Dilihat: 0 Penulis: Editor Situs Waktu Publikasi: 18-04-2025 Asal: Lokasi
A Motor stepper adalah jenis motor listrik yang bergerak dengan langkah tetap dan presisi, bukan berputar terus menerus seperti motor biasa. Ini biasanya digunakan dalam aplikasi yang memerlukan kontrol posisi yang tepat, seperti printer 3D, mesin CNC, robotika, dan platform kamera.
Motor stepper adalah jenis motor listrik yang mengubah energi listrik menjadi gerak rotasi dengan presisi luar biasa. Tidak seperti motor listrik biasa, yang memberikan putaran terus menerus, motor stepper berputar dalam langkah-langkah terpisah, sehingga ideal untuk aplikasi yang memerlukan penentuan posisi yang akurat.
Setiap pulsa listrik yang dikirim ke motor stepper dari penggeraknya menghasilkan gerakan yang presisi—setiap pulsa berhubungan dengan langkah tertentu. Kecepatan putaran motor berkorelasi langsung dengan frekuensi pulsa: semakin cepat pulsa dikirim, semakin cepat putarannya.
Salah satu keuntungan utama dari motor stepper s adalah kontrolnya yang mudah. Kebanyakan driver beroperasi dengan pulsa 5 volt, kompatibel dengan sirkuit terpadu umum. Anda dapat merancang sirkuit untuk menghasilkan pulsa ini atau menggunakan generator pulsa dari perusahaan seperti BesFoc.
Meskipun terkadang terdapat ketidakakuratan—motor stepper standar memiliki akurasi sekitar ± 3 menit busur (0,05°)—kesalahan ini tidak terakumulasi dalam beberapa langkah. Misalnya, jika motor stepper standar membuat satu langkah, maka motor tersebut akan berputar 1,8° ± 0,05°. Bahkan setelah sejuta langkah, deviasi totalnya masih hanya ± 0,05°, sehingga dapat diandalkan untuk pergerakan presisi dalam jarak jauh.
Selain itu, motor stepper dikenal dengan respons dan akselerasi yang cepat karena inersia rotornya yang rendah, sehingga memungkinkannya mencapai kecepatan tinggi dengan cepat. Hal ini membuatnya sangat cocok untuk aplikasi yang memerlukan gerakan pendek dan cepat.
A Motor stepper bekerja dengan membagi satu putaran penuh menjadi beberapa langkah yang sama besar. Ia menggunakan elektromagnet untuk menciptakan gerakan dalam jumlah kecil dan terkendali.
Motor stepper memiliki dua bagian utama:
Stator – bagian diam dengan kumparan (elektromagnet).
Rotor – bagian yang berputar, seringkali berupa magnet atau terbuat dari besi.
Ketika arus listrik mengalir melalui kumparan stator, maka timbul medan magnet.
Bidang-bidang ini menarik rotor.
Dengan menghidupkan dan mematikan kumparan dalam urutan tertentu, rotor ditarik selangkah demi selangkah dalam gerakan melingkar.
Setiap kali kumparan diberi energi, rotor bergerak dengan sudut kecil (disebut satu langkah).
Misalnya, jika sebuah motor mempunyai 200 langkah per putaran, setiap langkah menggerakkan rotor sebesar 1,8°.
Motor dapat berputar maju atau mundur tergantung urutan pulsa yang dikirimkan ke kumparan.
A penggerak motor stepper mengirimkan pulsa listrik ke kumparan motor.
Semakin banyak pulsa, semakin banyak pula putaran motor.
Mikrokontroler (seperti Arduino atau Raspberry Pi) dapat mengontrol driver ini untuk menggerakkan motor dengan tepat.
Ilustrasi di bawah ini menggambarkan sistem motor stepper standar, yang terdiri dari beberapa komponen penting yang bekerja sama. Kinerja setiap elemen mempengaruhi fungsionalitas sistem secara keseluruhan.
Inti dari sistem adalah komputer atau pengontrol logika yang dapat diprogram (PLC). Komponen ini berperan sebagai otak, mengendalikan tidak hanya motor stepper tetapi juga keseluruhan mesin. Ia dapat melakukan berbagai tugas, seperti menaikkan elevator atau menggerakkan ban berjalan. Tergantung pada kompleksitas yang dibutuhkan, pengontrol ini dapat berkisar dari PC atau PLC yang canggih hingga tombol tekan operator yang sederhana.
