Seperti yang kita ketahui bersama bahwa dalam era digital ini motor pembakaran dalam sudah mulai ditinggalkan dan kita mulai beralih ke motor listrik. Sampai saat ini, ada banyak sekali jenis motor listrik yang tersedia di pasaran dengan dua jenis utama, yaitu: motor listrik AC dan motor listrik DC. Sebagian motor listrik AC mempunyai ukuran lebih besar dari motor listrik DC hanya saja motor AC ini lebih susah dikontrol jika dibandingkan dengan motor listrik DC karena motor AC ini lebih sering menangani arus yang tinggi atau beban berat. Pada kesempatan kali ini kita akan coba bahas salah satu motor listrik yang merupakan tulang punggung pada Smart Factory Industry 4.0 yaitu motor servo dimana motor servo ini adalah motor “self-controlled dan high technology”
Definisi
Mari kita mulai dengan pengetahuan dasar motor servo, motor servo merupakan motor listrik dengan sistem closed loop yang digunakan untuk mengendalikan kecepatan, akselerasi dan posisi akhir dari sebuah motor listrik dengan keakuratan yang tinggi. Motor servo terdiri dari tiga bagian utama, yaitu: motor, sistem kontrol dan potensiometer/encoder yang terhubung dengan satu set roda gigi ke poros output. Potentiometer atau encoder ini lah yang berfungsi sebagai sensor yang memberikan sinyal umpan balik (feedback) ke sistem kontrol apakah posisi targetnya sudah benar atau belum. Encoder biasanya digunakan pada motor servo industri. Sedangkan potentiometer biasanya digunakan pada aplikasi yang lebih sederhana seperti mobil remote kontrol. Potentiometer ini terdiri dari tiga kabel dengan 2 kabel untuk power dan 1 kabel untuk kabel sinyal.
Motor akan menggerakkan roda gigi untuk memutar potensiometer dan poros output secara bersamaan. Potensiometer lah yang akan mengendalikan posisi sudut motor servo dengan pemberian sinyal ke dalam sistem kontrol. Jika posisi targetnya sudah benar, maka ia akan menghentikan motor servo. Sebaliknya, Jika sistem kontrol mendeteksi bahwa sudut belum tepat, maka ia akan mengubah motor servo ke arah yang benar sampai posisi sudutnya benar. Kelebihan inilah yang tidak ditemukan pada motor biasa. Motor servo biasanya digunakan untuk mengendalikan posisi sudut antara 0 dan 180 derajat.
Cara Kerja
Motor servo dikendalikan dengan sinyal PWM dari encoder/potentiometer. Lebar sinyal (pulsa) yang diberikan inilah yang akan menentukan posisi sudut putaran dari poros motor servo. Sebagai contoh, lebar sinyal dengan waktu 1,5 ms (mili second) akan memutar poros motor servo ke posisi sudut 90⁰. Bila sinyal lebih pendek dari 1,5 ms maka akan berputar ke arah posisi 0⁰ atau ke kiri (berlawanan dengan arah jarum jam), sedangkan bila sinyal yang diberikan lebih lama dari 1,5 ms maka poros motor servo akan berputar ke arah posisi 180⁰ atau ke kanan (searah jarum jam). Lebih jelasnya perhatikan gambar berikut ini:
Ketika sinyal PWM telah diberikan, maka poros motor servo akan bergerak ke posisi yang telah ditargetkan dan berhenti pada posisi tersebut serta akan tetap bertahan pada posisi tersebut. Jika ada kekuatan eksternal yang mencoba memutar atau mengubah posisi tersebut, maka sistem closed loop dari motor servo tersebut akan bekerja dengan mencoba menahan atau melawan kekuatan eksternal tersebut dengan kekuatan internal dari motor servo itu sendiri. Namun motor servo tidak akan mempertahankan posisinya untuk selamanya, sinyal PWM harus diulang setiap 20 ms (mili second) agar posisi poros motor servo tetap bertahan pada posisinya. Berikut ini adalah ilustrasi dari perbedaan open loop system vs closed loop system dimana motor servo mengandalkan closed loop system dengan sinyal umpan balik (feedback) sehingga posisi yang ditargetkan akan tergapai secara otomatis:
Macam-macam motor servo
Motor servo ini memang biasanya terbagi dengan dua jenis utama, yaitu motor servo AC dan motor servo DC dimana motor servo AC ini lebih sering menangani arus yang tinggi atau beban berat yang biasa diaplikasikan pada mesin-mesin industri. Sedangkan motor servo DC biasanya lebih cocok untuk digunakan pada aplikasi-aplikasi yang lebih kecil. Disamping itu, ada juga jenis lain berdasarkan aplikasinya seperti brushless DC servo motor, positional rotation, continuous rotation and linear servo motor.
- Positional rotation merupakan motor servo yang paling umum dengan poros output berputar setengah lingkaran (0 – 180 deg) yang bisa bergerak searah ataupun berlawanan dengan arah jarum jam. Pada tipe ini terdapat roda gigi tambahan sebagai mekanisme pencegahan putaran motor servo melebihi batas. Tipe ini biasanya digunakan pada aplikasi seperti mainan, remote control pesawat terbang, mobil, robot arm (lengan robot).
- Continous Rotation merupakan tipe motor servo yang dapat berputar 360 derajat. Motor servo ini dapat berputar searah ataupun berlawanan arah jarum jam. Sesuai dengan namanya, motor servo ini tidak memiliki sudut defleksi putaran seperti motor servo yang lain melainkan berputar secara kontinyu. Motor servo continous rotation sering dipakai untuk Mobile Robot.
- Linear servo motor merupakan tipe motor servo yang bergerak secara linear atau maju mundur sesuai namanya. Perbedaannya dengan motor servo lainnya adalah adanya roda gigi tambahan dengan mekanisme rack and pinion untuk mengubah gerakan rotasi menjadi gerakan linear.
- Brushless DC servo motor merupakan tipe motor servo yang tidak menggunakan brush (sikat). Sebenarnya brushless servo motor ini sama seperti motor servo yang lain, perbedaan nya hanya pada pada proses komutasi yang sudah tidak menggunakan komutator mekanik dengan brush lagi, tetapi sudah menggunakan teknologi elektronik dalam proses komutasinya, yaitu sensor dan controller. Biasanya motor servo brushless ini diaplikasikan pada sepeda motor listrik, mobil listrik, DVD player, cooling fan computer dan pesawat/kapal tanpa awak. Aplikasi motor servo brushless ini semakin meningkat karena lebih efisien dengan daya motor kecil pun sudah bisa menghasilkan putaran yang tinggi dan torsi yang besar jika dibandingkan dengan motor AC ataupun motor DC biasa.
Kelebihan dan Kekurangan motor servo
Sama seperti motor listrik pada umumnya, motor servo juga memiliki kelebihan dan kekurangan yang dijabarkan sebagai berikut:
Kelebihan
- Akurasi tinggi
- Motor servo tidak bergetar dan beresonasi saat beroperasi.
- Efisiensi Tinggi
- Rasio Torsi terhadap inersia tinggi
- Tidak bising meskipun pada Rpm tinggi
- Fleksibel
- Mudah dikontrol dan di-program melalui output digital
Kekurangan
- Biaya mahal
Jika artikel ini bermanfaat buat Anda, mohon untuk di-Share because “Sharing is Caring”
Referensi:
