Serbomotor

Serbomotorrak posizioa, abiadura eta momentua uneoro eta era independentean kontrolatzeko gai diren motor elektrikoak dira.

1960. hamarkadan, posizionaketaren kontrola ahalbidetzen zuten lehendabiziko motorrak sortu ziren. Posizionaketa begizta irekian egiteko gaitasuna zuten soilik, eta ondorioz, ez zuten zehaztasun handirik lortzen. Motor hauen desabantaila nagusiena errendimendu oso baxua zutela da, % 20 ingurukoa, garai hartako beste mota batzuetako motor elektrikoekin alderatuz, nabarmen txikiagoa.

1970. eta 1980. hamarkadetan iman iraunkorreko korronte zuzeneko serbomotorra asmatu zen. Motor hauek posizionaketa begizta itxian egiteko gai ziren jada, zehaztasun hobea lortuz. Gaur egun, kostu eta potentzia txikiko aplikazioetan erabiliak izaten jarraitzen dute aipatutako arrazoiagatik. Potentzia ertain eta handietan, ordea, ez dira erabiltzen gaur egun, errendimendu kaxkarragatik. Korronte zuzeneko Brushless motorra ere sortu zen. Bere abantaila nagusia korronte zuzeneko gainontzeko serbomotor arruntek baino 10 aldiz inertzia txikiagoa duela da. Motor honen arazo nagusia momentuaren kizkurtasuna da, hau da, momentu egonkor bat sortzeko zailtasuna.

1990. hamarkadan korronte alternoko Brushless motorrak sortu ziren. Hauek ere posizio-kontrola begizta itxian egiten dute, baina beraiekin kontrol digitala erabiltzen hasi zen lehen aldiz. Ezaugarri dinamikoak nabarmen hobetzen dira denbora gutxian, errendimendua handitzea lortzen da, eta prezioak jaisten hasten dira, batez ere kontrolagailuei dagokionez.

Gaur egun ezaugarri geroz eta hobeagoak lortzen ari dira. Alde batetik, potentzia lorgarriaren tartea zabaltzen doa (30 W eta 60 kW bitartekoak existitzen dira), errendimendua handituz doa eta kontrolagailuen (driver-en) prezioa jaisten doa. Aipatutako arrazoien ondorioz, serbomotorrak geroz eta aplikazio gehiagotarako aproposak bihurtuz. Gainera, ez dute ia mantentzearen beharrik, korronte alternoko motorrekin gertatzen den bezala.

Serbomotor baten kontrol-zirkuitua honako elementuetaz osatuta dago: kontrol-sistema, potentzia-bihurgailua eta sentsorea. Enkoder izeneko sentsoreak posizioa detektatzen du, agindua bidali eta errore kontagailura sartzen da, non une horretan duen posizioaren eta agindutakoaren arteko errorea kalkulatzen den aginduaren eta berrelikaduraren arteko diferentziaren bitartez. Errore hau transformazio-bloketik pasatzen da. Bertan, irteerako gailua kontrolatzeko behar den seinalea interpreta ahal izateko, potentzia-bihurgailutik transformazio batzuen bitartez eraldatzen da. Potentzia- bihurgailu honek duen atal elektronikoak driver izena du, eta momentuaren, abiaduraren eta posizioaren kontrol zehatza lortzen du.

Potentzia-bihurgailua inbertsore trifasiko bat da eta pultsuen zabalera modulazio-teknika (PWM, pulse-width modulation) erabiliz motorra elikatzen du. Potentzia-bihurgailua artezgailuaz, birsorkuntzako balaztaz eta inbertsoreaz osatua dago.

Artezgailuak korronte trifasikoa korronte zuzen bihurtzen du. Gero birsorkuntzako balaztak tentsioa egonkortzen du ondoren inbertsore ataletik korronte zuzena korronte trifasikoan bihurtzeko.^[1]

Bertan harildua ezartzen da. Honek Joule efektuaz sortutako bero-kanporatze hobeagoa eta motorraren tamaina txikiagoa lortzea ahalbidetzen du.

Beraren kanpoaldean imanak ezartzen dira. Barnetik hutsa egon ohi da, eta gainera material berezi eta arinez egin ohi da, inertzia txikiagoa edukitzeko.

