Pengetahuan Dasar Motor Otomasi Industri

Motor listrik terdiri dari rotor yang ditempatkan di dalam medan magnet yang berputar. Di bawah pengaruh medan magnet yang berputar ini, rotor memperoleh torsi rotasi, menyebabkannya berputar. Motor asinkron beroperasi pada rentang daya yang luas, dari beberapa watt hingga puluhan ribu kilowatt, menyediakan daya untuk berbagai peralatan mekanis dan peralatan rumah tangga.
Motor listrik (biasa disebut "motor") adalah perangkat elektromagnetik yang mengubah atau mentransmisikan energi listrik berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Fungsi utamanya adalah untuk menghasilkan torsi penggerak, berfungsi sebagai sumber tenaga untuk peralatan listrik atau berbagai peralatan mekanis.
Fungsi utama generator adalah mengubah energi listrik menjadi energi mekanik.

 

 

Motor listrik terutama terdiri dari belitan elektromagnet atau belitan stator terdistribusi untuk menghasilkan medan magnet, jangkar atau rotor yang berputar, dan aksesori lainnya. Di bawah pengaruh medan magnet berputar yang dihasilkan oleh belitan stator, arus mengalir melalui rangka aluminium sangkar tupai dinamo. Arus ini berinteraksi dengan medan magnet, menyebabkan jangkar berputar.

 

 

 

 

Stator (bagian stasioner) Inti stator: Komponen sirkuit magnetis motor, tempat belitan stator dipasang; Gulungan stator: Sirkuit listrik motor, yang melaluinya arus bolak-balik tiga-fasa mengalir untuk menghasilkan medan magnet berputar; Rangka: Mengamankan inti stator dan penutup ujung depan/belakang untuk menopang rotor, sekaligus memberikan perlindungan, pembuangan panas, dan fungsi lainnya;

 

Rotor (bagian yang berputar)
Inti rotor: Berfungsi sebagai bagian dari sirkuit magnetik motor dan menampung gulungan rotor di dalam slotnya;
Gulungan rotor: Memotong medan magnet berputar stator untuk menghasilkan gaya gerak listrik dan arus induksi, menghasilkan torsi elektromagnetik yang menggerakkan putaran motor;

【Animasi Prinsip Motorik】
Motor magnet permanen ▼

Motor DC ▼

Motor Magnetik Kuantum ▼

Motor induksi-fasa tunggal ▼

Prinsip Kerja Motor Stepper ▼

Keseimbangan Motor ▼

Prinsip Menghasilkan Arus Listrik ▼

Stator-tiga fase ▼

Motor listrik kecil ▼

Lintas Motor-Bagian ▼

Motor listrik ▼

Motor DC▼

Perbedaan Perbaikan Motor Variabel Frekuensi dan Motor Konvensional

Metode perbaikan motor frekuensi variabel pada dasarnya sama dengan metode perbaikan motor konvensional. Namun, karena karakteristik unik dari catu daya frekuensi variabel, persyaratan insulasi untuk belitan motor frekuensi variabel lebih ketat dibandingkan motor konvensional. Langkah-langkah berikut harus diambil untuk memperbaiki kondisi isolasi:

1. Pilih kabel elektromagnetik dengan ketahanan korona yang sangat baik untuk memenuhi persyaratan motor dalam menahan pulsa frekuensi tinggi-dan pengosongan sebagian.

Biasanya, kawat enamel komposit poliesterimida/poliamidaimida atau kawat elektromagnetik-tahan corona digunakan.

2. Teknik konstruksi penggulungan dan penyisipan slot.

Manajemen yang ketat sangat penting selama proses penggulungan, penyisipan slot, dan pengikatan untuk motor frekuensi variabel. Perhatian khusus harus diberikan untuk mencegah kerusakan konduktor selama pemasangan belitan dan slot. Penyisipan slot harus memastikan penempatan insulasi slot, insulasi fasa, dan insulasi lapisan-ke-lapisan yang tepat. Tahap insulasi sebaiknya menggunakan bahan yang mudah ditembus oleh pernis insulasi. Ujung kumparan harus diperkuat dengan pengikatan dan pengamanan untuk memastikannya membentuk satu kesatuan yang utuh.

