Bagaimana Motor Stepper Bekerja

Dalam posting ini kita akan belajar tentang motor stepper. Kami akan mengeksplorasi apa itu motor stepper, mekanisme kerja fundamentalnya, jenis motor stepper, mode stepper, dan terakhir kelebihan dan kekurangannya.

Apa itu motor stepper?

Motor stepper adalah motor brushless poros rotasinya (rotor) menyelesaikan satu putaran dengan jumlah langkah yang ditentukan. Karena sifat putaran yang berundak, ia mendapatkan namanya sebagai motor stepper.

Motor stepper menyediakan kontrol yang tepat atas sudut rotasi dan kecepatan. Ini adalah desain loop terbuka, yang berarti tidak ada mekanisme umpan balik yang diterapkan untuk melacak rotasi.

Itu dapat memvariasikan kecepatannya, mengubah arah putar dan mengunci satu posisi secara instan. Jumlah langkah ditentukan oleh jumlah gigi yang ada di rotor. Misal: jika motor stepper terdiri dari 200 gigi maka,

360 (derajat) / 200 (jumlah gigi) = 1,8 derajat

Jadi, tiap langkah akan 1,8 derajat. Motor stepper dikendalikan oleh mikrokontroler dan sirkuit driver. Ini banyak digunakan dalam printer laser, printer 3D, drive optik, robotika dll.

Mekanisme kerja dasar:

Motor stepper dapat terdiri dari beberapa kutub yang dililit dengan kawat tembaga berinsulasi yang disebut stator atau bagian motor yang tidak bergerak. Bagian motor yang bergerak disebut rotor yang terdiri dari beberapa gigi.

Ketika satu kutub diberi energi, gigi terdekat akan sejajar dengan kutub yang diberi energi dan gigi lain pada rotor akan sedikit mengimbangi atau tidak sejajar dengan kutub yang tidak diberi energi.

Kutub berikutnya akan diberi energi dan tiang sebelumnya akan tidak berenergi, sekarang kutub yang tidak selaras akan sejajar dengan tiang yang sedang berenergi, ini membuat satu langkah.

Kutub berikutnya diberi energi dan kutub sebelumnya tidak diberi energi, ini membuat langkah lain dan siklus ini berlanjut beberapa kali untuk membuat satu putaran penuh.

Berikut adalah contoh lain yang sangat sederhana bagaimana fungsi motor stepper:

Umumnya gigi rotor adalah magnet yang disusun dalam gaya kutub utara dan selatan secara bergantian. Seperti kutub menolak dan tidak seperti kutub menarik, sekarang belitan kutub 'A' diberi energi dan menganggap kutub berenergi sebagai Kutub Utara dan rotor sebagai Kutub Selatan, ini menarik kutub selatan rotor menuju kutub 'A' stator seperti yang ditunjukkan pada gambar.

Sekarang kutub A tidak diberi energi dan kutub 'B' diberi energi, sekarang kutub selatan rotor akan sejajar dengan kutub 'B'. Kutub serupa 'C' dan kutub 'D' akan memberi energi dan menghilangkan energi dengan cara yang sama untuk menyelesaikan satu rotasi.

Sekarang anda pasti sudah paham bagaimana mekanisme kerja motor stepper.

Jenis motor stepper:

Ada tiga jenis motor stepper:

• Stepper magnet permanen
• Variabel enggan stepper
• Stepper sinkron hibrid

Stepper Magnet Permanen:

Motor stepper magnet permanen menggunakan gigi magnet permanen pada rotor yang disusun secara bolak-balik (Utara-Selatan-Utara-Selatan ……), ini memberikan torsi yang lebih besar.

Variabel enggan stepper:

Variable reluctant stepper menggunakan bahan besi lunak sebagai rotor dengan jumlah gigi yang banyak dan beroperasi berdasarkan prinsip reluctant minimum terjadi pada celah minimum, yang berarti gigi terdekat dari rotor akan tertarik ke arah kutub ketika diberi energi, seperti logam yang tertarik. menuju magnet.

Stepper sinkron hibrida:

Pada motor stepper hybrid kedua metode yang disebutkan di atas digabungkan untuk mendapatkan torsi maksimum. Ini adalah jenis motor stepper yang paling umum dan juga metode yang mahal.
Mode melangkah:

Ada 3 jenis mode melangkah

• Mode melangkah penuh
• Mode setengah langkah
• Mode loncatan mikro

Mode Melangkah Penuh:

Dalam mode full step dapat dipahami dengan contoh berikut: jika motor stepper memiliki 200 gigi maka satu langkah penuh adalah 1,8 derajat (yang diberikan di awal artikel) tidak akan berputar kurang atau lebih dari 1,8 derajat.

Langkah penuh selanjutnya diklasifikasikan menjadi dua jenis:

• Mode satu fase
• Mode dua fase

Dalam kedua mode fase, rotor mengambil satu langkah penuh, perbedaan mendasar antara keduanya adalah, mode tunggal memberikan torsi lebih sedikit dan mode dua fase memberikan torsi lebih banyak.

• Mode Fase Tunggal:

Dalam mode fase tunggal, hanya satu fase (sekelompok belitan / kutub) yang diberi energi pada waktu tertentu, ini adalah metode yang paling sedikit mengkonsumsi energi tetapi juga memberikan torsi yang lebih sedikit.

• Mode Dua Fase:

Dalam mode dua fase, dua fase (dua kelompok belitan / kutub) diberi energi pada waktu tertentu menghasilkan lebih banyak torsi (30% hingga 40%) mode fase tunggal.

Mode setengah langkah:

Mode setengah langkah dilakukan untuk menggandakan resolusi motor. Dalam setengah langkah seperti namanya, dibutuhkan setengah dari satu langkah penuh, bukan 1,8 derajat penuh, setengah langkah membutuhkan 0,9 derajat.
Setengah langkah dicapai dengan mengubah mode fase tunggal dan mode fase ganda sebagai alternatif. Ini mengurangi tekanan pada bagian mekanis dan meningkatkan kehalusan dalam rotasi. Setengah langkah mengurangi torsi sekitar 15%. Tetapi torsi dapat ditingkatkan dengan meningkatkan arus yang dialirkan ke motor.

Langkah mikro:

Langkah mikro dilakukan untuk putaran paling halus. Satu langkah penuh dibagi menjadi 256 langkah. Untuk micro stepping diperlukan pengontrol microstep khusus. Torsi berkurang sekitar 30%.

Driver perlu memasukkan gelombang sinusoidal untuk rotasi fluida. Driver memberikan dua masukan sinusoidal dengan fase keluar 90 derajat.

Ini memberikan kontrol terbaik atas rotasi dan mengurangi tekanan mekanis secara signifikan dan mengurangi kebisingan operasional.

Keuntungan dan kerugian utama motor stepper dapat dipelajari dengan poin-poin berikut:

Keuntungan:

• Kontrol terbaik atas rotasi sudut.
• Torsi tinggi dengan kecepatan rendah.
• Perubahan instan dalam arah rotasi.
• Konstruksi mekanis minimal.

Kekurangan:

• Daya dikonsumsi bahkan selama tidak ada putaran, ini dilakukan untuk mengunci rotor ke posisi tetap.
• Tidak ada mekanisme umpan balik untuk mengoreksi kesalahan rotasi dan untuk melacak posisi saat ini.
• Perlu sirkuit driver yang rumit.
• Torsi berkurang pada kecepatan yang lebih tinggi.
• Tidaklah mudah untuk mengontrol motor pada kecepatan yang lebih tinggi.