Variabel Reluktansi Motor Stepper

Prinsip Variabel Reluktansi Motor Stepper didasarkan pada sifat garis fluks yang menangkap jalur reluktansi rendah. Stator dan rotor motor disejajarkan sedemikian rupa sehingga reluktansi magnetik minimum.

Ada dua jenis Variabel Reluktansi Motor Stepper. Mereka adalah sebagai berikut:

• Variabel Reluktansi Motor Stepper Single Stack
• Variabel Reluktansi Motor Stepper Multi Stack

Motor stepper reluktansi variabel single stack memiliki stator kutub yang menonjol. Stator memiliki belitan terkonsentrasi yang ditempatkan di atas kutub stator. Jumlah fasa stator tergantung pada koneksi kumparan stator. Ada tiga atau empat gulungan. Rotor terbuat dari bahan feromagnetik dan tidak membawa belitan.

Stator dan rotor terbuat dari bahan magnetik berkualitas tinggi yang memiliki permeabilitas sangat tinggi. Oleh karena itu, diperlukan arus eksitasi yang sangat kecil. Ketika sumber DC diterapkan ke fase stator dengan bantuan sakelar semikonduktor, medan magnet dihasilkan. Sumbu rotor sejajar dengan sumbu stator.

Motor stepper reluktansi variabel Multi Stack atau m stack terdiri dari m motor reluktansi variabel tumpukan tunggal yang identik. Rotor dipasang pada poros tunggal. Stator dan rotor motor Multi Stack Variable memiliki jumlah kutub yang sama dan karenanya, pitch kutub yang sama.

Semua kutub stator disejajarkan dalam motor Multi-Stack. Tetapi kutub-kutub rotor dipindahkan sebesar 1/m sudut pitch kutub satu sama lain. Gulungan stator dari setiap tumpukan membentuk satu fase karena belitan kutub stator dieksitasi secara bersamaan. Dengan demikian, jumlah fase dan jumlah tumpukan adalah sama.

Perhatikan tampilan penampang motor tiga tumpuk yang sejajar dengan poros ditunjukkan di bawah ini:

Ada 12 kutub stator dan rotor di setiap tumpukan. Pitch kutub untuk rotor 12 kutub adalah 30, dan sudut langkah atau gigi kutub rotor dipindahkan 10 derajat dari satu sama lain. Perhitungannya ditunjukkan di bawah ini:

Misalkan Nr adalah jumlah gigi rotor dan m adalah jumlah tumpukan atau fase.

Oleh karena itu, pitch gigi diwakili oleh persamaan yang ditunjukkan di bawah ini:

Karena pada stator dan rotor terdapat 12 kutub, maka nilai Nr = 12. Sekarang, dengan memasukkan nilai Nr ke dalam persamaan (1) kita peroleh,

Nilai m = 3. Oleh karena itu, sudut langkah akan dihitung dengan memasukkan nilai m dalam persamaan (2)

Ketika belitan fasa A dieksitasi, gigi rotor dari tumpukan A sejajar dengan gigi stator seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini:

Ketika fasa A dihilangkan energinya, dan fasa B dieksitasi, gigi-gigi rotor dari tumpukan B disejajarkan dengan gigi-gigi stator. Gerakan rotor sekitar 10 derajat berlawanan arah jarum jam. Motor bergerak satu langkah yang sama dengan ½ pitch kutub karena perubahan eksitasi dari tumpukan A ke tumpukan B. Gambar di bawah menunjukkan posisi gigi stator dan rotor saat fasa B dieksitasi.

Demikian pula, sekarang fase B dihilangkan energinya, dan fase C tereksitasi. Rotor bergerak satu langkah lagi 1/3 dari pitch kutub ke arah berlawanan arah jarum jam. Sekali lagi, perubahan lain dalam eksitasi rotor terjadi, dan gigi stator dan rotor menyelaraskannya dengan tumpukan A. Namun, selama seluruh proses ini (A – B – C – A ) rotor telah memindahkan satu pitch gigi rotor.

Multi Stack Variable Reluctance Stepper Motors banyak digunakan untuk mendapatkan sudut langkah yang lebih kecil dalam kisaran 2 hingga 15 derajat. Kedua motor Variable reluctance tipe Single Stack dan Multi Stack memiliki rasio torsi terhadap inersia yang tinggi.