Berikutnya adalah pengindeks atau kartu PLC, yang mengkomunikasikan instruksi spesifik ke motor stepper . Ini menghasilkan jumlah pulsa yang diperlukan untuk pergerakan dan menyesuaikan frekuensi pulsa untuk mengontrol akselerasi, kecepatan, dan perlambatan motor. Pengindeks dapat berupa unit yang berdiri sendiri, seperti BesFoc, atau kartu pembangkit pulsa yang dihubungkan ke PLC. Apapun bentuknya, komponen ini sangat krusial untuk pengoperasian motor.
Penggerak motor terdiri dari empat bagian penting:
Logika untuk Kontrol Fase: Unit logika ini menerima pulsa dari pengindeks dan menentukan fase motor mana yang harus diaktifkan. Pemberian energi pada fase harus mengikuti urutan tertentu untuk memastikan pengoperasian motor yang benar.
Catu Daya Logika: Ini adalah catu daya bertegangan rendah yang memberi daya pada sirkuit terpadu (IC) di dalam driver, biasanya beroperasi sekitar 5 volt, berdasarkan set chip atau desain.
Catu Daya Motor: Catu daya ini menyediakan tegangan yang diperlukan untuk memberi daya pada motor, biasanya sekitar 24 VDC, meskipun bisa lebih tinggi tergantung pada aplikasinya.
Power Amplifier: Komponen ini terdiri dari transistor yang memungkinkan arus mengalir melalui fase motor. Transistor ini dinyalakan dan dimatikan dalam urutan yang benar untuk memudahkan pergerakan motor.
Terakhir, semua komponen ini bekerja sama untuk memindahkan beban, yang dapat berupa sekrup utama, disk, atau ban berjalan, bergantung pada aplikasi spesifiknya.
Ada tiga tipe utama motor stepper:
Motor ini memiliki gigi pada rotor dan stator tetapi tidak dilengkapi magnet permanen. Akibatnya, torsi penahannya berkurang, sehingga tidak dapat mempertahankan posisinya saat tidak diberi energi.
Motor stepper PM mempunyai magnet permanen pada rotornya tetapi tidak mempunyai gigi. Meskipun biasanya kurang presisi dalam sudut langkah, namun memberikan penahan torsi, memungkinkannya mempertahankan posisinya saat daya dimatikan.
BesFoc mengkhususkan diri secara eksklusif pada Hibrida motor stepper s. Motor ini menggabungkan sifat magnetik magnet permanen dengan desain motor keengganan variabel bergigi. Rotor dimagnetisasi secara aksial, artinya dalam konfigurasi tipikal, separuh bagian atas merupakan kutub utara dan separuh bagian bawah merupakan kutub selatan.
Rotor terdiri dari dua cangkir bergigi, masing-masing memiliki 50 gigi. Cangkir ini diimbangi sebesar 3,6°, memungkinkan pemosisian yang tepat. Jika dilihat dari atas, Anda dapat melihat bahwa gigi pada cangkir kutub utara sejajar dengan gigi pada cangkir kutub selatan, sehingga menciptakan sistem persneling yang efektif.
Motor stepper hibrida beroperasi pada konstruksi dua fase, dengan setiap fase berisi empat kutub yang berjarak 90°. Masing-masing kutub dalam satu fasa dililit sedemikian rupa sehingga kutub-kutub yang berjarak 180° mempunyai polaritas yang sama, sedangkan kutub-kutub yang berjarak 90° memiliki polaritas yang berlawanan. Dengan membalikkan arus dalam fase apa pun, polaritas kutub stator yang bersangkutan juga dapat dibalik, sehingga motor dapat mengubah kutub stator mana pun menjadi kutub utara atau selatan.
Rotor motor stepper memiliki 50 gigi, dengan jarak antar gigi 7,2°. Saat motor beroperasi, kesejajaran gigi rotor dengan gigi stator dapat bervariasi—khususnya, dapat diimbangi dengan tiga perempat jarak gigi, setengah jarak gigi, atau seperempat jarak gigi. Ketika motor melangkah, secara alami ia mengambil jalur terpendek untuk menyelaraskan dirinya kembali, yang berarti pergerakan 1,8° per langkah (karena 1/4 dari 7,2° sama dengan 1,8°).
Torsi dan akurasi dalam motor stepper dipengaruhi oleh jumlah kutub (gigi). Umumnya, jumlah tiang yang lebih tinggi akan meningkatkan torsi dan akurasi. BesFoc menawarkan motor stepper 'Resolusi Tinggi', yang memiliki jarak gigi setengah dari model standarnya. Rotor resolusi tinggi ini memiliki 100 gigi, menghasilkan sudut 3,6° di antara setiap gigi. Dengan pengaturan ini, pergerakan 1/4 jarak gigi setara dengan langkah yang lebih kecil yaitu 0,9°.