Bi modifikazio mota egin daitezke kontrol-sisteman. Lehenbizikoa kontrol sistema guztia deuseztatzean datza, korronte zuzendun motorra eta engranaje-sistema erreduzitzailea soilik mantenduz. Horrela, posizionaketaren kontrola behar ez duten aplikazioetarako baliagarria izango den beste edozein korronte zuzendun motor baten moduan funtzionatuko luke, engranaje-sistema erreduzitzailea akoplatua izatearen abantailarekin.

Bigarren aukerak ere kontrol-sisteman aldaketa bat sortzen du, baina abiaduraren kontrola mantentzen da. Hau lortzeko, potentziometroa motorraren ardatzetik banatzen da, posizio finko batean mantenduz. Horrela, kontrol-sistemaren errore-seinalea une bakoitzean ajustatzen den balioaren menpe geratzen da soilik. Posizioaren kontrola galtzen da, baina esandako bezala abiadurarena mantentzea lortzen da. Hala ere, balio hau iraupen aldakorreko pultsoen bitartez definitzen jarraitzen da. Dena den, bi kasuetan beharrezkoa da kaxa erreduzitzailean kokatzen den topetxoa fisikoki kentzea.^[2]

Serbomotorrek posizioa, abiadura eta momentua independenteki kontrolatzeko gaitasuna dute, hortaz, lan eremuko edozein puntutan jardun dezakete. Serbomotorrak lan ziklo motz eta errepikakorrak egiteko erabili ohi diren arren, bestelako zikloak egiteko ere gai dira.

Motorrak emango duen momentua driverrak motorrari elikatzen dion tentsioaren araberakoa izango da, eta abiadura maiztasunaren araberakoa. 1 zonaldean motorra etengabean aritu daiteke, momentu izendatua baino txikiagoa emanez, eta ez da gehiegi berotuko. Motorra egoera horretan lan egiteko prest baitago. 2 zonaldean tarteka aritu daiteke, aplikazioak eskatutako momentu-pikoak emateko. Baina luzaroan bertan aritzea eskatu ezkero, berotzen joango da eta erretzera hel daiteke. Aplikazio baterako hautatutako motorrari batezbesteko momentu nominala baino balio handiagoa eskatzen bazaio, erre egingo da, berak duen gaitasuna edo potentzia nahikoa ez delako. Hau gertatuko den jakiteko, momentu termiko baliokidea erabiltzen da. Zikloa analizatzen da (geldiune denborak ere kontuan edukiz) eta kalkulu errez baten bitartez batezbesteko momentu nominala gaindituko duen aztertzen da. 3 zonaldea momentu iraunkorreko zonaldea da, motorra frekuentzia altuarekin elikatzean lortzen den zonaldea.^[3]

Serbo digitalak ohiko serbomotorren (analogikoen) antzekoak dira funtzionamenduari begira, baina hainbat abantaila dituzte. Alde batetik, momentu handiagoa sortzeko gai dira. Bestalde, zehaztasun hobea dute, eta seinalea bidaltzen zaienetik erantzuten duten arte denbora gutxiago igarotzen da. Gainera, hainbat parametro erregulatzeko aukera ere ematen dute, laneko angelu maximo eta minimoak, erantzuteko abiadura, biraketaren zentzua eta posizio zentrala, batik bat. Desabantaila bezala, garestiagoak izateaz gain, errendimendu mekaniko txikiagoa eskeintzen dute. Azken desabantaila hau kritikoa bihurtzen da motor hauek erabiltzen diren aplikazio batzuetan, robotetan edo urrunetik gidatutako hegazkin edo Tripulaziorik gabeko aireko ibilgailu“drone”-en kasuan, adibidez. ^[4]

Serbomotor batek hainbat mugimendu mota eragin eta kontrolatu ditzake:

• Ardatz diskretu baten kontrola, posizioaren, abiaduraren eta momentuaren kontrol zehatzarekin (haize-tunel batean, adibidez).
• Puntuz puntuko mugimendu-kontrola (PTP) ardatz anitzekin (automatizatutako muntaia-kateetan, zuloak egin eta torlojuak kokatzeko, adibidez).
• Era sinkronizatuko ardatzen kontrola (errobotak, zenbakizko kontrolean…).

Orokorrean, posizionaketa zehatza eta bizkorra behar den aplikazio gehienetan erabiltzen dira serbomotorrak.