Motor stepper reluktansi variabel tumpukan tunggal atau empat fasa atau (4/2 kutub) ditunjukkan di bawah ini. Di sini, (4/2 kutub) berarti stator memiliki empat kutub dan rotor memiliki dua kutub.

Empat fasa A, B, C, dan D dihubungkan ke sumber DC dengan bantuan semikonduktor, masing-masing sakelar SA, SB, SC, dan SD, seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas. Gulungan fasa stator diberi energi dalam urutan A, B, C, D, A. Rotor sejajar dengan sumbu fasa A saat belitan A diberi energi. Rotor stabil dalam posisi ini dan tidak dapat bergerak sampai fasa A dihilangkan energinya.

Sekarang, fasa B tereksitasi dan fasa A terputus. Rotor bergerak 90 derajat searah jarum jam untuk menyelaraskan dengan bidang celah udara yang dihasilkan yang terletak di sepanjang sumbu fasa B. Demikian pula fasa C diberi energi, dan fasa B terputus, dan rotor bergerak lagi 90 derajat untuk menyelaraskan diri. dengan sumbu fasa.

Jadi, sebagai Fasa tereksitasi dalam urutan sebagai A, B, C, D, A, rotor bergerak 90 derajat pada setiap langkah transisi searah jarum jam. Rotor menyelesaikan satu putaran dalam 4 langkah. Arah putaran tergantung pada urutan perpindahan fase dan tidak tergantung pada arah arus yang mengalir melalui fasa. Dengan demikian, arah dapat dibalik dengan mengubah urutan fase seperti A, D, C, B, A.

Besarnya sudut langkah motor reluktansi variabel diberikan sebagai:

Di mana,

• α adalah sudut langkah
• ms adalah jumlah fasa stator
• Nr adalah jumlah gigi rotor

Sudut langkah dinyatakan seperti yang ditunjukkan di bawah ini:

Dimana, NS adalah kutub stator

Sudut langkah dapat dikurangi dari 90 derajat menjadi 45 derajat searah jarum jam dengan menarik fasa dalam urutan A, A+B, B, B+C, C, C+ D, D, D+A, A.

Demikian pula, jika urutan dibalik sebagai A, A+D, D, D+C, C, C+B, B, B+A, A, rotor berputar pada sudut langkah 45 derajat berlawanan arah jarum jam.

Di sini, (A+B) berarti bahwa belitan fasa A dan B keduanya diberi energi bersama-sama. Medan resultan berada di tengah-tengah antara kedua kutub. yaitu membuat sudut 45 derajat dengan sumbu kutub searah jarum jam. Metode pemindahan eksitasi dari satu fasa ke fasa lain ini dikenal sebagai Microstepping. Dengan menggunakan Motor Stepper, dapat diperoleh nilai sudut langkah yang lebih rendah dengan jumlah kutub pada stator.

Pertimbangkan motor reluktansi variabel tumpukan tunggal 4 fasa, (8/6 kutub) yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini:

Kutub yang berlawanan dihubungkan secara seri membentuk 4 fasa. Rotor memiliki 6 kutub. Di sini kami hanya mempertimbangkan fasa A untuk membuat koneksi menjadi sederhana. Ketika kumparan AA’ dieksitasi, gigi rotor 1 dan 4 sejajar sepanjang sumbu belitan fasa A. Dengan demikian, rotor menempati posisi seperti yang ditunjukkan pada gambar (a) di atas.

Sekarang, fasa A dihilangkan energinya, dan belitan fasa B diberi energi. Gigi rotor 3 dan 6 sejajar sepanjang sumbu fasa B. Rotor bergerak selangkah dari sudut fasa 15 derajat searah jarum jam. Selanjutnya, fasa B dihilangkan energinya, dan belitan C tereksitasi. Rotor bergerak lagi dengan sudut fasa 15⁰.

Urutan A, B, C, D, A diikuti, dan empat langkah putaran diselesaikan, dan rotor bergerak 60 derajat searah jarum jam. Untuk satu putaran penuh rotor diperlukan 24 langkah. Dengan demikian, setiap sudut langkah yang diinginkan dapat diperoleh dengan memilih kombinasi yang berbeda dari jumlah gigi rotor dan kumparan penarik stator.