Hasilnya, model 'Resolusi Tinggi' memberikan resolusi dua kali lipat dari motor standar, mencapai 400 langkah per putaran dibandingkan dengan 200 langkah per putaran pada model standar. Sudut langkah yang lebih kecil juga menyebabkan getaran yang lebih rendah, karena setiap langkah tidak terlalu terasa dan lebih bertahap.
Diagram di bawah menggambarkan penampang motor stepper 5 fasa. Motor ini terutama terdiri dari dua bagian utama: stator dan rotor. Rotor itu sendiri terdiri dari tiga komponen: rotor cup 1, rotor cup 2, dan magnet permanen. Rotor dimagnetisasi dalam arah aksial; misalnya, jika cangkir rotor 1 ditetapkan sebagai kutub utara, maka cangkir rotor 2 akan menjadi kutub selatan.
Stator memiliki 10 kutub magnet, masing-masing dilengkapi dengan gigi kecil dan belitan yang sesuai. Belitan ini dirancang sedemikian rupa sehingga masing-masing terhubung ke belitan kutub yang berlawanan. Ketika arus mengalir melalui sepasang belitan, kutub-kutub yang dihubungkan akan termagnetisasi dalam arah yang sama—utara atau selatan.
Setiap pasangan kutub yang berlawanan membentuk satu fasa motor. Mengingat total ada 10 kutub magnet, hal ini menghasilkan lima fase berbeda dalam 5 fase ini motor stepper.
Yang penting, setiap cangkir rotor memiliki 50 gigi di sepanjang keliling luarnya. Gigi pada cangkir rotor 1 dan cangkir rotor 2 secara mekanis diimbangi satu sama lain sebesar setengah jarak gigi, memungkinkan penyelarasan dan pergerakan yang presisi selama pengoperasian.
Memahami cara membaca kurva kecepatan-torsi sangatlah penting, karena memberikan wawasan tentang kemampuan yang dapat dicapai oleh sebuah motor. Kurva-kurva ini mewakili karakteristik performa motor tertentu ketika dipasangkan dengan pengemudi tertentu. Setelah motor beroperasi, keluaran torsinya dipengaruhi oleh jenis penggerak dan tegangan yang diberikan. Akibatnya, motor yang sama dapat menunjukkan kurva kecepatan-torsi yang berbeda secara signifikan tergantung pada pengemudi yang digunakan.
BesFoc menyediakan kurva kecepatan-torsi ini sebagai referensi. Jika Anda menggunakan motor dengan driver yang memiliki tegangan dan arus yang sama, Anda dapat mengharapkan kinerja yang sebanding. Untuk pengalaman interaktif, silakan lihat kurva kecepatan-torsi yang disediakan di bawah ini:
Holding Torque
Ini adalah jumlah torsi yang dihasilkan oleh motor saat diam, dengan arus pengenal mengalir melalui belitannya.
Daerah Start/Stop
Bagian ini menunjukkan nilai torsi dan kecepatan dimana motor dapat hidup, berhenti, atau mundur seketika.
Torsi Tarik
Ini adalah nilai torsi dan kecepatan yang memungkinkan motor untuk hidup, berhenti, atau mundur sambil tetap sinkron dengan pulsa masukan.
Torsi Tarik
Ini mengacu pada nilai torsi dan kecepatan di mana motor dapat beroperasi tanpa terhenti, menjaga sinkronisasi dengan fase input. Ini mewakili torsi maksimum yang dapat dihasilkan motor selama pengoperasian.
Kecepatan Start Maksimum
Ini adalah kecepatan tertinggi dimana motor dapat mulai berjalan ketika tidak ada beban yang diberikan.
Kecepatan Berjalan Maksimum
Ini menunjukkan kecepatan tercepat yang dapat dicapai motor saat berjalan tanpa beban.
Untuk beroperasi dalam wilayah antara torsi pull-in dan pullout, motor harus start terlebih dahulu pada wilayah start/stop. Saat motor mulai berjalan, denyut nadi ditingkatkan secara bertahap hingga kecepatan yang diinginkan tercapai. Untuk menghentikan motor, kecepatan kemudian dikurangi hingga berada di bawah kurva torsi pull-in.
Torsi berbanding lurus dengan arus dan jumlah lilitan kawat pada motor. Untuk meningkatkan torsi sebesar 20%, arus juga harus ditingkatkan sekitar 20%. Sebaliknya, untuk menurunkan torsi sebesar 50%, arus harus dikurangi sebesar 50%.