Memperkuat isolasi di bagian bawah slot motor, antar fase, antar lapisan, dan pada putaran awal/akhir koil meningkatkan kekuatan dielektrik motor.

3. Insulasi utama harus menggunakan-isolasi bebas celah.

Celah udara dalam struktur isolasi motor frekuensi variabel adalah penyebab utama lucutan korona. Untuk memastikan tidak adanya celah udara di keseluruhan struktur insulasi, sesuai dengan standar nasional GB/TZ1707-2008 "Spesifikasi Insulasi untuk Motor Asinkron Tiga-Fasa untuk Kontrol Kecepatan Frekuensi Variabel", pernis impregnasi yang digunakan tidak boleh lebih rendah dari pernis bebas pelarut kelas F-dengan kandungan mudah menguap di bawah 10%, dan proses VPI harus dipekerjakan. Proses ini juga meningkatkan kekuatan mekanik keseluruhan struktur insulasi.

4. Pastikan kecocokan yang tepat antara inverter, kabel, dan motor, dan batasi panjang kabel antara motor dan sumber listrik.

Karena ketidaksesuaian impedansi pada saluran listrik, amplitudo tegangan lebih pada ujung motor meningkat seiring dengan panjang kabel antara inverter dan motor, yang dapat dengan mudah menyebabkan pelepasan sebagian. Oleh karena itu, berdasarkan karakteristik spesifik dari catu daya frekuensi variabel dan persyaratan aktual, panjang kabel penghubung harus diminimalkan sebanyak mungkin untuk mengurangi amplitudo tegangan lebih di ujung motor dan jumlah pelepasan sebagian, sehingga memperpanjang masa pakai motor. Kabel daya untuk motor frekuensi variabel umumnya menggunakan kabel khusus, disebut juga kabel frekuensi variabel konduktor simetris, yang merupakan seri 3P+3N/E. Artinya konfigurasi awal 3+1 membagi satu konduktor netral menjadi tiga konduktor terpisah.

Motor Stepper

 

Gambar 1.1 mengilustrasikan prinsip pengoperasian motor stepper dua-fasa, yang memiliki dua belitan. Ketika salah satu belitan diberi energi, kutub statornya menghasilkan medan magnet yang menarik rotor agar sejajar dengan kutub tersebut. Jika belitan diberi energi secara berurutan di bawah pulsa kendali-berputar melalui keadaan A`A→B`B→`AA→`BB-motor berputar searah jarum jam. Saat diberi energi dalam urutan A`A→`BB→`AA→B`B, motor berputar berlawanan arah jarum jam. Setiap pulsa kendali mengubah arah pemberian energi, menyebabkan motor bergerak satu langkah (90 derajat). Empat pulsa menyelesaikan satu putaran penuh. Frekuensi pulsa yang lebih tinggi menghasilkan putaran motor yang lebih cepat.
Torsi keluaran motor stepper sebanding dengan volume efektif motor, putaran kumparan, fluks magnet, dan arus. Oleh karena itu, volume efektif yang lebih besar, putaran kumparan yang lebih banyak, dan celah udara yang lebih kecil antara stator dan rotor menghasilkan torsi yang lebih besar, dan sebaliknya.

Gambar. 1 Diagram Skema Motor Stepper Dua-Fasa

Gambar. 2 Diagram Struktur Mekanisme Motor Stepper

Struktur motor stepper terdiri dari rotor (inti rotor, magnet permanen, poros, bantalan bola), stator (belitan, inti stator), serta penutup ujung depan dan belakang. Motor stepper hibrid dua-fasa yang paling umum dilengkapi stator dengan 8 gigi besar dan 40 gigi kecil, sedangkan rotor memiliki 50 gigi kecil. Stator motor tiga-fasa memiliki 9 gigi besar dan 45 gigi kecil, dengan rotor juga memiliki 50 gigi kecil.

