BAB II TEORI MOTOR LANGKAH II. Dasar-Dasar Motor Lagkah Motor lagkah adalah peralata elektromagetik yag megubah pulsa digital mejadi perputara mekais. Rotor pada motor lagkah berputar dega perubaha yag diskrit ketika pulsa elektroik diberika pada motor tersebut. Keepata perputara motor sagat berhubuga dega frekuesi pulsa iput da waktu rotasi berhubuga dega bayakya pulsa iput yag diberika. Motor lagkah bayak sekali diaplikasika baik pada kehidupa sehari-hari maupu dalam duia peridustria, karea motor lagkah memiliki kelebiha-kelebiha, atara lai :. perputara sudut motor sebadig dega pulsa iput;. akurasi 3-5% pada setiap lagkahya (da tidak terakumulasi dari satu lagkah ke lagkah laiya) membuat motor lagkah memiliki pegatura posisi yag presisi da pergeraka yag dapat dilakuka berulag-ulag; 3. respo mulai, berheti, da berbalik arah yag sagat baik; 4. tidak terdapat kotak dega sikat pada motor; 5. motor bereaksi kepada pulsa iput digital, sehigga kedaliya adalah lup terbuka. Tidak diperluka umpa balik utuk megetahui posisi yag dihasilka motor lagkah. Oleh karea itu, lagkah motor lebih sederhaa da lebih murah utuk dikedalika; 6. dapat meapai keepata putar yag sagat redah; 7. keepata perputara motor dapat diatur karea sebadig dega frekuesi pulsa iput. [7] Aka tetapi, motor lagkah juga memiliki kekuraga, yaitu :. resoasi dapat terjadi apabila motor tidak dikedalika dega bear;. tidak mudah dioperasika pada keepata tiggi. [7]
II.. Jeis-Jeis Motor Lagkah Pada dasarya, terdapat 3 jeis motor lagkah, yaitu :. Reluktasi Variabel (RV) Motor lagkah jeis ii telah ada utuk waktu yag lama. Gambar. meujukka peampag motor lagkah jeis RV. Motor jeis ii terdiri dari rotor berupa besi luak yag memiliki bayak gigi da stator yag diberi kumpara. Gambar. Motor lagkah jeis reluktasi variabel. Maget Permae (MP) Motor lagkah MP merupaka motor yag murah dega resolusi yag redah, yaitu 7,5 0 sampai 5 0 (48-4 lagkah/putara). Sesuai dega amaya, motor MP memiliki maget permae yag dimasukka pada struktur motor. Rotor tidak memiliki gigi seperti pada RV. Rotor dimagetisasi dega kutub utara da selata yag berubah-ubah. Kelebiha MP dibadigka RV adalah bahwa MP meghasilka torka yag lebih tiggi. Gambar motor lagkah maget permae dapat dilihat pada Gambar.. 5
Gambar. Motor lagkah jeis Maget Permae 3. Hibrid (HB) Motor lagkah HB lebih mahal daripada MP tetapi memiliki kierja yag lebih baik dari resolusi, torka, da keepata. Lagkah motor HB memiliki resolusi atara 3,6 0 sampai 0,9 0 (00-400 lagkah/putara). Motor ii disebut hibrid karea meggabugka kelebiha-kelebiha dari motor lagkah jeis RV da MP. Rotor memiliki bayak gigi da memiliki maget kosetrik disekeliligya. Gambar.3 meujukka gambar motor lagkah jeis hibrid. [] Gambar.3 Motor lagkah jeis hibrid 6
II.. Uipolar Da Bipolar Motor lagkah juga dapat dibedaka mejadi motor lagkah uipolar da motor lagkah bipolar. Motor lagkah bipolar da uipolar haya berbeda pada kumparaya. Motor lagkah uipolar memiliki eter tap pada setiap kumparaya, seperti terlihat pada Gambar.4. Motor bipolar memerluka arus melewati kumpara berasal dari dua arah. Sedagka eter tap pada motor lagkah uipolar membuat motor haya memerluka arus megalir dari satu arah. Motor lagkah uipolar dapat diguaka sebagai motor bipolar dega melepaska eter tap. Gambar.4 Motor lagkah a)uipolar b)bipolar II..3 Jeis-Jeis Pergeraka Motor Lagkah Pada artikel Idustrial Ciruits Appliatio Note : Stepper Motor Basis [7], jeisjeis pergeraka motor lagkah yag palig umum adalah :. Geraka Gelombag ( fasa berfugsi) Pada geraka gelombag, haya satu kumpara yag diberi arus. Stator medapat eergi berdasarka uruta A B A B da rotor berputar dari posisi 8 4 6. Utuk motor uipolar da bipolar dega parameter 7
