Skip to content Skip to sidebar Skip to footer
Home / Motor / Sensor dan Aktuator

Mengenal Motor Stepper : Pengertian, Cara Kerja dan Jenisnya

by David Sigalingging

Apa itu motor Stepper ? Motor stepper adalah salah satu jenis motor yang kini banyak digunakan. Misalnya saja pada printer 3D dan mesin CNC Engraving.

Jika diperhatikan, motor stepper memiliki beberapa berbedaan, terutama pada terminal inputnya. Jika biasanya motor DC hanya memiliki 2 input dan motor Servo punya 3 input, maka motor stepper memiliki 4 atau 5 input..

Pada artikel ini kita akan membahas tentang tentang pengertian motor DC, Konstruksi motor ini, Jenis-jenisnya, Cara kerja motor serta Aplikasi dan penerapannya.

Daftar isi


Pengertian Motor Stepper

Seperti namanya, motor Stepper adalah jenis motor yang putarannya berdasarkan langkah (step) diskrit. Input pada motor stepper berasal dari pulsa-pulsa digital, berdeda dengan motor DC konvensional yang bekerja berdasarkan komutasi pada komponen brush (sikat) nya.

Step yang mengendalikan  motor berasal dari konstruksi kumparan yang disusun menjadi beberapa kelompok yang disebut fase. Motor dapat berputar apabila diberikan energi pada fase secara berurutan. 

Motor Stepper mengubah sinyal-sinyal listrik menjadi gerakan mekanis diskrit. Motor Stepper bergerak dalam langkah (step) secara teratur. Anda dapat mengendalikan langkah pada motor mengunakan mikrokontroller maupun rangkaian digital.

Torsi dari motor Stepper tidak sebesar motor DC. Namun, motor jenis ini memiliki tingkat presisi yang tinggi dalam putarannya. Kecepatan gerak pada stepper dinyatakan dalam step per second atau jumlah step per detik. 

Konstruksi Motor Stepper

Pada dasarnya, motor stepper memiliki konstruksi yang sama dengan motor listrik pada umumnya, yaitu memiliki rotor dan stator. Perbedaanya adalah motor stepper tidak memiliki sikat karena putaran dilakukan dengan memberikan pulsa diskrit pada kumparan motor.

Konstruksi motor stepper (sumber : electricaltechnology.org)

Stator pada motor DC terbuat dari logam yang terdapat belitan di sekelilingnya. Belitan ini tidak dililitkan pada seluruh bagian stator, namun dibelitkan secara individual pada gigi stator, sehingga lebih mirip motor brushless.  Belitan inilah yang terhubung pada input dan diberikan pulsa digital. 

Sedangkan rotor pada stepper terbuat dari besi lunak atau dari batang magnet. Rotor akan merespon medan magnet pada belitan stator dan bergerak sesuai sudut stepnya. Motor Stepper dapat diatur posisinya tanpa mekanisme umpan balik (feedback).

Jenis Motor Stepper

Motor stepper memiliki beberapa gategori. Berdasarkan struktur rotor dan statornya, motor stepper terdiri atas 3 jenis umum yaitu :

1. Variable Reluctance (VR)

Stepper jenis ini merupakan jenis yang paling sederhana. Motor Stepper VR terdiri dari motor besi lunak dengan beberapa gerigi dan dikelilingi oleh belitan stator. 

Stator sendiri terdiri dari beberapa belitan yang terhubung langsung dengan inputnya. Belitan inilah yang menentukan sudut step pada motor.

Rotasi pada motor terjadi ketika gerigi rotor ditarik ke kutub stator akibat dari pulsa digital yang diberikan. Pulsa digital membawa daya listrik sehingga menimbulkan medan elektromagnetik pada kumparan stator. 

Stepper VR (sumber : motioncontroltips.com)

Magnet pada Stepper tipe VR lebih kecil dan ringan daripada jenis permanen magnet, sehingga dapat bergerak lebig cepat. Semakinkecil gap antara rotor dan gigi stator dari stepper VR, maka semakin kecil pula gaya magnetnya. 

2. Permanen Magnet (PM)

Stepper ini menggunakan magnet permanen pada rotornya dan bekerja pada atrikan atau tolakan antara rotor dan stator electromagnet. Tidak seperti tipe Variable Reluctance, tipe Permanen Magnet tidak memiliki gerigi pada rotornya. 

Sebagai gantinya, Stepper PM menggunakan magnet dengan alternating north dan kutub selatan dengan garis lurus yang sejajar dengan poros rotor. Kutub magnet pada rotor ini menghasilkan peningkatan intensitas fluks sehingga torsinya lebih tinggi dibandingkan stepper tipe VR.

Stepper PM (Sumber : linearmotiontips.com)


3. Stepper Hybrid 

Stepper Hybrid adalah gabungan dari dua jenis stepper diatas. Penggabungan jenis Variable Reluctance dan Permanen magnet bertujuan untuk memberikan daya maksimum dalam kemasan yang kecil.

Karena konstruksi yang digabungkan maka harga dari stepper Hybrid lebih malah dari dua jenis yang lain. Namun, Stepper ini memiliki kombinasi sifat terbaik dari keduanya.

Jenis Hybrid memberikan kinerja yang lebih baik dalam hal tingkat resolusi, torsi dan kecepatan. Rotor dari Stepper ini memiliki multi-gerigi seperti tipe VR dan berisi magnet konsentrik aksial disekitar porosya. 