Namun, karena saturasi magnetik, tidak ada manfaatnya meningkatkan arus melebihi dua kali arus pengenal, karena melebihi titik ini, peningkatan lebih lanjut tidak akan meningkatkan torsi. Beroperasi sekitar sepuluh kali arus pengenal menimbulkan risiko kerusakan magnet pada rotor.
Semua motor kami dilengkapi dengan insulasi Kelas B, yang dapat menahan suhu hingga 130°C sebelum insulasi mulai rusak. Untuk memastikan umur panjang, kami merekomendasikan untuk menjaga perbedaan suhu 30°C dari dalam ke luar, yang berarti suhu casing luar tidak boleh melebihi 100°C.
Induktansi memainkan peran penting dalam kinerja torsi kecepatan tinggi. Hal ini menjelaskan mengapa motor tidak menunjukkan tingkat torsi yang tinggi tanpa henti. Setiap belitan motor mempunyai nilai induktansi dan resistansi yang berbeda. Induktansi yang diukur dalam henry, dibagi dengan hambatan dalam ohm, menghasilkan konstanta waktu (dalam detik). Konstanta waktu ini menunjukkan berapa lama waktu yang dibutuhkan kumparan untuk mencapai 63% dari arus pengenalnya. Misalnya, jika motor diberi nilai 1 amp, setelah satu waktu konstan, kumparan akan mencapai sekitar 0,63 amp. Biasanya dibutuhkan sekitar empat hingga lima konstanta waktu agar kumparan mencapai arus penuh (1 amp). Karena torsi sebanding dengan arus, jika arus hanya mencapai 63%, motor akan menghasilkan sekitar 63% torsi maksimumnya setelah konstan satu kali.
Pada kecepatan rendah, penundaan penumpukan arus ini tidak menjadi masalah karena arus dapat masuk dan keluar kumparan secara efektif dengan cepat, sehingga motor dapat menghasilkan torsi terukurnya. Namun, pada kecepatan tinggi, arus tidak dapat meningkat cukup cepat sebelum peralihan fasa berikutnya, sehingga mengakibatkan berkurangnya torsi.
Tegangan pengemudi secara signifikan mempengaruhi kinerja kecepatan tinggi a motor stepper . Rasio tegangan penggerak terhadap tegangan motor yang lebih tinggi menghasilkan peningkatan kemampuan kecepatan tinggi. Hal ini karena tegangan tinggi memungkinkan arus mengalir ke belitan lebih cepat dari ambang batas 63% yang telah dibahas sebelumnya.
Ketika motor stepper berpindah dari satu langkah ke langkah berikutnya, rotor tidak berhenti seketika pada posisi target. Sebaliknya, ia bergerak melewati posisi akhir, kemudian ditarik kembali, melampaui arah yang berlawanan, dan terus berosilasi maju mundur hingga akhirnya berhenti. Fenomena ini, disebut sebagai 'dering,' terjadi pada setiap langkah yang diambil motor (lihat diagram interaktif di bawah). Sama seperti tali bungee, momentum rotor membawanya melampaui titik berhentinya, menyebabkannya “memantul” sebelum berhenti dalam keadaan diam. Namun dalam banyak kasus, motor diinstruksikan untuk melanjutkan ke langkah berikutnya sebelum berhenti sepenuhnya.
Grafik di bawah menggambarkan perilaku dering motor stepper pada berbagai kondisi pembebanan. Saat motor dibongkar, motor mengeluarkan dering yang signifikan, yang berarti peningkatan getaran. Getaran yang berlebihan ini dapat menyebabkan motor mati saat tidak dibebani atau diberi beban ringan, karena dapat kehilangan sinkronisasi. Oleh karena itu, penting untuk selalu menguji a motor stepper dengan beban yang sesuai.
Dua grafik lainnya menggambarkan kinerja motor saat dibebani. Pemuatan motor yang benar membantu menstabilkan pengoperasiannya dan mengurangi getaran. Idealnya, beban memerlukan antara 30% hingga 70% dari keluaran torsi maksimum motor. Selain itu, rasio inersia beban terhadap rotor harus berada antara 1:1 dan 10:1. Untuk pergerakan yang lebih pendek dan cepat, sebaiknya rasio ini mendekati 1:1 hingga 3:1.
Spesialis dan insinyur aplikasi BesFoc siap membantu dengan ukuran motor yang tepat.
