Motor Stepper Dan Selenoid

Motor Stepper Dan Selenoid

I.        Motor Stepper

Motor step (stepper motor) adalah salah satu jenis motor DC yang dapat berputar pada langkah tetap dengan besar sudut tertentu. Tidak seperti motor DC biasa yang menghasilkan gerakan putaran kontinyu, motor step menghasilkan gerak putaran diskret (gerakan yang patah-patah) seperti terlihat pada Gambar 1. Besarnya sudut untuk tiap langkah bervariasi antara 0,9 hingga 90⁰. Motor step digunakan pada aplikasi yang memerlukan perputaran pada sudut tertentu namun tidak memerlukan umpan balik dari sensor posisi. Sudut perpindahan dapat diketahui dengan menghitung jumlah langkah yang dilakukan dalam satu putaran.

Gambar 1 Perbedaan antara gerak motor step dengan gerak motor DC kontinyu.

Motor step adalah satu-satunya jenis motor DC yang pengendaliannya dapat dilakukan secara open loop. Contoh penggunaan motor step dapat dilihat pada printer, scanner, dan floppy disk drive. Gambar 2 menunjukkan contoh dari suatu motor step.

Gambar 2 Bentuk fisik motor step

Berdasarkan konstruksinya motor step dapat dibagi menjadi dua :

-          Motor step magnet permanen (permanent magnet stepper motor). Motor step jenis magnet permanen dapat bergerak karena adanya interaksi antara magnet permanen dengan elektromagnet yang dihasilkan oleh arus elektrik. Saat tidak terhubung catu daya jika digerakan pada motor step jenis ini akan terasa adanya tahanan magnetik.

-          Motor step reluktansi variabel (variable reluctance stepper motor). Pada motor step jenis reluktansi variabel tidak terdapat magnet permanen, maka gerak dihasilkan oleh interaksi antar elektromagnet. Saat tidak terhubung catu daya motor step jenis ini tidak akan menghasilkan tahanan magnetik.

Untuk selanjutnya pembahasan difokuskan pada motor step magnet permanen. Gambar 3 menunjukkan konstruksi dasar dari suatu motor step, dalam hal ini jenis magnet permanen, yang terdiri dari rotor berupa magnet permanen dan stator berupa elektromagnet.

Gambar 3 Komponen motor step

Berdasarkan polaritasnya motor step magnet permanen dapat dibedakan menjadi dua, yaitu unipolar (polaritas tunggal) dan bipolar (polaritas ganda). Gambar 4 menunjukkan rangkaian dari suatu motor step bipolar. Dari Gambar 4 terlihat bahwa setiap dua buah elektromagnet yang berseberangan sebetulnya adalah merupakan sebuah kumparan dan disusun sedemikian rupa sehingga jika kumparan dialiri arus kedua elektromagnet tersebut menghasilkan kutub yang berlawanan.

Contohnya jika diberi polaritas A + dan B –, maka elektromagnet atas menghasilkan kutub Utara dan elektromagnet bawah menjadi kutub Selatan. Sedangkan jika polaritas dibalik menjadi A – dan B + maka kutub elektromagnet akan berkebalikan, elektromagnet atas menjadi Selatan dan elektromagnet bawah menjadi Utara. Jika diberi polaritas sama, A + dan B + atau A – dan B – maka elektromagnet atas dan bawah tidak aktif.

Gambar 4 Simbol dan diagram pengkabelan motor step bipolar.

Terdapat beberapa metode untuk menggerakkan motor step bipolar. Metode yang paling sederhana adalah dengan bergantian mengaktifkan salah satu kumparan (AB atau CD), yang disebut metode satu fase aktif atau sering disebut juga wave mode, seperti ditunjukkan pada Gambar 5.

Gambar 5Metode satu fase aktif pada motor step bipolar

Metode berikutnya adalah metode dua fase aktif dengan mengaktifkan kedua kumparan. Pada metode ini magnet pada rotor akan tertarik oleh dua elektromagnet yang bersebelahan, sehingga posisinya selalu berada di antara dua elektromagnet, seperti terlihat pada Gambar 6.