Jumlah fasa motor stepper mengacu pada jumlah kelompok kumparan di dalam motor. Jenis yang umum digunakan meliputi motor stepper dua-fasa, tiga-fasa, empat-fasa, dan lima-fasa. Penghitungan fase yang berbeda menghasilkan sudut langkah yang berbeda: biasanya, motor dua-fasa memiliki sudut langkah 0,9 derajat /1,8 derajat , motor tiga-fasa memiliki 0,75 derajat /1,5 derajat , dan motor lima-fasa memiliki 0,36 derajat /0,72 derajat . Tanpa driver microstepping, pengguna terutama memilih motor stepper dengan jumlah fase berbeda untuk memenuhi spesifikasi sudut langkah yang diperlukan. Saat menggunakan driver microstepping, 'penghitungan fase' menjadi tidak relevan; pengguna cukup mengatur resolusi microstep pada driver untuk mengubah sudut langkah.

Baik itu motor stepper dua-fasa empat-kabel, empat-fasa lima-, atau empat-fasa enam-kabel, konstruksi internalnya tetap konsisten. Perbedaan antara konfigurasi empat-kabel, lima-kabel, atau enam-kabel bergantung pada apakah pasangan A dan ~A, atau pasangan B dan B~, berbagi koneksi terminal (COM) yang sama. Jika grup A dan B memiliki terminal COM khusus masing-masing, motornya terdiri dari enam{11}}kabel. Jika terminal umum untuk A dan B dihubungkan bersama, maka itu adalah lima{13}}kabel.

Oleh karena itu, untuk menentukan konfigurasi pengkabelan motor stepper, cukup pisahkan grup A dan B dan uji dengan multimeter.

Empat-kabel:Karena tidak ada kabel umum (COM) dalam konfigurasi empat-kabel, grup A dan B sepenuhnya terisolasi dan tidak-konduktif satu sama lain. Dengan demikian, jika diuji dengan multimeter, salah satu kelompok tidak menunjukkan kontinuitas.

Lima-kawat:Dalam konfigurasi lima{0}}kawat, terminal umum grup A dan B dihubungkan bersama. Saat menguji dengan multimeter, jika satu kabel menunjukkan nilai resistansi yang sama dengan kabel lainnya, maka kabel tersebut adalah terminal bersama. Untuk menggerakkan motor stepper lima-kawat, terminal umum dapat dibiarkan tidak terhubung dan motor akan tetap beroperasi.

Enam-kawat:Terminal umum grup A dan B tidak terhubung. Demikian pula dengan menggunakan multimeter untuk mengukur hambatan, jika satu kawat menunjukkan hambatan yang sama terhadap dua kabel lainnya, kawat tersebut adalah terminal com, dan dua kabel lainnya membentuk satu kelompok. Untuk menggerakkan motor stepper empat-fasa enam-kawat, motor juga dapat digerakkan tanpa menghubungkan dua terminal komunikasi umum.

Konsep Terkait Motor Stepper:

Jumlah Fase: Jumlah pasangan kumparan eksitasi yang menghasilkan pasangan kutub magnet N dan S yang berbeda. Biasa dilambangkan dengan m.

Jumlah pulsa:Jumlah pulsa atau keadaan konduktif yang diperlukan untuk menyelesaikan satu siklus medan magnet, dilambangkan dengan n. Atau, ini mengacu pada jumlah pulsa yang dibutuhkan motor untuk memutar satu sudut pitch. Misalnya, pada motor empat-fasa:

Sudut langkah:Perpindahan sudut rotor motor sesuai dengan satu sinyal pulsa, dilambangkan dengan θ. θ=360 derajat / (gigi rotor J × angka ketukan pengoperasian). Untuk motor dua- atau empat-fasa konvensional dengan 50 gigi rotor: Dalam operasi empat-fasa, sudut langkahnya adalah θ=360 derajat /(50*4)=1.8 derajat (biasa disebut langkah penuh). Dalam operasi delapan-fase, sudut langkahnya adalah θ=360 derajat /(50*8)=0.9 derajat (biasa disebut setengah langkah).