A motor stepper akan mengalami peningkatan getaran yang signifikan ketika frekuensi pulsa masukan bertepatan dengan frekuensi alaminya, sebuah fenomena yang dikenal sebagai resonansi. Ini sering terjadi sekitar 200 Hz. Pada resonansi, overshooting dan undershooting rotor sangat diperkuat, sehingga meningkatkan kemungkinan langkah yang hilang. Meskipun frekuensi resonansi spesifik dapat bervariasi menurut inersia beban, frekuensi resonansi biasanya berkisar sekitar 200 Hz.
Motor stepper 2 fasa hanya dapat melewatkan langkah dalam kelompok empat fasa. Jika Anda melihat hilangnya langkah yang terjadi dalam kelipatan empat, ini menunjukkan bahwa getaran menyebabkan motor kehilangan sinkronisasi atau beban mungkin berlebihan. Sebaliknya, jika langkah yang terlewat bukan kelipatan empat, terdapat indikasi kuat bahwa jumlah pulsa salah atau gangguan listrik memengaruhi kinerja.
Beberapa strategi dapat membantu mengurangi efek resonansi. Pendekatan paling sederhana adalah menghindari pengoperasian pada kecepatan resonansi sama sekali. Karena 200 Hz sama dengan sekitar 60 RPM untuk motor 2 fase, ini bukanlah kecepatan yang terlalu tinggi. Paling motor stepper memiliki kecepatan awal maksimum sekitar 1000 pulsa per detik (pps). Oleh karena itu, dalam banyak kasus, Anda dapat memulai pengoperasian motor pada kecepatan yang lebih tinggi daripada frekuensi resonansi.
Jika Anda perlu menghidupkan motor pada kecepatan di bawah frekuensi resonansi, penting untuk melakukan akselerasi dengan cepat melalui rentang resonansi untuk meminimalkan efek getaran.
Solusi efektif lainnya adalah dengan menggunakan sudut langkah yang lebih kecil. Sudut langkah yang lebih besar cenderung menghasilkan overshooting dan undershooting yang lebih besar. Jika motor memiliki jarak tempuh yang pendek, motor tidak akan menghasilkan gaya (torsi) yang cukup untuk melakukan overshoot secara signifikan. Dengan mengurangi sudut langkah, motor mengalami lebih sedikit getaran. Inilah salah satu alasan mengapa teknik half-stepping dan microstepping sangat efektif dalam mengurangi getaran.
Pastikan untuk memilih motor berdasarkan kebutuhan beban. Ukuran motor yang tepat dapat menghasilkan kinerja keseluruhan yang lebih baik.
Peredam adalah pilihan lain untuk dipertimbangkan. Perangkat ini dapat dipasang ke poros belakang motor untuk menyerap sebagian energi getaran, membantu memperlancar pengoperasian motor yang bergetar dengan cara yang hemat biaya.
Sebuah kemajuan yang relatif baru dalam Teknologi motor stepper adalah motor stepper 5 fasa. Perbedaan paling mencolok antara motor 2 fasa dan 5 fasa (lihat diagram interaktif di bawah) adalah jumlah kutub stator: motor 2 fasa memiliki 8 kutub (4 per fasa), sedangkan motor 5 fasa memiliki 10 kutub (2 per fasa). Desain rotornya mirip dengan motor 2 fasa.
Pada motor 2 fasa, setiap fasa menggerakkan rotor sebesar 1/4 jarak gigi, sedangkan pada motor 5 fasa, rotor menggerakkan 1/10 jarak gigi karena desainnya. Dengan jarak gigi 7,2°, sudut langkah motor 5 fasa menjadi 0,72°. Konstruksi ini memungkinkan motor 5 fase mencapai 500 langkah per putaran, dibandingkan dengan 200 langkah per putaran pada motor 2 fase, sehingga menghasilkan resolusi 2,5 kali lebih besar dibandingkan motor 2 fase.
Resolusi yang lebih tinggi menghasilkan sudut langkah yang lebih kecil, sehingga mengurangi getaran secara signifikan. Karena sudut langkah motor 5 fasa 2,5 kali lebih kecil dibandingkan motor 2 fasa, motor ini mengalami dering dan getaran yang jauh lebih rendah. Pada kedua tipe motor, rotor harus overshoot atau undershoot lebih dari 3,6° agar dapat meleset. Dengan sudut langkah motor 5 fase yang hanya 0,72°, hampir tidak mungkin bagi motor untuk melakukan overshoot atau undershoot dengan selisih sebesar itu, sehingga sangat kecil kemungkinannya untuk kehilangan sinkronisasi.