kumpara yag sama, jeis perputara ii aka meghasilka perputara mekaik yag sama. Kerugia megguaka jeis perputara ii adalah haya 5% kumpara pada motor uipolar da 50% kumpara pada motor bipolar yag diguaka, sehigga tidak diperoleh torka yag maksimum.. Geraka Lagkah Peuh ( fasa berfugsi) Pada geraka lagkah peuh, arus diberika pada kedua fasa setiap waktuya. Stator medapat eergi berdasarka uruta AB A B A B A B da rotor berputar dari posisi 3 5 7. Pada jeis ii, torka keluara dari kumpara uipolar lebih redah daripada motor bipolar dega parameter yag sama karea motor uipolar haya megguaka 50% dari seluruh kumparaya sedagka motor bipolar megguaka seluruh kumparaya. 3. Geraka Lagkah Setegah ( da fasa berfugsi) Geraka lagkah setegah meggabugka geraka gelombag da geraka lagkah peuh. Setiap lagkah yag kedua haya fasa yag diberi arus, da pada lagkah yag lai, fasa diberi arus. Stator medapat eergi berdasarka uruta AB B A B A A B B A B A da rotor berputar dari posisi 3 4 5 6 7 8. Setegah lagkah ii dapat meguragi feomea yag disebut resoasi yag dapat terjadi pada jeis-jeis perputara sebelumya. 4. Lagkah mikro Pada geraka lagkah mikro, arus pada kumpara selalu berubah sehigga dapat membagi satu lagkah peuh mejadi lagkah-lagkah diskrit yag lebih keil. Geraka Geraka Geraka Lagkah Setegah Fasa Gelombag Lagkah Peuh 3 4 3 4 3 4 5 6 7 8 A x x x x x x B x x x x x x A x x x x x x B x x x x x x Tabel. Uruta eksitasi pada berbagai jeis pergeraka motor lagkah 8
II. Kedali Keepata Motor Lagkah Seperti telah disebutka sebelumya, salah satu keutuga motor lagkah adalah bahwa keepataya dapat diatur. Aka tetapi, motor lagkah tidak dapat lagsug diberika keepata yag tiggi, karea dapat merusak motor. Diperluka perepata utuk meapai keepata akhir yag diigika. Sebuah algoritma utuk perepata lagkah motor membuat keepata dapat diukur da dihitug seara yata-waktu. Algoritma ii dapat dijalaka pada mikrokotroler dega megguaka operasi aritmatika yag mudah da tidak megguaka tabel data, yag meghasilka pedekata yag akurat utuk keepata berbetuk tajaka dega perepata da perlambata tetap. Algoritma ii dikembagka oleh David Austi pada tahu 004 []. Algoritma ii didasarka pada fakta bahwa keepata motor lagkah dapat diatur dega megubah frekuesi masuka ke motor lagkah. Oleh karea itulah, keepata dapat berubah-ubah sejala dega berubahya frekuesi masuka. Frekuesi ii sediri dapat dihasilka oleh mikrokotroler, yag besarya dapat diatur dega megubah-ubah ilai hitug. Gambar.5 Grafik ω-t pada a) keepata tetap b) keepata ramp 9
II.. Peghituga Nilai Hitug Dega Pedekata Deret Taylor Sesuai dega artikel oleh David Austi yag berjudul Geerate stepper-motor speed profiles i real time [], ilai tuda yag diberika oleh ilai hitug adalah δ t =. t = (.) f dega δt adalah ilai tuda yag dihasilka oleh oleh ilai hitug [detik] adalah ilai hitug t adalah perioda lok mikrokotroler [detik] f adalah frekuesi lok mikrokotroler [Hz] Pada keepata yag tetap, ilai hitug aka selalu sama. Aka tetapi, utuk membuat keepata berubah sesuai dega betuk tajaka, ilai hitug harus dihitug. Nilai hitug yag pertama da ilai hitug selajutya diberika dega persamaa sebagai berikut. α 0 = f (.) ( + ) = 0. (.3) dega o adalah ilai hitug yag pertama α adalah sudut perputara motor per lagkah [rad/lagkah] ω& adalah perepata yag diigika [rad/s ] adalah ilai hitug pada lagkah ke- adalah lagkah motor sehigga rasio ilai hitug lagkah ke- dega lagkah sebelumya adalah 0. =. 0 ( + ) ( ) + = (.4) 0
