�ݺ�ߣ

2
DEFINISI PENGGERAK (ACTUATOR)
• Penggerak, dalam pengertian listrik adalah setiap alat yang
mengubah sinyal listrik menjadi gerakan mekanis.
Jenis yang pokok dari penggerak adalah relai, solenoid dan motor.
•

Relay 3
• Relai adalah alat yang dioperasikan dengan listrik yang secara
mekanis mengontrol penghubungan rangkaian listrik.
Relai adalah bagian yang penting dari banyak sistem kontrol,
bermanfaat untuk kontrol jarak jauh dan untuk pengontrolan alat
tegangan dan arus tinggi dengan sinyal kontrol tegangan dan arus
rendah.
Ketika arus mengalir melalui elektromagnet pada relai kontrol
elektromekanis, medan magnet yang menarik lengan besi dari
jangkar pada inti terbentuk.
Akibatnya, kontak pada jangkar dan kerangka relai terhubung.
Relai dapat mempunyai kontak No atau kontak NC atau kombinasi
dari keduanya.
•
•
•
•

Relay 5
Relai pengendali
elektromekanis

Solenoid 6
• Solenoid adalah alat yang digunakan untuk mengubah sinyal listrik
atau arus listrik menjadi gerakan mekanis linear.
solenoid disusun dari kumparan dengan inti besi yang dapat
bergerak.
Apabila kumparan diberi tenaga, inti atau kadang-kadang disebut
jangkar, akan ditarik ke dalam kumparan.
Besarnya gaya tarikan atau dorongan yang dihasilkan solenoid
ditentukan dengan jumlah lilitan kawat tembaga dan besar arus
yang mengalir melalui kumparan.
•
•
•

MOTOR STEPPER 9
• Motor stepper mengubah pulsa listrik yang diberikan menjadi gerakan
rotor discret ( berlainan ) yang disebut step (langkah).
Satu derajat-per langkah motor memerlukan 360 pulsa untuk
menggerakkan melewati satu putaran.
Juga ada motor mikro step dengan ribuan langkah per putaran.
Dalam hal kecepatan, kecepatan motor stepper cukup cepat jika
dibandingkan dengan motor DC.
Motor stepper merupakan motor DC yang tidak memiliki komutator.
motor stepper hanya mempunyai kumparan pada statornya, bagian
rotornya merupakan permanen magnet.
Dengan model motor seperti ini maka motor stepper dapat diatur
posisinya pada posisi tertentu dan/atau berputar ke arah yang
diinginkan,
searah jarum jam atau sebaliknya.
•
•
•
•
•
•

Variabel Reluktansi Motor 10
• terdapat 3 buah lilitan yang pada ujungnya dijadikan satu pada
sebuah pin common.
• Untuk dapat
harus sesuai
menggerakkan
urutannya.
motor ini maka aktivasi tiap-tiap lilitan
Variabel Reluktance
Motor
• gambar struktur dari motor
stepnya adalah 300.
dengan variabel reluktansi dimana tiap
• Mempunyai 4 buah kutub pada rotor dan 6 buah kutub pada
statornya yang terletak saling berseberangan.

Variabel Reluktansi Motor 11
• Jika lilitan 1 dilewati oleh arus, lilitan 2 mati dan lilitan 3 juga mati maka
kumparan 1 akan menghasilkan gaya tolakan kepada rotor dan rotor akan
berputar sejauh 300 searah jarum jam sehingga kutub rotor dengan label Y sejajar
dengan kutub dengan label 2.
Jika kondisi seperti ini berulang terus menerus secara berurutan, lilitan 2
dilewati arus kemudian lilitan 3 maka motor akan berputar secara terus
menerus.
Maka agar dapat berputar sebanyak 21 step maka perlu diberikan data dengan
urutan
•
•
• ‘1’ diartikan bahwa lilitan yang bersangkutan dilewati arus sehingga
menghasilkan gaya tolak untuk rotor.
Sedangkan ‘0’ diartikan lilitan dalam kondisi off, tidak mendapatkan arus.
•

Unipolar Motor Stepper 12
• Motor stepper dengan tipe unipolar adalah motor stepper yang
mempunyai 2 buah lilitan yang masing-masing lilitan ditengah-
tengahnya diberikan sebuah tap
Unipolar Stepper Motor

