Prinsip
Kerja Motor Stepper
Meskipun
pada saat ini terdapat berbagai jenis motor stepper di pasaran, namun pada
dasarnya mereka memiliki prinsip kerja yang sama. Seperti halnya pada motor
induksi, motor stepper memiliki bagian-bagian utama berupa stator magnet
permanen, dan lilitan kawat pada rotor. Hal yang membedakan motor stepper dari
motor induksi biasa adalah motor stepper memiliki beberapa lilitan pada rotor,
yang jumlahnya ditunjukkan oleh jumlah bit motor stepper tersebut dan juga
menunjukkan besar derajat pada setiap langkah putaran. Pada motor stepper empat
bit terdapat empat lilitan yang menentukan gerakan rotor. Dengan bantuan gambar
di bawah ini, akan dijelaskan prinsip kerja dari motor stepper.
Jika suatu
lilitan induktor dengan arah tertentu dialiri arus listrik searah, akan timbul
medan magnet berkutub utara-selatan pada ujung-ujung inti besinya. Medan magnet
pada keempat lilitan stator motor stepper SA, SB, SC,
dan SD, dapat diaktifkan masing-masing. Pengaktifan medan magnet
pada satu lilitan stator akan menarik ujung rotor R untuk mensejajarkan dirinya
dengan stator penarik. Dimisalkan gambar di atas menunjukkan kondisi awal suatu
motor stepper, dimana salah satu ujung rotor R sedang sejajar dengan lilitan
stator SA. Jika dalam keadaan tersebut aktivitas pemberian arus
dipindahkan ke lilitan SB, maka ujung rotor R yang terdekat dengan SB
akan segera mensejajarkan diri dengan SB. Berarti, rotor akan
berputar searah jarum jam sejauh 18o. Sebaliknya, jika dari kondisi
awal lilitan pada stator SD yang diaktifkan, maka rotor akan
berputar berlawanan dengan arah jarum jam sejauh 18o, hingga ujung
rotor yang terdekat menjadi sejajar dengan SD. Jadi, untuk memutar
rotor sejauh 360o searah jarum jam, diperlukan 20 langkah aktivasi
(360o = 20 x 18o), yaitu SB, SC,
SD, SA, SB, ... dst.
Dari uraian
di atas, dapat disimpulkan bahwa jika lilitan stator diaktifkan satu persatu
secara bergiliran, maka stator akan berputar sejauh 18o/langkah.
Namun, besarnya sudut putar ini bisa diperkecil lagi dengan menambahkan
kombinasi berupa aktivasi dua lilitan stator. Sebagai contoh, dari kondisi awal
pada gambar di atas, jika lilitan stator SA dan SB
diaktifkan, maka rotor akan bergerak searah jarum jam sebesar 9o (half
step). Jika keadaan terakhir dilanjutkan lagi dengan mengaktifkan lilitan
stator SB, maka putaran akan berlanjut sejauh 9o lagi.
Putaran sebesar 9o berikutnya, dapat dilakukan dengan mengaktifkan
lilitan stator SB dan SC, dan demikian seterusnya. Cara
ini dapat dilakukan untuk memperhalus sudut putar motor stepper. Disamping cara
tersebut, penghalusan putaran dapat juga dilakukan dengan menggunakan roda gigi
atau roda bertali, yang dapat memperkecil derajat putar dalam setiap
langkahnya.
Prinsip
Pengendalian Motor Stepper
Pada gambar
dan tabel berikut ini dapat dilihat prinsip pengendalian motor stepper. Jika
seluruh saklar dalam keadaan terbuka (OFF alias berkondisi 0), maka motor
berada dalam keadaan diam. Jika saklar ditutup dan dibuka secara bergiliran sebagai
berikut, TA, TB, TC, TD, maka motor
akan bergerak sejauh 4 langkah (4 x 18o) searah jarum jam.
Sebaliknya, motor akan bergerak sejauh 4 langkah berlawanan dengan arah jarum
jam, jika saklar ditutup dan dibuka menurut urutan TD, TC,
TB, TA.
SA
|
SB
|
SC
|
SD
|
Gerakan
|
0
|
0
|
0
|
0
|
X
|
1
|
0
|
0
|
0
|
CW
|
0
|
1
|
0
|
0
|
CW
|
0
|
0
|
1
|
0
|
CW
|
0
|
0
|
0
|
1
|
CW
|
1
|
0
|
0
|
0
|
CW
|
0
|
0
|
0
|
1
|
CCW
|
0
|
0
|
1
|
0
|
CCW
|
0
|
1
|
0
|
0
|
CCW
|
1
|
0
|
0
|
0
|
CCW
|
CW : Clock
Wise (Searah jarum Jam)
CCW : Counter Clock Wise (Berlawanan dengan arah jarum jam)
CCW : Counter Clock Wise (Berlawanan dengan arah jarum jam)
Agar bisa
dikendalikan secara elektronis (termasuk pengendalian melalui komputer), posisi
saklar dapat diganti dengan rangkaian yang terdiri atas transistor, dioda, dan
resistor, seperti pada gambar
Pada
rangkaian di atas, transistor digunakan sebagai saklar. Jika satu transistor
mendapatkan arus bias pada basisnya (yang telah diperkecil oleh resistor 10 k),
transistor langsung memasuki kondisi saturasi, sehingga timbul kesan
seolah-olah kaki kolektor dan emitor terkontak langsung. Hal ini menyebabkan arus
dari VCC dapat mengalir melalui lilitan menuju ground. Arus bias pada jalur IN
di sini bisa berasal ,misalnya, dari port paralel suatu komputer.
Sebaliknya,
jika transistor tidak mendapat bias, hubungan antara kaki kolektor dan emitor
akan "terputus", sehingga arus tidak bisa mengalir melalui lilitan
menuju ground.
Umumnya
motor stepper membutuhkan daya yang cukup besar. Untuk mengendalikan motor
stepper dengan spesifikasi arus 1,2 A dan tegangan 5 V / fasa dapat digunakan
transistor bertipe BD 677, yang merupakan transistor Darlington bertipe
NPN yang dikemas dalam satu transistor. Penggunaan transistor Darlington ini
dimaksudkan agar pasokan daya dan switching dapat berlangsung dengan
cepat.
Dalam
rangkaian diatas, dioda berfungsi untuk membuang energi dalam bentuk medan
listrik yang timbul pada lilitan ketika tidak aktif (mati / OFF), sehingga
kerusakan transistor dapat dicegah. Untuk rangkaian di atas, dapat digunakan
dioda bertipe IN4002.
Comments
Post a Comment