Ada empat metode penggerak utama untuk motor stepper :
Penggerak Gelombang (Langkah Penuh)
2 Fase Aktif (Langkah Penuh)
1-2 Fase Aktif (Setengah Langkah)
langkah mikro
Pada diagram di bawah, metode penggerak gelombang disederhanakan untuk menggambarkan prinsip-prinsipnya. Setiap putaran 90° yang digambarkan dalam ilustrasi mewakili 1,8° putaran rotor pada motor sebenarnya.
Dalam metode penggerak gelombang, juga dikenal sebagai metode ON 1 fasa, hanya satu fasa yang diberi energi pada satu waktu. Ketika fasa A diaktifkan, maka akan tercipta kutub selatan yang menarik kutub utara rotor. Kemudian, fase A dimatikan dan fase B dihidupkan, menyebabkan rotor berputar 90° (1,8°), dan proses ini berlanjut dengan setiap fase diberi energi secara terpisah.
Penggerak gelombang beroperasi dengan rangkaian listrik empat langkah untuk memutar motor.
Dalam metode penggerak '2 Fase Aktif', kedua fase motor diberi energi secara terus-menerus.
Seperti diilustrasikan di bawah, setiap putaran 90° sama dengan putaran rotor 1,8°. Ketika fasa A dan B diberi energi sebagai kutub selatan, kutub utara rotor tertarik secara seimbang ke kedua kutub, menyebabkannya sejajar tepat di tengah. Saat rangkaian berlangsung dan fase diaktifkan, rotor akan berputar untuk menjaga kesejajaran antara dua kutub yang diberi energi.
Metode '2 Fase Aktif' beroperasi menggunakan rangkaian listrik empat langkah untuk memutar motor.
Motor tipe M 2 fase dan 2 fase standar BesFoc menggunakan metode penggerak '2 Fase Aktif' ini.
Keuntungan utama metode '2 Fase Aktif' dibandingkan metode '1 Fase Aktif' adalah torsi. Dalam metode '1 Fase Aktif', hanya satu fase yang diaktifkan pada satu waktu, sehingga menghasilkan satu unit torsi yang bekerja pada rotor. Sebaliknya, metode '2 Fase Aktif' memberi energi pada kedua fase secara bersamaan, menghasilkan dua unit torsi. Satu vektor torsi bekerja pada posisi jam 12 dan vektor torsi lainnya bekerja pada posisi jam 3. Ketika kedua vektor torsi ini digabungkan, keduanya menghasilkan vektor resultan pada sudut 45° dengan besaran 41,4% lebih besar daripada vektor tunggal. Artinya, penggunaan metode '2 Fase Aktif' memungkinkan kita mencapai sudut langkah yang sama seperti metode '1 Fase Aktif' sekaligus menghasilkan torsi 41% lebih besar.
Namun, motor lima fase beroperasi agak berbeda. Daripada menggunakan metode '2 Fase Aktif', mereka menggunakan metode '4 Fase Aktif'. Dalam pendekatan ini, empat fase diaktifkan secara bersamaan setiap kali motor mengambil langkah.
Hasilnya, motor lima fasa mengikuti rangkaian listrik 10 langkah selama pengoperasian.
Metode '1-2 Fase Aktif', juga dikenal sebagai setengah langkah, menggabungkan prinsip-prinsip dari dua metode sebelumnya. Dalam pendekatan ini, pertama-tama kita memberi energi pada fase A, menyebabkan rotor sejajar. Sambil menjaga fase A tetap berenergi, kami kemudian mengaktifkan fase B. Pada titik ini, rotor tertarik secara merata ke kedua kutub dan sejajar di tengah, menghasilkan putaran 45° (atau 0,9°). Selanjutnya kita matikan fasa A sambil terus memberi energi pada fasa B, sehingga motor dapat mengambil langkah berikutnya. Proses ini berlanjut, bergantian antara memberi energi pada satu fasa dan dua fasa. Dengan melakukan ini, kami secara efektif memotong setengah sudut langkah, yang membantu mengurangi getaran.
Untuk motor 5 fasa, kami menerapkan strategi serupa dengan bergantian antara 4 fasa hidup dan 5 fasa hidup.
Mode setengah langkah terdiri dari rangkaian listrik delapan langkah. Dalam kasus motor lima fasa yang menggunakan metode '4-5 Fasa Aktif', motor melewati rangkaian kelistrikan 20 langkah.
(Informasi lebih lanjut dapat ditambahkan tentang microstepping jika diperlukan.)
