Apa itu motor stepper dan cara kerjanya

Dari pemutar DVD atau printer sederhana di rumah Anda hingga mesin CNC yang sangat canggih atau Lengan Robot, motor Stepper dapat ditemukan hampir di mana-mana. Kemampuannya untuk membuat gerakan presisi yang dikontrol secara elektronik telah membuat motor ini menemukan aplikasi di banyak felids seperti kamera pengintai, Hard disk, mesin CNC, Printer 3D, Robotika, robot Perakitan, Pemotong laser, dan banyak lagi. Pada artikel ini mari kita pelajari apa yang membuat motor ini istimewa dan teori di baliknya. Kami akan mempelajari cara menggunakannya untuk aplikasi Anda.

Pengantar Stepper Motors

Seperti semua motor, motor stepper juga memiliki stator dan rotor, tetapi tidak seperti motor DC biasa, stator terdiri dari kumpulan kumparan individual. Jumlah kumparan akan berbeda-beda berdasarkan jenis motor stepper, namun untuk saat ini pahami saja bahwa dalam sebuah motor stepper rotor terdiri dari kutub-kutub logam dan setiap kutub akan ditarik oleh sekumpulan kumparan pada stator. Diagram di bawah ini menunjukkan motor stepper dengan 8 kutub stator dan 6 kutub rotor.

Jika Anda perhatikan kumparan pada stator, mereka tersusun dalam istilah pasangan kumparan, seperti A dan A 'membentuk pasangan B dan B' membentuk pasangan dan seterusnya. Jadi setiap pasangan kumparan ini membentuk elektromagnet dan mereka dapat diberi energi secara individual menggunakan sirkuit penggerak. Ketika sebuah kumparan diberi energi, ia bertindak sebagai magnet dan kutub rotor menjadi sejajar dengannya, ketika rotor berputar untuk menyesuaikan diri agar sejajar dengan stator, itu disebut sebagai satu langkah. Demikian pula dengan memberi energi pada kumparan secara berurutan, kita dapat memutar motor dalam langkah-langkah kecil untuk membuat putaran lengkap.

Jenis motor stepper

Ada tiga jenis motor stepper berdasarkan konstruksi, yaitu:

Motor stepper reluktansi variabel: Mereka memiliki rotor inti besi yang ditarik ke arah kutub stator dan memberikan gerakan dengan keengganan minimum antara stator dan rotor.
Motor stepper magnet permanen: Mereka memiliki rotor magnet permanen dan mereka ditolak atau ditarik ke arah stator sesuai dengan pulsa yang diterapkan.
Motor stepper sinkron hibrida: Mereka adalah kombinasi dari keengganan Variabel dan motor stepper magnet permanen.

Selain itu kita juga dapat mengklasifikasikan motor stepper sebagai Unipolar dan Bipolar berdasarkan jenis belitan stator.

Motor Stepper Bipolar: Kumparan stator pada motor jenis ini tidak akan memiliki kabel yang sama. Penggerak motor stepper jenis ini berbeda dan kompleks serta rangkaian penggerak tidak dapat dirancang dengan mudah tanpa mikrokontroler.
Motor Stepper Unipolar: Pada jenis motor stepper ini, kita dapat menggunakan ketukan tengah dari kedua belitan fasa untuk kesamaan atau daya bersama seperti yang ditunjukkan di bawah ini. Hal ini memudahkan penggerak motor, motor stepper Unipolar ada banyak jenisnya juga

Oke, jadi tidak seperti motor DC normal yang satu ini memiliki lima kabel dengan semua warna mewah yang keluar darinya dan mengapa begitu? Untuk memahami hal ini sebaiknya kita mengetahui dulu bagaimana menjadi stepper yang sudah kita bahas. Pertama-tama motor stepper tidak berputar, mereka melangkah dan juga dikenal sebagai motor step. Artinya, mereka hanya akan bergerak satu langkah pada satu waktu. Motor ini memiliki urutan kumparan yang ada di dalamnya dan kumparan ini harus diberi energi dengan cara tertentu untuk membuat motor berputar. Ketika setiap kumparan diberi energi, motor mengambil langkah dan urutan energi akan membuat motor mengambil langkah terus menerus, sehingga membuatnya berputar. Mari kita lihat kumparan yang ada di dalam motor untuk mengetahui secara pasti dari mana kabel ini berasal.

Seperti yang Anda lihat, motor memiliki susunan koil 5-lead unipolar. Ada empat kumparan yang harus diberi energi dalam urutan tertentu. Kabel Merah akan disuplai dengan + 5V dan empat kabel yang tersisa akan ditarik ke ground untuk memicu koil masing-masing. Kami menggunakan mikrokontroler apa pun untuk memberi energi pada kumparan ini dalam urutan tertentu dan membuat motor melakukan sejumlah langkah yang diperlukan. Sekali lagi, ada banyak urutan yang dapat Anda gunakan, biasanya 4 langkah digunakan dan untuk kontrol yang lebih presisi, kontrol 8 langkah juga dapat digunakan. Tabel urutan untuk kontrol 4 langkah ditampilkan di bawah ini.