Stepper Hybrid (sumber : motioncontroltips.com)

Stepper ini dapat menghasilkan sudut step yang tinggi, antara 3.6� hingga 0.9� per step. Artinya, diperlukan 100 hingga 400 langkah untuk setiap putaran penuh pada motor.

Berdasarkan sitem lilitan pada statornya,  stepper dibagi menjadi dua jenis utama yaitu :

1. Stepper Unipolar 

Stepper jenis ini terdiri dari dua lilitan yang memiliki cabang tengah atau center tap. Cabang tengah dari masing-masing lilitan terdapat bersatu ataupun terpisah, tergantung dari datasheet  motor. 

Biasanya yang dijumpai adalah stepper unipolar dengan cabang tengah yang disatukan sehingga terdapat 5 input.

Cabang tengah pada stepper ini dapat dihubungkan dengan ground atau ke VCC, tergantung dari spesifikasi pada datasheet motor dan driver yang digunakan .

2. Stepper Bipolar

Stepper bipolar tidak memiliki cabang tengah (center tap). Jenis ini memiliki kelebihan yakni torsi yang lebih besar apabila dibandingkan dengan unipolar dengan ukuran yang sama. 

Motor stepper bipolar hanya memiliki empat buah input. Namun demikian untuk mengontrol motor jenis ini lebih rumit dibandingkan motor jenis bipolar. 

Untuk mengontrol stepper bipolar,diperlukan sinyal  digital yang berubah-ubah dari positif ke negative dan sebaliknya pada setiap lilitannya. Hal ini bertujuan untuk menghasilkan fluktuasi magnetik yang berubah ubah sehingga rotor dapat berputar sesuai sudut stepnya. 

Cara Kerja Motor Stepper

Pada dasarnya, cara kerja  motor stepper berbeda beda, tergantung pada konstruksi rotor dan stator serta sistem lilitan pada statornya. Namun setiap stepper digerakkan oleh pulsa digital yang diubah setiap waktu. 

Kecepatan sinyal pulsa digital atau lebih tepatnya frekuensi sinyal mempengaruhi kecepatannya. Semakin cepat frekuensi sinyal, maka semakin cepat pula RPM pada stepper. 

Sinyal digital ini dapat pula digunakan untuk menentukan posisi pada motor stepper. Misalnya saja, stepper dengan sudut step 1.8� maka untuk satu putaran penuh diperlukan 200 step, sehingga untuk setengah putaran stepper memerlukan 100 step dan untuk satu setengah putaran diperlukan 300 step. Hal inilah yang mejadikan stepper banyak dipakai pada mesin printer 3D dan CNC Engraving. 

Sinyal digital yang diberikan pada rotor menghasilkan medan magnetik yang berinteraksi dengan rotor pada motor stepper. Hal ini menyebabkan motor bergerak dalam satu sudut stepnya, dan  bertahan sampai sinyal digital berikutnya. 

Metode Pengendalian Motor Stepper

Motor stepper mengubah sinyal elektronik menjadi gerakan mekanis setiap kali pulsa digital diberikan pada input. Setiap sinyal menggerakkan setiap step secara teratur. 

Seperti yang dijelaskan diatas, Apabila pada spesifikasi stepper tercantum sudut step 1.8� maka untuk satu putaran penuh diperlukan 360/1.8=200 step. 

Untuk menggerakkan setiap step pada stepper ada beberapa metode yang dapat dilakukan, diantaranya adalah :

1. Full step

Pada metode full step, motor beroperasi hanya dengan satu fase berenergi pada satu waktu. Pada metode full step belitan  yang aktif hanya satu. Namun, dapat pula mengaktifkan dua belitan untuk torsi yang lebih besar. 

Full step memberikan putaran motor yang lebih kasar dibandingkan dengan half step. Namun,  Metode ini  membutuhkan daya yang paling sedikit dari driver.  Contoh sinyal input pada full step dapat dilihat pada gambar dibawah

stepper full step digital input
Full Step digital input


2. Half step

Metode Half step menggunakan belitan ganda untuk pengoprasiannya. Metode ini adalah kombinasi dari satu fase dan dua fase pada metode full step. 

Sudut langkah yang dihasilkan akan lebih kecil, sehingga menghasilkan putaran yang lebih halus. Contoh sinyal input pada half step padat dilihat pada gambar dibawah 

stepper half step digital input
Half Step digital input

Kelebihan Motor Stepper

  • Sudut rotasi motor sebanding dengan pulsa input.
  • Variasi kecepatan rotasi dapat dilakukan karena kecepatan sebanding dengan frekuensi pulsa input.
  • Kontrol loop terbuka  membuat motor lebih sederhana dan lebih mudah dalam pengontrolan.
  • Motor memiliki full torsi standstill.
  • Respons yang sangat baik untuk start, stop dan reverse.
  • Sangat handal karena tidak ada brushes (sikat) kontak di motor. 
  • Dapat digunakan  untuk mencapai rotasi sinkron kecepatan rendah dengan beban yang langsung digabungkan ke poros motor.

Aplikasi dan Penerapan 

  • Peralatan 3D printing 
  • Roll Printing 
  • Konsol Gaming 
  • Aktuator robotik
  • Mesin CNC milling 
  • Mesin Welding 
  • Medical imaging 
  • Mesin Textile