• Motor ini mempunyai step tiap 300 dan mempunyai dua buah
liliatan yang didistribusikan berseberangan 1800 di antara kutub
pada stator.
Sedangkan pada rotonya menggunakan magnet permanen yang
berbentuk silinder dengan mempunyai 6 buah kutub, 3 kutub
selatan dan 3 buah kutub utara.
Sehingga dengan konstrusi seperti ini maka jika dibutuhkan ke
presisian dari motor stepper yang lebih tinggi dibutuhkan pula
kutub-kutub pada stator dan rotor yang semakin banyak pula.
motor tersebut akan bergerak setiap step sebesar 300 dengan
4 bit
urutan data (terdapat dua buah lilitan dengan tap, total lilitan
menjadi 4 lilitan).
•
•
•

• di rotor dapat sampai 1.80 untuk
Ketelitian dari magnet permanen
tiap stepnya.
• Ketika arus mengalir melalui tap tengah pada lilitan pertama akan
menyebabkan kutub pada stator bagian atas menjadi kutub utara
sedangkan kutub stator pada bagian bawah menjadi kutub selatan.
Kondisi akan menyebabkan rotor mendapat gaya tarik menuju
kutub-kutub ini.
Dan ketika arus yang melalui lilitan 1 dihentikan dan lilitan 2 diberi
arus maka rotor akan mengerak lagi menuju kutubkutub ini.
Sampai di sini rotor sudah berputar sampai 300 atau 1 step
•
•
•

Urutan Data Untuk Motor Stepper dengan Tipe Unipolar (torsi normal)
Urutan Data Motor Stepper Tipe Unipolar (torsi besar)

• Untuk meningkatkan torsi yang tidak terlalu besar maka dapat
digunakan urutan pemberian data.
Dimana terdapat dua buah lilitan yang di beri arus pada suatu
waktu.
Dengan pemberian urutan data seperti ini akan menghasilkan torsi
•
•
yang lebih besar dan tentunya
besar.
membutuhkan daya yang lebih
• Dengan urutan data baik akan menyebabkan motor berputar
sebanyak 24 step atau 4 putaran.

Bipolar Motor Stepper 17
• Motor dengan tipe bipolar ini mempunyai konstruksi yang hampir
sama
dengan motor stepper tipe unipolar namun tidak terdapat tap pada
lilitannya Bipolar Motor Stepper
• Penggunaan motor dengan tipe bipolar ini membutuhkan rangkaian
yang
sedikit lebih rumit untuk mengatur agar motor ini dapat berputar dalam
dua arah.
Biasanya untuk menggerakkan motor stepper jenis ini membutuhkan
sebuah driver motor yang sering dikenal sebagai H Bridge.
Rangkaian ini akan menontrol tiap-tiap lilitan secara independen
termasuk dengan polaritasnya untuk tiap-tiap lilitan.
•
•

Bipolar Motor Stepper 18
• Untuk mengontrol motor ini dapat berputar satu step maka perlu
diberikan arus untuk tiap-tiap lilitan dengan polaritas tertentu pula.
Urutan datanya dapat dilihat
•

Motor Stepper : Tipe dan Rangkaian Kontrol 19
• Rangkaian kontrol untuk setiap tipe motor stepper mempunyai
kemiripan yaitu dalam hal aktivasinya.
Namun yang paling membedakan adalah dalam hal urutan
pemberian data aktivasi setiap lilitan pada motor stepper.
Motor stepper merupakan motor listrik yang tidak mempunyai
komutator, di mana semua lilitannya merupakan bagian dari stator.
pada rotornya hanya merupakan magnet permanen.
Semua komutasi setiap lilitan harus di kontrol secara eksternal
sehingga motor stepper ini dapat dikontrol sehingga dapat
berhenti pada posisi yang diinginkan atau bahkan berputar ke arah
yang berlawanan.
•
•
•
•