Langkah

Coil Energized

Langkah 1

A dan B

Langkah 2

B dan C

LANGKAH 3

C dan D

LANGKAH 4

D dan A

Lantas sekarang, kenapa motor ini dinamai 28-BYJ48 ? Serius !!! Saya tidak tahu. Tidak ada alasan teknis untuk motor ini dinamai demikian; mungkin kita sebaiknya tidak menyelami lebih dalam lagi. Mari kita lihat beberapa data teknis penting yang didapat dari datasheet motor ini pada gambar di bawah ini.

Itu adalah kepala yang penuh dengan informasi, tetapi kita perlu melihat beberapa yang penting untuk mengetahui jenis stepper apa yang kita gunakan sehingga kita dapat memprogramnya secara efisien. Pertama kita tahu bahwa ini adalah motor Stepper 5V karena kita memberi energi pada kabel Merah dengan 5V. Kemudian, kita juga tahu bahwa itu adalah motor stepper empat fasa karena memiliki empat kumparan di dalamnya. Kini, rasio gir yang diberikan menjadi 1:64. Ini berarti poros yang Anda lihat di luar akan membuat satu putaran penuh hanya jika motor di dalam berputar sebanyak 64 kali. Ini karena roda gigi yang terhubung antara motor dan poros keluaran, roda gigi ini membantu dalam meningkatkan torsi.

Data penting lainnya yang perlu diperhatikan adalah Stride Angle: 5.625 ° / 64. Ini berarti motor saat beroperasi dalam 8 langkah urutan akan bergerak 5,625 derajat untuk setiap langkah dan akan membutuhkan 64 langkah (5,625 * 64 = 360) untuk menyelesaikan satu putaran penuh.

Menghitung Langkah per Revolusi untuk Motor Stepper

Penting untuk mengetahui cara menghitung langkah per Revolusi untuk motor stepper Anda karena hanya dengan begitu Anda dapat memprogram / mengendarainya secara efektif.

Mari kita asumsikan kita akan mengoperasikan motor dalam urutan 4 langkah sehingga sudut langkahnya akan menjadi 11,25 ° karena itu adalah 5,625 ° (diberikan dalam lembar data) untuk urutan 8 langkah, itu akan menjadi 11,25 ° (5,625 * 2 = 11,25).

Langkah per revolusi = 360 / sudut langkah Di sini, 360 / 11.25 = 32 langkah per revolusi.

Mengapa kita membutuhkan modul Driver untuk Stepper Motors?

Kebanyakan motor stepper hanya akan beroperasi dengan bantuan modul driver. Ini karena modul pengontrol (Mikrokontroler / rangkaian Digital) tidak akan dapat menyediakan arus yang cukup dari pin I / O-nya untuk motor dapat beroperasi. Jadi kita akan menggunakan modul eksternal seperti modul ULN2003 sebagai driver motor stepper. Ada banyak jenis modul driver dan peringkat salah satunya akan berubah berdasarkan jenis motor yang digunakan. Prinsip utama untuk semua modul driver akan menjadi sumber / sink arus yang cukup agar motor dapat beroperasi. Selain itu ada juga modul driver yang memiliki logikanya yang sudah diprogram sebelumnya, tetapi kita tidak akan membahasnya di sini.

Jika Anda penasaran untuk mengetahui cara memutar motor stepper menggunakan beberapa mikrokontroler dan IC driver, maka kami telah membahas banyak artikel tentang pengoperasiannya dengan mikrokontroler yang berbeda:

Menghubungkan Motor Stepper dengan Arduino Uno
Menghubungkan Motor Stepper dengan STM32F103C8
Menghubungkan Motor Stepper dengan Mikrokontroler PIC
Menghubungkan Motor Stepper dengan MSP430G2
Stepper Motor Interfacing dengan Mikrokontroler 8051
Kontrol Motor Stepper dengan Raspberry Pi

Sekarang saya yakin Anda memiliki cukup informasi untuk mengontrol motor stepper yang Anda butuhkan untuk proyek Anda. Mari kita lihat kelebihan dan kekurangan motor Stepper.

Keuntungan dari motor Stepper

Satu keuntungan utama dari motor stepper adalah ia memiliki kontrol posisi yang sangat baik dan karenanya dapat digunakan untuk aplikasi kontrol yang tepat. Juga memiliki torsi penahan yang sangat baik yang menjadikannya pilihan ideal untuk aplikasi robotik. Motor stepper juga dianggap memiliki waktu hidup yang tinggi dibandingkan motor DC atau servo normal.

Kekurangan Motor Stepper

Seperti semua motor, Stepper Motors juga memiliki kekurangannya sendiri, karena berputar dengan mengambil langkah kecil tidak dapat mencapai kecepatan tinggi. Juga mengkonsumsi daya untuk menahan torsi bahkan ketika itu ideal sehingga meningkatkan konsumsi daya.