Рабочая точка — это определенная точка в пределах эксплуатационной характеристики технического устройства. Эта точка будет задействована из-за свойств системы и внешних воздействий и параметров. В электронной технике установление рабочей точки называется смещением .
Рабочая точка системы — это точка пересечения кривой крутящего момента и скорости привода и машины. Оба устройства связаны валом, поэтому скорость всегда одинакова. Привод создает крутящий момент, который вращает оба устройства. Машина создает встречный крутящий момент, например, будучи движущимся устройством, которому требуется постоянная энергия, или колесом, вращающимся против статического трения дорожки.
В рабочей точке крутящий момент и противодействующий момент уравновешены, поэтому скорость больше не меняется.
Изменение скорости из этой стабильной рабочей точки возможно только с новым вмешательством управления. Это может быть изменение нагрузки машины или мощности привода, что в обоих случаях изменяет крутящий момент, поскольку это изменение характеристических кривых. Затем система привод-машина переходит в новую рабочую точку с другой скоростью и другим балансом крутящих моментов.
Если крутящий момент привода будет выше крутящего момента противодействия в любой момент времени, то система не будет иметь рабочей точки. Результатом будет то, что скорость увеличится до скорости холостого хода или даже до разрушения. Если крутящий момент противодействия будет выше в любой момент времени, то скорость уменьшится до тех пор, пока система не остановится.
Также в случае нестабильной рабочей точки закон баланса моментов всегда действителен. Но когда рабочая точка нестабильна, то 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, чтобы можно было четко ожидать точку пересечения. Из-за параллельных характеристик, внутреннего и внешнего трения, а также механических несовершенств нестабильная рабочая точка представляет собой скорее полосу возможных рабочих состояний, а не точку. Поэтому работа в нестабильной рабочей точке нежелательна.
Средняя точка на кривой на третьем рисунке справа также является неустойчивой точкой. Однако вышеупомянутые предположения здесь недействительны. Крутящий момент и скорость одинаковы, но если скорость увеличится лишь немного, то крутящий момент привода будет намного выше, чем противодействующий момент машины. То же самое, но наоборот, применимо при снижении скорости. По этой причине эта рабочая точка не оказывает стабилизирующего эффекта на скорость. Скорость будет уходить в левую или правую сторону от точки, и привод будет работать там стабильно.
На нижнем правом рисунке электропривод (двигатель переменного тока) приводит в движение конвейерную ленту. Этот тип машины имеет почти постоянный противодействующий момент во всем диапазоне скоростей. При выборе неправильного привода (неправильного по размеру и типу) будут три возможные рабочие точки с необходимым рабочим крутящим моментом. Естественно, нужна 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 преобразована только в тепло внутри привода. Несмотря на плохой баланс мощности, привод также может перегреваться таким образом.
В примере, показанном на рисунке три, желаемая правильная рабочая точка с тем же крутящим моментом, но более высокой скоростью (и, следовательно, более высокой мощностью) не может быть достигнута в одиночку после запуска привода. Причина заключается в технически вызванном снижении 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, двигатель большего размера также подойдет, но это не так экономично). С муфтой противодействующий момент будет введен только тогда, когда привод без нагрузки достигнет скорости за пределами нестабильной рабочей точки. Затем привод может безопасно ускоряться. В качестве альтернативы можно выбрать привод с адекватной характеристикой. В прошлом для этой цели использовались шунтирующие двигатели , в настоящее время используются асинхронные двигатели переменного тока или двигатели переменного тока в сочетании с частотно-регулируемым приводом .
В электронном усилителе рабочая точка представляет собой комбинацию тока и напряжения в условиях «отсутствия сигнала»; приложение сигнала к каскаду — изменяет напряжение и ток в каскаде. Рабочая точка в усилителе устанавливается пересечением линии нагрузки с нелинейными характеристиками устройства. Регулируя смещение на каскаде, можно выбрать рабочую точку, которая максимизирует выходной сигнал каскада и минимизирует искажения.
Медиа, связанные с Операционная точка на Wikimedia Commons