Motor Stepper : Tipe dan Rangkaian Kontrol 20
• Rangkaian ini pada dasarnya hanya merupakan rangkaian switching arus yang mengaliri
lilitan pada motor stepper.
Urutan pemberian data pada motor stepper ini dapat mengontrol arah putaran dari
motor stepper ini.
Penambahan kecepatan pada motor stepper dapat dilakukan dengan cara meningkatkan
frekuensi pemberian data pada rangkaian switching arus.
Rangkaian kontrol ini nantinya terhubung langsung dengan lilitan pada motor,
rangkaian power supplai, dan rangkaian yang dikontrol secara digital yang pada
akhirnya menentukan kapan lilitan yang diinginkan dalam kondisi off atau on.
Selain hanya menggunakan transistor switching ar, saat ini sudah tersedia driver motor
yang memang diperuntukkan bagi motor stepper, yang lebih dikenal dengan H-Bridge.
Komponen ini biasanya digunakan pada motor stepper tipe bipolar, walaupun demikian
tidak menutup kemungkinan digunakan pada motor stepper tipe yang lain.
•
•
•
•
•

Rangkaian Driver Variabel Reluctance Motor 21
Kontrol Pada Varibel
Reluctance Motor Stepper
• terdapat sebuah 3 blok dimana masing-masing mengatur sebuah kumparan
motor stepper.
• Blok tersebut terdiri dari saklar arus yang dikontrol secara digital. Blok ini
berperan penting di dalam pengontrolan arus yang akan melewati
kumparan motor tertentu.
• Pengontrollan blok ini dapat dilakukan oleh sebuah rangkaian digital
sederhana atau bahkan sebuah komputer melalui printer port.
Dengan menggunakan komputer maka diperlukan perangkat lunak
yang
nantinya akan mengatur pemberian data dengan suatu urut-urutan
•

• Kumparan pada motor stepper mempunyai karakteristik yang sama dengan
karakteristik beban induktif lainnya.
Oleh sebab itu ketika terdapat arus yang melalui kumparan motor, tidak dapat
dimatikan dengan seketika tanpa menghasilkan tegangan transien yang sangat tinggi.
Kondisi ini biasanya nampak dengan timbulnya percikan bunga api (Ketika
menggunakan motor DC dengan daya yang besar).
Hal ini sangat tidak diinginkan karena dapat merusak saklar sehingga perlu
diberikan rangkaian tambahan untuk membatasi tegangan transien yang muncul
Sebaliknya ketika saklar tertutup maka terdapat arus yang mengalir ke kumparan motor
dan akan menghasilkan kenaikan tegangan secara perlahan.
Untuk membatasi tegangan spike yang muncul maka ada dua alternatif
penyelesaiannya yaitu dengan memparalel pada kumparan motor dengan dioda dan
alternatif yang kedua adalah dengan menggunakan kapasitor yang dipasang paralel
dengan kumparan motor stepper.
•
•
•
•
•

Spike Voltage Reducer
• Diode yang yang terpasang paralel tersebut harus mampu melewatkan
arus balik yang terjadi ketika saklar terbuka.
Dioda yang digunakan dapat berupa dioda yang umum dipakai seperti
1N4001 atau 1N4002.
Jika digunakan dioda yang mempunyai karakteristik ‘fast switch’ maka
perlu diberikan penambahan kapasitor yang dipasang secara paralel
pada
dioda.
•
•

• Pemasangan kapasitor paralel dengan kumparan motor dapat menyebabkan
spike yang ditimbulkan akan menyebabkan kapasitor tersebut charge sehingga
tegangan spike yang terjadi tidak akan keluar tetapi diredam oleh kapasitor ini.
Tetapi yang paling penting adalah kapasitor ini harus mampu menahan
surge current pada saat terjadi spike.
Surge current adalah arus tiba-tiba yang sangat besar yang muncul
bersamaan dengan tegangan spike.
Nilai kapasitor harus dipilih pada kondisi dimana nilai induktansi dari kumparan
motor stepper paling besar.
Inilah karakteristik motor stepper dengan tipe variabel reluctance dimana nilai
induktansinya berubah-ubah tergantung dari sudut putaran pada poros rotor.
Penambahan kapasitor sehingga tepat akan membentuk sebuah rangkaian
resonansi yang dapat menyebabkan peningkatan torsi pada motor dengan
tipe ini.
•
•
•
•
•

Rangkaian Driver Unipolar Permanent Magnet and
Hybrid Motor
25
• Rangkaian kontrol untuk mengendalikan motor stepper dengan tipe
unipolar ini hampira sama dengan rangkaian kontrol pada motor
tipe
variabel reluctance.
• Perbedaanya hanya pada struktur kumparan motornya saja.
Kontrol Pada Unipolar
Permanent Magnet Motor
• Walaupun demikian karena bebanya merupakan beban induktif
selalu ada tegangan spike yang muncul ketika saklar terbuka.
maka

