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.
Sumber Gambar : Grant, 2005
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, yaitu
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
Sumber gambar : Kilian, 2000
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.
Sumber gambar : Kilian, 2000
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
Sumber : SGS-Thomson Microelectronics, 1995
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
Sumber : SGS-Thomson Microelectronics, 1995
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
Sumber : SGS-Thomson Microelectronics, 1995
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
Sumber gambar : Kilian, 2000
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 |