Gambar 6 Metode dua fase aktif pada motor step bipolar

Metode satu fase aktif dan metode dua fase aktif sering disebut juga mode langkah penuh (full step) untuk membedakan dengan mode setengah langkah (half step). Mode setengah langkah menggabungkan antara metode satu fase dan metode dua fase, sehingga dihasilkan jumlah langkah dua kali lipat lebih banyak dalam satu putaran dibanding kedua mode langkah penuh. Motor step dapat menghasilkan 4 langkah saat mode langkah penuh dan 8 langkah saat mode setengah langkah.

Gambar 7 Mode setengah langkah pada motor step bipolar

Untuk menghasilkan jumlah langkah yang lebih banyak, maka pada suatu motor step tidak hanya terdapat empat elektromagnet, tapi dapat berjumlah lebih banyak Meski demikian untuk memudahkan pengaturannya, setiap elektromagnet tidak diatur secara individu, namun terdapat beberapa elektromagnet yang disatukan pengaturannya seperti tergambar pada gambar 8.

Gambar 8 Jumlah langkah gerak motor step ditentukan oleh banyaknya elektromagnet.

Untuk dapat menghasilkan kombinasi medan magnet sesuai metode yang digunakan, diperlukan kombinasi sinyal pada masing-masing input motor step. Untuk motor step bipolar kombinasi sinyal yang diberikan pada masing-masing kumparan untuk mode langkah penuh terdapat pada Tabel 1 dan Tabel 2 sedangkan untuk mode setengah langkah terdapat pada Tabel 3.

Tabel 1 Kombinasi sinyal motor step bipolar untuk mode langkah penuh (satu fase aktif)

Langkah	A	B	C	D
1	1	0	0	0
2	0	0	1	0
3	0	1	0	0
4	0	0	0	1

Tabel 2 Kombinasi sinyal motor step bipolar untuk mode langkah penuh (dua fase aktif)

Langkah	A	B	C	D
1	1	0	1	0
2	0	1	1	0
3	0	1	0	1
4	1	0	0	1

Tabel 3 Kombinasi sinyal motor step bipolar untuk mode setengah langkah.

Langkah	A	B	C	D
1	1	0	0	0
2	1	0	1	0
3	0	0	1	0
4	0	1	1	0
5	0	1	0	0
6	0	1	0	1
7	0	0	0	1
8	1	0	0	1

Selain motor step bipolar terdapat juga motor step unipolar (polaritas tunggal). Disebut unipolar karena arus pada kumparan hanya mengalir pada satu arah, tidak seperti motor step bipolar yang dapat mengalir dua arah tergantung polaritas kumparan. Pada motor step unipolar masing-masing elektromagnet diatur secara terpisah seperti terlihat pada Gambar 9.

Gambar 9 Konstruksi motor step unipolar

Gambar 10 menunjukkan varian dari motor step unipolar, yaitu enam kabel dan lima kabel.

Gambar 10 Simbol untuk varian motor step unipolar (a) enam kabel (b) lima kabel

Untuk motor step unipolar kombinasi sinyal yang diberikan pada masing-masing kumparan untuk mode langkah penuh terdapat pada Tabel 4 dan Tabel 5 sedangkan untuk mode setengah langkah terdapat pada Tabel 6.

Tabel 4 Kombinasi sinyal motor step unipolar untuk mode langkah penuh (satu fase aktif)

Langkah	A	B	C	D
1	1	0	0	0
2	0	1	0	0
3	0	0	1	0
4	0	0	0	1

Tabel 5 Kombinasi sinyal motor step unipolar untuk mode langkah penuh (dua fase aktif)

Langkah	A	B	C	D
1	1	1	0	0
2	0	1	1	0
3	0	0	1	1
4	1	0	0	1

Tabel 6 Kombinasi sinyal motor step unipolar untuk mode setengah langkah.

Langkah	A	B	C	D
1	1	0	0	0
2	1	1	0	0
3	0	1	0	0
4	0	1	1	0
5	0	0	1	0
6	0	0	1	1
7	0	0	0	1
8	1	0	0	1

II.     Selenoid

Peralatan yang dipakai untuk mengkonversi signal elektrik atau arus listrik menjadi gerak linier mekanik. Terbuat dari kumparan dan inti besi yang dapat digerakan. Kekuatan menarik dan mendorong ditentukan oleh jumlah lilitan pada kumparan.