Hybrid Motor
26
• perlu penambahan dioda yang terpasang paralel dengan kumparan
motor stepper
Spike Voltage Reducer untuk Unipolar Stepper Motor

Hybrid Motor
27
• Dua buah dioda tambahan diperlukan karena kumparan motor
bukanlah
kumparan yang independen tetapi sebuah kumparan yang mempunyai
tap di tengah-tengah kumparan seperti struktur pada autotransformer.
Ketika salah satu saklar dibuka maka tegangan spike muncul di kedua
ujung kumparan motor tersebut dan di clamp oleh dua buah dioda ke
supplay motor.
Tetapi jika salah satu ujung kumparan motor tersebut tidak floating
terhadap supplai motor maka tegangan spike ini akan lebih negatif
daripada referensi ground.
Jika saklar yang digunakan berupa relay, kondisi ini bukan menjadi
masalah.
Kondisi ini baru menjadi masalah ketika saklar yang digunakan adalah
•
•
•
•

Hybrid Motor
28
• Untuk membatasi level tegangan spike dapat pula digunakan
kapasitor yang terpasang
Pemberian Kapasitor Pembatas Tegangan Spike

Rangkaian Praktis Pengendali Motor Stepper 29
• Jika rangkaian kontrol yang mengendalikan rangakaian motor driver ini berupa
mikrokontroller atau komponen digital maka ada baiknya agar setiap port yang
mengontrol rangkaian driver motor stepper ini diberi buffer terlebih dahulu
agar tidak membebani port mikrokontroller yang digunakan.
pin control_0, control_1, control_2 dan control_3 ini dapat dikontrol secara
•
digital dengan menggunakan mikrokontroller dengan memberi komponen yang
berfungsi sebagai buffer
Rangkaian Sederhana Penggerak Motor Stepper

Aplikasi kran kontrol direksional

•
•
Ditampilkan satu bagian untuk mengontrol satu buah kumparan motor stepper.
Ada dua alternatif yaitu dengan menggunakan buffer terlebuh dahulu atau
menggunakan FET, yang mempunyai impedansi input yang sangat tinggi, sebagai
komponen saklarnya.
Tegangan Vmotor tidaklah harus selalu sama dengan tegangan VCC pada mikrokontroller.
Oleh sebab itu digunakan sebuah komponen buffer yang mempunyai output open
collector sehingga outputnya dapat di pull-up ke tegangan yang diinginkan.
Untuk dasar pemilihan transistornya adalah pada karakteristik IC (arus kolektor).
Transistor ini harus merupakan transistor power yang mampu melewatkan arus sesuai
dengan arus yang diperlukan oleh kumparan motor stepper ini.
Jika arus yang ditarik oleh kumparan motor stepper ternyata lebih besar daripada
kemampuan transistor maka transistor akan cepat panas dan dapat menyebabkan
rusaknya transistor tersebut.
•
•
•
•
•

• R pull-up sebesar 470 akan memberikan arus sebesar 10 mA ke basis transistor Q1. Jika
Q1 mempunyai gain sebesar 1000 maka arus yang dapat diliewatkan adalah sekitar
beberapa ampere, tergantung dari besar arus yang ditarik oleh kumparan motor
stepper tersebut.
Arus ini harus lebih kecil dari arus IC yang diperbolehkan.
Untuk komponen FET dapat digunakan komponen IRL540 yang dapat mengalirkan arus
sampai 20 A dan mampu menahan tegangan balik sampai 100V.
Hal ini disebabkan oleh karena FET ini mampu menyerap tegangan spike tanpa
perlindungan dioda.
Tetapi komponen ini memerlukan heat sink yang besar dan harus cukup baik dalam hal
penyerapan panasnya.
Ada baiknya jika digunakan kapasitor untuk menekan level tegangan spike yang
ditimbulkan dari transisi saklar dari on ke off.
Ukuran kerja dari stepper biasanya diberikan dalam jumlah langkah per putaran per
detik.
•
•
•
•
•
•

