dan hanya akan
menghasilkan getaran kecil saja.
Gambar 5. Urutan pemicuan
sesuai cara pemicuan
３．
Cara
pengendalian
(a)
Pengendalian
Uni-polar
Nama Uni-polar diberikan karena arus yang mengalir pada masing masing
gulungan selalu pada arah yang tetap, dan karenanya medan magnetik yang
terbentuk dalam gulungan tersebut memiliki kutub yang sama.. Pada Uni-polar,
dua wire terpisah digulungkan pada kutub stator yang sama (penggulungan
“bifilar”) untuk membagi fase menjadi dua, dan untuk membalik polaritas maka
aliran arus dalam gulungan tersebut akan berbeda.
Gambar 6. Diagram rangkaian pengendalian Uni-polar
(b)
Pengendalian
Bi-polar
Bi-polar merujuk pada arus yang mengalir kedalam gulungan yang sama saat
membalik arah ketika terjadi perubahan arah pemicuan. Karena arus akan mengalir
pada gulungan yang sama seperti pada saat membalik, penggulungan menjadi lebih
sederhana dan penggunan gulungan akan menjadi effektif, tetapi komposisi
rangkaian pengendali akan menjadi lebih rumit. Dalam hal karakteristik, jumlah
gulungan pada masing-masing fase akan lebih
banyak dibandingkan dengan Uni-polar, putaran arus atau “Ampere-turn”
yang berhubungan dengan torsi akan meningkat, dan torsi akan menjadi lebih
tinggi dengan input yang sama. Bagaimanapun, jika jumlah gulungan meningkat
terlalu banyak, induksi gulungan menjadi lebih tinggi dan akan membuat lambat
pada arus “Start-up” yang hal ini tidak cocok pada karakteristik berkecepatan
tinggi. Untuk mengkompensasi hal ini maka pemutus arus atau “current chopper”
harus juga digunakan.
Gambar 7. Diagram rangkaian pengendalian Bi-polar
■ Karakteristik “Stepping Motor”
Karakteristik umum pada
stepping motor adalah sebagai berikut:
(a)
Pull
In Torque
Maksimum torsi yang terjadi ketika motor mulai berputar secara simultan
sesuai frekwensi input yang diberikan
(b)
Maximum
Starting Frequency
Frekwensi maksimum dimana motor dapat memulai berputar dan berhenti secara
simultan dengan signal kecepatan tetap dalam kondisi tanpa beban.
(c)
Pull
Out Torque
Maksimum torsi yang terjadi pada motor secara
simultan diluar batas wilayah “starting” pada saat kecepatan atau torsi
dinaikan secara bertahap.
(d)
Maximum
Response Frequency
Frekwensi maksimum dimana motor dapat merespon secara simultan ketika
frekwensi signal masuk dinaikan secara bertahap dalam kondisi tanpa beban.
(e)
Holding
Torque
Torsi maksimum yang terjadi ketika ada perubahan posisi sudut dengan cara
memberikan torsi dari luar pada “out-put shaft” pada saat motor dalam kondisi
pemicuan
(f)
Detent
Torque
Torsi maksimum yang terjadi pada saat ada perubahan posisi sudut dengan
memberikan torsi dari luar pada “out-put shaft” pada saat motor dalam kondisi
tanpa pemicuan
(g) Starting
Region
Wiilayah dimana motor dapat mulai berputar dan berhenti secara simultan
mengikuti kecepatan tetap dari signal masuk ketika diberikan torsi dalam
hubungan antara torsi dan kecepatan.
(h) Slew
Region
Wilayah dimana perputaran sinkron motor pada
wilayah “starting” dapat merespon secara simultan lebih jauh di luar batas
wilayah ini ketika kecepatan atau torsi secara bertahap dinaikan
(i) Angular
Accuracy
Adalah karakteristik yang menunjukan keakuratan sudut perputaran stepping
motor. Akurasi sudut ditunjukan dalam 2 cara, pertama kesalahan sudut pada saat
berhenti dan kesalahan sudut langkah. Pada umumnya, akurasi sudut bermakna
kesalahan sudut stepping motor berdasarkan kesalahan sudut pada saat berhenti.
(Kesalahan sudut pada saat berhenti) – Menunjukan keakurasian shaft motor
dapat diposisikan dalam jangkauan 360° (satu revolusi) ketika motor mulai berputar mengikuti
cara pemicuan yang diberikan
(Kesalahan sudut langkah) - Bermakna perbedaan sudut antara putaran sudut
dan perhitungan sudut langkah secara teori setiap kali shaft motor bergerak
melangkah mengikuti cara pemicuan yang diberikan. Hal ini menunjukan perbedaan
sudut maksimum untuk motor dapat berputar langkah demi langkah pada jangkauan 360°. 
No comments:
Post a Comment