Microstepping adalah teknik yang digunakan untuk membuat langkah kecil menjadi lebih halus. Semakin kecil langkahnya, semakin tinggi resolusinya dan semakin baik pula karakteristik getaran motornya. Dalam microstepping, suatu fase tidak sepenuhnya aktif atau tidak aktif; sebaliknya, ia diberi energi sebagian. Gelombang sinus diterapkan pada Fase A dan Fase B, dengan perbedaan fase 90° (atau 0,9° dalam fase lima fase). motor stepper ).
Ketika daya maksimum diterapkan ke Fase A, Fase B berada pada nol, menyebabkan rotor sejajar dengan Fase A. Ketika arus ke Fase A berkurang, arus ke Fase B meningkat, sehingga rotor dapat mengambil langkah kecil menuju Fase B. Proses ini berlanjut seiring siklus arus antara dua fase, sehingga menghasilkan gerakan microstepping yang mulus.
Namun, microstepping memang menghadirkan beberapa tantangan, terutama terkait akurasi dan torsi. Karena fase hanya diberi energi sebagian, motor biasanya mengalami pengurangan torsi sekitar 30%. Selain itu, karena perbedaan torsi antar langkah sangat kecil, motor mungkin kesulitan mengatasi beban, yang dapat mengakibatkan situasi di mana motor diperintahkan untuk bergerak beberapa langkah sebelum benar-benar mulai bergerak. Dalam banyak kasus, penggunaan encoder diperlukan untuk menciptakan sistem loop tertutup, meskipun hal ini menambah biaya keseluruhan.
Sistem Loop Terbuka
Sistem Loop Tertutup
Sistem Servo
motor stepper biasanya dirancang sebagai sistem loop terbuka. Dalam konfigurasi ini, generator pulsa mengirimkan pulsa ke rangkaian pengurutan fasa. Pengurut fase menentukan fase mana yang harus dihidupkan atau dimatikan, seperti yang dijelaskan sebelumnya dalam metode langkah penuh dan setengah langkah. Sequencer mengontrol FET berdaya tinggi untuk mengaktifkan motor.
Namun, dalam sistem loop terbuka, tidak ada verifikasi posisi, artinya tidak ada cara untuk memastikan apakah motor telah menjalankan gerakan yang diperintahkan.
Salah satu metode paling umum untuk menerapkan sistem loop tertutup adalah dengan menambahkan encoder ke poros belakang motor poros ganda. Encoder terdiri dari piringan tipis yang ditandai dengan garis-garis yang berputar antara pemancar dan penerima. Setiap kali sebuah garis melewati antara dua komponen ini, ia menghasilkan pulsa pada garis sinyal.
Pulsa keluaran ini kemudian diumpankan kembali ke pengontrol, yang menghitungnya. Biasanya, pada akhir suatu gerakan, pengontrol membandingkan jumlah pulsa yang dikirim ke pengemudi dengan jumlah pulsa yang diterima dari encoder. Rutinitas spesifik dijalankan dimana, jika kedua penghitungannya berbeda, sistem akan menyesuaikan untuk memperbaiki perbedaan tersebut. Jika hitungannya cocok, berarti tidak terjadi kesalahan dan gerak dapat dilanjutkan dengan lancar.
Sistem loop tertutup memiliki dua kelemahan utama: biaya (dan kompleksitas) dan waktu respons. Dimasukkannya encoder menambah biaya keseluruhan sistem, seiring dengan peningkatan kecanggihan pengontrol, yang berkontribusi terhadap total biaya. Selain itu, karena koreksi hanya dilakukan pada akhir pergerakan, hal ini dapat menimbulkan penundaan pada sistem, yang berpotensi memperlambat waktu respons.
Alternatif sistem stepper loop tertutup adalah sistem servo. Sistem servo biasanya menggunakan motor dengan jumlah kutub yang rendah, memungkinkan kinerja kecepatan tinggi tetapi tidak memiliki kemampuan penentuan posisi yang melekat. Untuk mengubah servo menjadi perangkat posisi, diperlukan mekanisme umpan balik, sering kali menggunakan encoder atau solver bersama dengan loop kontrol.
Dalam sistem servo, motor diaktifkan dan dinonaktifkan hingga resolusi menunjukkan bahwa posisi tertentu telah tercapai. Misalnya, jika servo diinstruksikan untuk bergerak 100 putaran, hal itu dimulai dengan jumlah solver nol. Motor berjalan hingga hitungan solver mencapai 100 putaran, lalu motor mati. Jika terjadi pergeseran posisi, motor diaktifkan kembali untuk memperbaiki posisinya.