Kemampua berhitug dari mikrokotroler terbatas, da meghitug dua akar aka meghabiska waktu, sehigga pedekata yag meghasilka peghituga yag lebih mudah sagat diperluka. Permasalaha ii dapat diselesaika dega megguaka deret Taylor yaitu ± = ± + O 3. 8. ilai hitug pada lagkah ke- dapat disederhaaka mejadi 4. = 4. + (.5) (.6) Persamaa (.6) dapat dibetuk mejadi persamaa rekursif sebagai berikut. = (.7) 4. + Lagkah ke- Eksak Pedekata Galat relatif 0.44 0.6000 0.4485 0.7673 0.7778 0.036 3 0.8430 0.846 0.00370 4 0.880 0.884 0.005 5 0.904 0.9048 7.66E-4 6 0.996 0.900 4.4E-4 0 0.95 0.95 9.4E-5 00 0.9950 0.9950 9.38E-8,000 0.9995 0.9995 9.37E- Tabel. Perbadiga akurasi ilai tuda dega pedekata da eksak Perbadiga hasil dega persamaa eksak (.4) da persamaa pedekata (.6) dapat dilihat pada Tabel.. Dari tabel dapat disimpulka bahwa dega peghituga yag lebih sederhaa da epat diperolah hasil yag sama, keuali pada =, dimaa terdapat galat sebesar 0,44. Cara utuk megkompesasi galat ii
adalah dega megalika 0 dega tetapa sebesar 0,676, sehigga persamaa (.) mejadi. α 0 = 0,676. f. (.8) II.. Perubaha Nilai Perepata Apabila saat motor bergerak terjadi perubaha perepata (misal : dari perepata berubah ke perlambata), maka ilai yag baru harus dihitug. Peghitugapeghituga di bawah ii didasarka pada artikel dari Atmel dega judul AVR446 : Liear speed otrol of stepper motor [3]. Waktu yag dibutuhka utuk melakuka lagkah dega perepata ω& adalah.. α t = (.9a) yag juga dapat dituliska mejadi. t = (.9b). α Oleh karea hubuga atara keepata, perepata, da waktu adalah ω t = (.0) maka persamaa (.9b) dapat digabugka dega persamaa (.0) sehigga mejadi ω. = (.). α Persamaa di atas meujukka bahwa jumlah lagkah yag dibutuhka utuk meghasilka keepata yag diigika berbadig terbalik dega perepata, atau dega kata lai :. & = (.) ω.
Artiya, megubah perepata dapat dilakuka dega megubah. Hal ii dapat dilihat pada Gambar.6. Gambar.6 Hubuga atara perubaha keepata dega perubaha ilai Dega memodifikasi persamaa (.), ilai dapat ditetuka sebagai ( + )& (& ω + ) ω = (.3) II..3 Profil Keepata Utuk megedalika motor lagkah, diperluka empat parameter utuk mejelaska profil keepata, yaitu jumlah lagkah, perepata, perlambata, da keepata maksimum dari motor lagkah. [3] Keepata dimulai dari ol da diperepat ke keepata yag diigika. Keepata ii dijaga tetap sampai perlambata dimulai. Akhirya motor melambat sehigga kembali ke keepata ol pada jumlah lagkah tertetu. Keepata yag berubahubah seperti ii disebut profil keepata, yag ditujukka pada Gambar.7. 3
Gambar.7 Cotoh profil keepata Berdasarka artikel AVR446 : Liear speed otrol of stepper motor [3], terdapat dua kemugkia profil keepata. Kedua profil tersebut dapat dilihat pada Gambar.8 di bawah ii. Gambar.8 Dua profil keepata a) profil keepata b) profil keepata Sebelum membahas kedua profil tersebut, perhatika terlebih dahulu maks da. maks adalah jumlah lagkah yag dibutuhka utuk memperepat motor lagkah ke keepata maksimum. Nilai maks ii dapat dihitug dega megguaka persamaa (.) sehigga ω maks = (.4). α. 4
Sedagka adalah jumlah lagkah sebelum perlambata dimulai (dega megabaika keepata maksimum). Nilai didapat melalui persamaa (.3) yaitu. = tot (.5) & + ω Berdasarka letak maks da, terdapat dua profil keepata, yaitu :. Profil keepata Profil keepata ii terjadi apabila perlambata dimulai sebelum keepata maksimum terapai (Gambar.8a), atau dega kata lai apabila maks >. Pada profil ii, ilai adalah : tot = (.6). Profil keepata Profil keepata ii terjadi apabila perepata berlajut sampai keepata maksimum terapai (Gambar.8b), atau dega kata lai apabila maks <. Pada profil ii, perepata aka dibatasi dega terapaiya keepata maksimum. Perlambata mejadi tergatug pada maks, sehigga utuk profil keepata ii adalah. = maks (.7) 5