• Motor stepper biasanya kecepatan rendah dan torsi rendah mempunyai
gerakan posisi yang cermat.
operasi dasar dari motor stepper dc yang terdiri dari stator yang diberi
penguatan secara alektromagnetis dan rotor dengan magnet permanen.
kontrol
•
• Apabila polaritas kumparan penguat cocok untuk dibalik, rotor berputar pada
arah yang dipilih dengan satu langkah yang tepat pada posisi yang baru.
Jumlah langkah perputaran ditentukan dengan jumlah pasang kutub pada rotor
dan stater.
Jumlah kutub pada kedua belah pihak makin banyak langkah perputaran dari
rotor.
•
•

• Operasi motor stater sangat tergantung pada suplai daya yang
menggerakkannya.
Suplai daya membangkitkan pulsa, yang biasanya dimulai oleh komputermikro.
Komputer memulai sederetan pulsa untuk menggerakkan alat yang
dikendalikan pada posisi apapun yang dikehendaki.
Pada cara ini motor stepper mempunyai kontrol gerakan posisi yang cermat.
Dengan terus menghitung pulsa yang diberikan, komputer mengetahui secara
tepat dimana posisi motor itu. Oleh karena itu, tidak perlu menggunakan sinyal
umpan balik.
Sistem pengendali motor stepper terdiri dari motor stepper dan paket
penggerak yang berisi pengendali elektronis dan sulpai daya penggerak adalah
”interface” antara komputer dan motor stepper.
•
•
•
•
•

• Penggerak berisi logika untuk mengubah atau menerjemahkan informasi
menjadi putaran poros rotor.
Motor akan bergerak satu langkah untuk tiap pulsa yang diterima oleh
penggerak.
digital
•
• Komputer mempunyai jumlah pulsa yang diperlukan pada kecepatan tertentu
atau diprogramkan, yang diterjemahkan menjadi jarak dan kecepatan.
Jumlah langkah perputaran ditentukan dengan jumlah pasang kutub pada rotor
dan stator.
Ketika tegangan diberikan pada kumparan, rotor magnet permanen dari motor
stater mengangkat posisi bertahan tanpa bebannya.
•
•

• Ini berarti kutub magnet permanen dari rotor diluruskan sesuai dengan kutub
elektromgnetis dari stator.
Tegangan putaran maksimum yang dengannya motor dapat dibebani tanpa
menyebabkan putaran terus menerus, disebut tenaga putaran yang menahan
motor stepper.
Tenaga putaran dapat pula dirasakan pada motor yang tidak diberi penguatan.
•
•
• Hal ini disebabkan oleh kutub induksi magnet permanen pada stator.
Kontrol motor stepper

MOTOR DC TANPA SIKAT 37
• Seperti namanya, motor dc tanpa sikat tidak mempunyai sikat atau mekanis
komutasi.
• Sebagai penggantinya digunakan alat elektronis semi konduktor untuk
arus jangkar.
Kita dapat mengingat bahwa pada motor dc komutator dan sikat
mengubah arah arus pada kumparan jangkar sedemikian rupa
sehingga arah tenaga putaran selalu sama.
saklar
•
Motor dc Magnet Permanen

MOTOR DC TANPA SIKAT 38
• Magnet permanen dipasang pada bagian yang berputar dan kumparan
dipasang pada stator.
Tidak seperti pada motor dc dengan sikat, motor dc tanpa sikat tidak
dapat dijalankan dengan menghubungkannya dengan sumber dc.
Arus pada rangkaian stator harus ditarik pada posisi rotor yang
•
•
ditentukan sehingga pada kenyataannya motor dijalankan dengan
bolak – balik.
Kumparan medan stator diberi tenaga dengan berturutan untuk
menghasilkan medan magnet berputar.
arus
•
• Arus disuplai dengan encoder (penyandi) komutasi dalam merespon
sinyal dati optik atau sensor efek Hall.

Mengontrol / Mengatur Arah Putaran 39
• Mengatur arah putar dapat menggunakan saklar manual untuk
mengubah arah arus yang masuk ke motor DC.
• Menggunakan saklar mekanik sangat mudah tapi lambat, dan sulit atau
tidak mungkin dihubungkan dengan sebuah kontroler.
Kontrol arah putaran

�ݺ�ߣ

Pertemuan 17 Aktuator stepperrrrrrr.pptx

Recommended

More Related Content

Similar to Pertemuan 17 Aktuator stepperrrrrrr.pptx (20)

Pertemuan 17 Aktuator stepperrrrrrr.pptx