Memegang Torsi:Torsi penguncian yang melekat pada rotor motor saat tidak diberi energi (disebabkan oleh harmonik profil gigi medan magnet dan kesalahan mekanis).

Torsi Statis:Torsi penguncian pada poros motor ketika motor berada di bawah gaya listrik statis terukur tetapi tidak berputar. Torsi ini berfungsi sebagai standar untuk mengevaluasi ukuran motor (dimensi geometris) dan tidak bergantung pada tegangan penggerak atau catu daya.

Penggerak Motor Stepper:Menggerakan motor stepper pada dasarnya melibatkan penerapan pulsa kontinu secara bergantian ke grup A dan B motor, sehingga motor dapat beroperasi.

Langkah yang Terlewatkan:Jumlah langkah sebenarnya yang dilakukan selama pengoperasian motor tidak sesuai dengan jumlah langkah teoritis.

Contoh:Perbedaan Antara Motor Stepper Dua-Fasa dan Lima-Fasa

Motor stepper terutama diklasifikasikan berdasarkan jumlah fasenya, dengan motor stepper dua{0}}fase dan lima-fase yang paling banyak digunakan di pasar saat ini. Kebanyakan motor stepper dua-fasa dapat dibagi lagi menjadi maksimum 400 langkah yang sama per putaran, sedangkan motor lima-fasa dapat dibagi lagi menjadi 1000 langkah yang sama. Akibatnya, motor stepper lima-fasa menunjukkan karakteristik kinerja yang unggul, waktu akselerasi/deselerasi yang lebih singkat, dan inersia dinamis yang lebih rendah.

Perbandingan Perbedaan Antara Motor Stepper Dua-Fasa dan Lima-Fasa:

1. Perbedaan Akurasi Pengendalian

Motor stepper hibrid dua-fasa biasanya memiliki sudut langkah 3,6 derajat atau 1,8 derajat, sedangkan motor stepper hibrid lima-fasa umumnya memiliki sudut langkah 0,72 derajat atau 0,36 derajat. Beberapa motor stepper-berperforma tinggi menawarkan sudut langkah yang lebih kecil. Misalnya, motor stepper yang diproduksi oleh Sitong Company untuk mesin pemotong kawat lambat memiliki sudut langkah 0,09 derajat. Motor stepper hibrid tiga-fasa yang diproduksi oleh Berger Lahr dari Jerman dapat diatur sudut langkahnya melalui sakelar DIP ke 1,8 derajat, 0,9 derajat, 0,72 derajat, 0,36 derajat, 0,18 derajat, 0,09 derajat, 0,072 derajat, atau 0,036 derajat, sehingga menawarkan kompatibilitas dengan dua-fasa dan hibrida lima-fase sudut langkah motor stepper.

Akurasi kontrol motor servo AC dijamin oleh encoder putar. Mengambil contoh motor servo AC digital penuh Panasonic, untuk motor yang dilengkapi dengan encoder standar 2500 baris, setara pulsa adalah 360 derajat/10000=0.036 derajat karena teknologi konversi frekuensi kuadratur yang diterapkan secara internal di driver. Untuk motor yang dilengkapi encoder 17-bit, penggerak menerima 2¹⁷=131,072 pulsa per putaran, menghasilkan resolusi pulsa 360 derajat / 131,072 pulsa=0.002746 derajat per pulsa.

2. Karakteristik-Frekuensi Rendah yang Berbeda

Motor stepper rentan terhadap-getaran frekuensi rendah pada kecepatan lambat. Frekuensi getaran bergantung pada kondisi beban dan kinerja pengemudi, umumnya dianggap setengah dari frekuensi start tanpa beban motor. Getaran-frekuensi rendah ini, yang melekat pada prinsip pengoperasian motor stepper, sangat merugikan pengoperasian mesin normal. Saat motor stepper beroperasi pada kecepatan rendah, teknik redaman harus digunakan untuk mengurangi getaran frekuensi rendah, seperti menambahkan peredam pada motor atau menggunakan teknologi microstepping pada driver.