Suatu solenoid adalah suatu alat dasar yang mengkonversi suatu sinyal listrik ke dalam gerakan mekanis, pada umumnya seperti garis. Seperti ditunjukkan Gambar 7.7, solenoid terdiri dari suatu kumparan dan alat pengisap. Pengisap tersebut mungkin adalah free­standing atau dimuati pegas. Kumparan mempunyai beberapa rating tegangan atau arus dan tipenya mungkin dc atau ac. Spesifikasi Solenoid meliputi rating  listrik dan gaya pengisap menarik atau mendorong ketika yang diberi tegangan tertentu]. Gaya ini mungkin dinyatakan dalam newton atau kilogram di dalam sistem SI, dan dalam pound atau ons dalam  Sistem Inggris. 

Beberapa solenoid terbatas  hanya untuk tugas sebentar-sebentar oleh karena batasan yang berkenaan dengan panas. Dalam hal ini, duty cyclemaksimum (persentase total waktu) akan ditetapkan. Solenoid digunakan ketika suatu gaya mendadak yang besar harus dipakai untuk melaksanakan beberapa pekerjaan. Di dalam Gambar 7.8, suatu solenoid digunakan untuk perubahan gigi persneling suatu transmisi dua-position. Suatu SCR digunakan untuk mengaktipkan kumparan solenoid tersebut.

Gambar 7.7 Sebuah solenoid mengkonversi suatu sinyal listrik ke perpindahan fisik

Gambar 7.8 Sebuah solenoid digunakan untuk mengubah gigi perseneling

Selenoid adalah aktuator mampu gerakan linier.selenoid dapat elektromekanis (AC/DC),hidrolik , pneumatik atau didorong .semua operasi pada prinsip-prinsip dasar yang sama. Sengan memberikan sumber tegangan maka selenoid dapat menghasilkan gaya yang linier.contohnya untuk menekan tombol,memukul tombol pada piano,operator katup, dan bahkan untuk robot melompat.solonoids DC beroperasi pada prinsip-prinsip seperti motor DC.

Sistem kerja selenoid

didalam selenoid terdapat kawat melingkar pada inti besi . ketika arus listrik melalui kawaqt ini, maka terjadi medan magnet untuk menghasilkan energi yang bisa mendorong inti. Poros dalam dari selenoid adlah piston seperti silinder terbuat dari besi atau baja, yang disebut pluger . medan magnet kemudian menerapkan kekuatan untuk plunger ini,baik menarik atau repeling.ketika medan magnet dimatikan ,pegas plunger kemudian kembali ke keadaan semula.

Jenis selenoid

-          Selenoid menarik adalah posisi awal menjaulur ke luar setelah terdapat aliran arus listrik inti besi yang menjulur keluar menjadi masuk kedalam.

-          Selenoid dorong adalah sebaliknya jenis menarik ,posisi awal inti besi dalam posisi masuk kedalam.apabila terdapat aliran arus listrik maka inti besi menjulur keluar

Powering selenoid

Selenoid yang terpolarisasi,hanya bekerja ketika ada arus.setelah arus tidak ada,anda dapat membuat selenoid dorong tarik.selenoid elektromekanik dapat melelh jika digunakan terlalu lama.selalu pastikan bahwa power rating tidak kurang dari menarik x tegangan arus diterapkan pada selenoid.

selenoid tentu saja dapat melebihi power rating untuk periode intermiten singkat,tapi akan terlalu panas dan meleleh dengan periode aktuasi diperpanjang. Sejak selenoid memiliki induktansi tinggi,bila salah satu penggerak mengharapkan hidup tapi sangat pendek yang tinggi daya tegangan balik terjadi .ini hanya seperti mengemudi motor DC dalam satu arah, lalu tiba-tiba membalik arah. Menyadari hal ini ketika merancang sirkuit kontrol ,memastikan sirkuit dnegan arus tinggi,tegangan tinggi,dan arus balik dilindungi.

Pertimbangan mekanis

Satu hal yang sangat penting untuk mempertimbangkan dengan solenoida adalah stroke. Pastikan jarak stroke (jarak maksimum plunger dapat perjalanan) sudah cukup untuk aplikasi, tetapi juga untuk desain mekanik ,untuk menangani non-linier kecepatan tinggi dan tiba-tiba kekuatan tinggi yang diharapkan dari seperti aktuator. Bahkan mungkin perlu mempertimbangkan peredam apabila terjadi masalah potensial.