Respon servo terhadap kesalahan posisi dipengaruhi oleh pengaturan penguatan. Pengaturan penguatan yang tinggi memungkinkan motor bereaksi dengan cepat terhadap perubahan kesalahan, sedangkan pengaturan penguatan yang rendah menghasilkan respons yang lebih lambat. Namun, menyesuaikan pengaturan penguatan dapat menyebabkan penundaan waktu pada sistem kontrol gerakan, sehingga memengaruhi kinerja secara keseluruhan.
AlphaStep adalah inovasi BesFoc solusi motor stepper , menampilkan penyelesai terintegrasi yang menawarkan umpan balik posisi waktu nyata. Desain ini memastikan posisi rotor diketahui secara pasti setiap saat, sehingga meningkatkan presisi dan keandalan sistem.
Driver AlphaStep dilengkapi penghitung input yang melacak semua pulsa yang dikirim ke drive. Secara bersamaan, umpan balik dari solver diarahkan ke penghitung posisi rotor, sehingga memungkinkan pemantauan posisi rotor secara terus menerus. Setiap perbedaan dicatat dalam penghitung deviasi.
Biasanya, motor beroperasi dalam mode loop terbuka, menghasilkan vektor torsi untuk diikuti motor. Namun, jika penghitung deviasi menunjukkan perbedaan yang lebih besar dari ±1,8°, pengurut fase akan mengaktifkan vektor torsi di bagian atas kurva perpindahan torsi. Ini menghasilkan torsi maksimum untuk menyetel kembali rotor dan mengembalikannya ke sinkronisasi. Jika motor dimatikan beberapa langkah, sequencer memberi energi pada beberapa vektor torsi di ujung atas kurva perpindahan torsi. Pengemudi dapat menangani kondisi kelebihan beban hingga 5 detik; jika gagal memulihkan sinkronisasi dalam jangka waktu ini, kesalahan akan terpicu, dan alarm akan dikeluarkan.
Fitur luar biasa dari sistem AlphaStep adalah kemampuannya untuk melakukan koreksi real-time untuk setiap langkah yang terlewat. Tidak seperti sistem tradisional yang menunggu hingga akhir perpindahan untuk memperbaiki kesalahan, driver AlphaStep mengambil tindakan perbaikan segera setelah rotor berada di luar kisaran 1,8°. Setelah rotor kembali dalam batas ini, driver kembali ke mode loop terbuka dan melanjutkan pemberian energi fase yang sesuai.
Grafik terlampir mengilustrasikan kurva perpindahan torsi, menyoroti mode operasional sistem—loop terbuka dan loop tertutup. Kurva perpindahan torsi mewakili torsi yang dihasilkan oleh satu fasa, mencapai torsi maksimum ketika posisi rotor menyimpang sebesar 1,8°. Sebuah langkah hanya dapat terlewatkan jika rotor melampaui lebih dari 3,6°. Karena pengemudi mengendalikan vektor torsi setiap kali deviasi melebihi 1,8°, kemungkinan besar motor tidak akan ketinggalan langkah kecuali mengalami beban berlebih yang berlangsung lebih dari 5 detik.
Banyak orang yang salah mengira bahwa akurasi langkah motor AlphaStep adalah ±1,8°. Pada kenyataannya, AlphaStep memiliki akurasi langkah 5 menit busur (0,083°). Pengemudi mengatur vektor torsi ketika rotor berada di luar kisaran 1,8°. Ketika rotor berada dalam kisaran ini, gigi rotor akan sejajar dengan vektor torsi yang dihasilkan. AlphaStep memastikan gigi yang benar sejajar dengan vektor torsi aktif.
Seri AlphaStep hadir dalam berbagai versi. BesFoc menawarkan model poros bulat dan roda gigi dengan beberapa rasio roda gigi untuk meningkatkan resolusi dan torsi atau untuk meminimalkan inersia yang dipantulkan. Sebagian besar versi dapat dilengkapi dengan rem magnetik anti gagal. Selain itu, BesFoc menyediakan versi 24 VDC yang disebut seri ASC.
Kesimpulannya, motor stepper sangat cocok untuk aplikasi penentuan posisi. Mereka memungkinkan kontrol jarak dan kecepatan yang tepat hanya dengan memvariasikan jumlah dan frekuensi pulsa. Jumlah tiang yang tinggi memungkinkan akurasi, bahkan ketika beroperasi dalam mode loop terbuka. Jika ukurannya tepat untuk aplikasi tertentu, a motor stepper tidak akan ketinggalan langkah. Selain itu, karena tidak memerlukan umpan balik posisi, motor stepper adalah solusi hemat biaya.