Motor servo AC beroperasi dengan sangat lancar, tidak menunjukkan getaran bahkan pada kecepatan rendah. Sistem servo AC menggabungkan kemampuan penekanan resonansi untuk mengkompensasi kekurangan kekakuan mekanis. Selain itu, fungsi analisis frekuensi internal (FFT) sistem mendeteksi titik resonansi mekanis, sehingga memfasilitasi penyetelan sistem.

3. Karakteristik Frekuensi-Torsi yang Berbeda

Motor stepper menunjukkan penurunan torsi keluaran seiring bertambahnya kecepatan, mengalami penurunan tajam pada kecepatan lebih tinggi. Akibatnya, kecepatan pengoperasian maksimumnya biasanya dibatasi pada 300–600 RPM. Motor servo AC menghasilkan keluaran torsi yang konstan, mempertahankan torsi terukur dalam rentang kecepatan terukurnya (umumnya 2000 atau 3000 RPM). Di atas kecepatan terukur, mereka beralih ke keluaran daya konstan.

4. Kemampuan kelebihan beban yang berbeda

Motor stepper umumnya tidak memiliki kemampuan beban berlebih. Motor servo AC memiliki kemampuan beban berlebih yang kuat. Mengambil contoh sistem servo AC Panasonic, ia memiliki fitur kelebihan kecepatan dan kemampuan kelebihan torsi. Torsi maksimumnya mencapai tiga kali lipat torsi terukur, memungkinkannya mengatasi torsi inersia beban inersia selama penyalaan. Motor stepper tidak memiliki kemampuan beban berlebih ini. Untuk mengatasi torsi inersia saat startup, motor torsi yang lebih besar sering dipilih saat spesifikasi. Namun, torsi tinggi seperti itu tidak diperlukan selama pengoperasian normal, sehingga menghasilkan torsi yang terbuang.

5. Kinerja Operasional yang Berbeda

Motor stepper menggunakan kontrol-loop terbuka. Frekuensi start yang terlalu tinggi atau beban yang berlebihan dapat menyebabkan hilangnya langkah atau terhentinya langkah. Kecepatan yang terlalu tinggi saat berhenti dapat menyebabkan overshoot. Oleh karena itu, untuk menjamin keakuratan pengendalian, akselerasi dan deselerasi harus dikelola dengan baik. Sistem penggerak servo AC menggunakan kontrol loop tertutup. Pengemudi secara langsung mengambil sampel sinyal umpan balik dari encoder motor, membentuk loop posisi dan kecepatan internal. Desain ini umumnya menghindari masalah step loss atau overshoot yang umum terjadi pada motor stepper, sehingga menghasilkan kinerja kontrol yang lebih andal.

6. Performa Respon Kecepatan Berbeda

Motor stepper memerlukan 200–400 milidetik untuk berakselerasi dari kecepatan diam hingga kecepatan operasi (biasanya beberapa ratus RPM). Sistem servo AC menunjukkan kinerja akselerasi yang unggul. Misalnya, motor servo AC Panasonic MSMA 400W berakselerasi dari keadaan diam ke kecepatan terukur 3000 RPM hanya dalam beberapa milidetik, sehingga cocok untuk aplikasi yang memerlukan kontrol start-berhenti cepat.

Singkatnya, sistem servo AC mengungguli motor stepper dalam berbagai aspek kinerja. Namun, motor stepper masih umum digunakan sebagai aktuator dalam aplikasi yang tidak terlalu menuntut. Oleh karena itu, selama desain sistem kendali, faktor-faktor seperti persyaratan kendali dan biaya harus dievaluasi secara komprehensif untuk memilih motor yang sesuai.