Рабочая точка

Рабочая точка – это определенная точка рабочей характеристики технического устройства. Эта точка будет задействована из-за свойств системы, а также внешних влияний и параметров. В электронной технике установление рабочей точки называется смещением .

Желаемые и нежелательные рабочие точки системы

Рабочая точка системы, состоящей из привода (двигателя переменного тока) и рабочей машины (насоса)

Рабочая точка системы — это точка пересечения кривой крутящего момента и скорости привода и машины. Оба устройства соединены валом, поэтому скорость всегда одинакова. Привод создает крутящий момент, который вращает оба устройства. Машина создает противодействующий крутящий момент, например, будучи движущимся устройством, которому требуется постоянная энергия, или колесом, вращающимся против статического трения гусеницы.

• Скорость привода увеличивается, когда приводной момент превышает противодействующий момент.
• Скорость привода снижается, когда противодействующий момент превышает вращающий момент.

В рабочей точке движущий момент и противодействующий момент уравновешены, поэтому скорость больше не меняется.

• Изменение скорости в стабильной рабочей точке создает изменение крутящего момента, которое действует против этого изменения скорости.

Изменение скорости из этой стабильной рабочей точки возможно только при новом вмешательстве в систему управления. Это может быть изменение нагрузки машины или мощности привода, что приводит к изменению крутящего момента, поскольку это изменение характеристических кривых. Затем система привод-машина переходит к новой рабочей точке с другой скоростью и другим балансом крутящих моментов.

Если приводной момент в любой момент времени превышает противодействующий момент, система не имеет рабочей точки. В результате скорость увеличится до холостого хода или даже до разрушения. Если противодействующий момент в какой-либо момент времени будет выше, скорость будет уменьшаться до тех пор, пока система не остановится.

Стабильные и нестабильные рабочие точки

Нестабильная рабочая точка двигателя, состоящего из привода (двигателя переменного тока) и рабочей машины (насоса)

Также в случае нестабильной рабочей точки всегда действует закон баланса крутящих моментов. Но когда рабочая точка нестабильна, характеристики привода и машины почти параллельны. В таком случае небольшое изменение крутящего момента приведет к большому изменению скорости. На практике ни одно устройство не имеет характеристик, которые были бы настолько тонкими, что можно было бы четко ожидать точку пересечения. Из-за параллельных характеристик, внутреннего и внешнего трения, а также механических недостатков нестабильная рабочая точка представляет собой скорее полосу возможных рабочих состояний, а не точку. Поэтому работа в нестабильной рабочей точке нежелательна.

Средняя точка кривой на третьем рисунке справа также является нестабильной точкой. Однако приведенные выше предположения здесь неверны. Крутящий момент и скорость одинаковы, но если скорость увеличится лишь незначительно, то крутящий момент привода будет намного выше, чем противодействующий крутящий момент машины. То же самое, но наоборот, применяется при снижении скорости. По этой причине эта рабочая точка не оказывает стабилизирующего влияния на скорость. Скорость будет уходить влево или вправо от точки, и там привод будет работать стабильно.

Желаемые и нежелательные рабочие точки

Желаемые и нежелательные рабочие точки двигателя.

На нижнем правом рисунке электрический привод (двигатель переменного тока) перемещает конвейерную ленту. Этот тип машины имеет почти постоянный противодействующий момент во всем диапазоне скоростей. При выборе неправильного привода (неправильного по размеру и типу) возникнут три возможные рабочие точки с необходимым рабочим моментом. Естественно, необходима рабочая точка с самой высокой скоростью, потому что только там будет самая высокая механическая мощность (которая пропорциональна крутящему моменту, умноженному на скорость). В других рабочих точках большая часть электрической мощности (пропорциональная только крутящему моменту) будет конвертироваться только в тепло внутри привода. Несмотря на плохой баланс мощности, привод также может перегреться.

В примере, показанном на рисунке 3, желаемая правая рабочая точка с тем же крутящим моментом, но с более высокой скоростью (и, следовательно, с более высокой мощностью) не может быть достигнута в одиночку после запуска привода. Причина – технически вызванное снижение характеристик привода в середине кривой. Скорость достигнет этой области, но не увеличится дальше. В случае таких машин с постоянным крутящим моментом можно использовать муфту для предотвращения остановки во время запуска, она должна зависеть от скорости вращения. (Конечно, подойдет и двигатель большего размера, но это не так экономично). При использовании муфты противодействующий крутящий момент будет возникать только тогда, когда привод без нагрузки достигнет скорости, выходящей за пределы нестабильной рабочей точки. Тогда диск можно смело ускорять. В качестве альтернативы можно выбрать привод с соответствующими характеристиками. Раньше шунтирующие двигатели для этой цели использовались асинхронные двигатели переменного тока , в настоящее время используются или двигатели переменного тока в сочетании с преобразователем частоты .

Электроника

В электронном усилителе рабочая точка представляет собой комбинацию тока и напряжения в условиях отсутствия сигнала; подача сигнала на каскад - меняет напряжение и ток в каскаде. Рабочая точка усилителя задается пересечением линии нагрузки с нелинейными характеристиками устройства. Регулируя смещение на каскаде, можно выбрать рабочую точку, которая максимизирует выходной сигнал каскада и минимизирует искажения.

Внешние ссылки

• СМИ, связанные с Рабочей точкой, на Викискладе?