Point de fonctionnement - Operating point
Le point de fonctionnement est un point spécifique dans la caractéristique de fonctionnement d'un appareil technique. Ce point sera engagé en raison des propriétés du système et des influences et paramètres extérieurs. Dans l'ingénierie électronique, l' établissement d'un point de fonctionnement s'appelle la polarisation .
Points de fonctionnement voulus et indésirables d'un système
Le point de fonctionnement d'un système est le point d'intersection de la courbe couple-vitesse de l'entraînement et de la machine. Les deux appareils sont liés à un arbre de sorte que la vitesse est toujours identique. L'entraînement crée le couple qui fait tourner les deux appareils. La machine crée le contre-couple, par exemple en étant un dispositif mobile nécessitant une énergie permanente ou une roue tournant contre le frottement statique de la chenille.
- La vitesse d'entraînement augmente lorsque le couple d'entraînement est supérieur au contre-couple.
- La vitesse d'entraînement diminue lorsque le contre-couple est supérieur au couple d'entraînement.
Au point de fonctionnement, le couple moteur et le contre-couple sont équilibrés, de sorte que la vitesse ne change plus.
- Un changement de vitesse dans un point de fonctionnement stable crée un changement de couple qui agit contre ce changement de vitesse.
Un changement de vitesse en dehors de ce point de fonctionnement stable n'est possible qu'avec une nouvelle intervention de commande. Cela peut être une modification de la charge de la machine ou de la puissance de l'entraînement qui modifie à la fois le couple car il s'agit d'un changement dans les courbes caractéristiques. Le système d'entraînement-machine passe alors à un nouveau point de fonctionnement avec une vitesse différente et un équilibre différent des couples.
Si le couple d'entraînement est à tout moment supérieur au contre-couple, le système n'a pas de point de fonctionnement. Le résultat sera que la vitesse augmente jusqu'à la vitesse de ralenti ou même jusqu'à la destruction. Si le contre-couple est plus élevé à tout moment, la vitesse diminue jusqu'à ce que le système s'arrête.
Points de fonctionnement stables et instables
Aussi en cas de point de fonctionnement instable, la loi de l'équilibre des couples est toujours valable. Mais lorsque le point de fonctionnement est instable, les caractéristiques de l'entraînement et de la machine sont presque parallèles. Dans un tel cas, un petit changement de couple entraînera un grand changement de vitesse. En pratique, aucun appareil ne présente des caractéristiques si minces que le point d'intersection peut être clairement attendu. En raison des caractéristiques parallèles, des frottements internes et externes ainsi que des imperfections mécaniques, le point de fonctionnement instable est plutôt une bande d'états de fonctionnement possibles au lieu d'un point. Le fonctionnement à un point de fonctionnement instable n'est donc pas souhaitable.
Le point central de la courbe de la troisième image à droite est également un point instable. Cependant, les hypothèses mentionnées ci-dessus ne sont pas valables ici. Le couple et la vitesse sont les mêmes mais dans le cas où la vitesse n'augmenterait que peu, le couple de l'entraînement sera beaucoup plus élevé que le contre-couple de la machine. La même chose, mais vice versa, s'applique lors de la réduction de la vitesse. Pour cette raison, ce point de fonctionnement n'a pas d'effet stabilisateur sur la vitesse. La vitesse s'enfuira vers la gauche ou la droite du point et le variateur y fonctionnera de manière stable.
Points de fonctionnement voulus et indésirables
Dans l'image inférieure droite, l'entraînement électrique (moteur à courant alternatif) déplace une bande transporteuse. Ce type de machine a un contre-couple presque constant sur toute la plage de vitesse. En choisissant un entraînement incorrect (de taille et de type incorrects), il y aura trois points de fonctionnement possibles avec le couple de travail nécessaire. Naturellement, le point de fonctionnement avec la vitesse la plus élevée est nécessaire car il n'y aura que la puissance mécanique la plus élevée (qui est proportionnelle au couple multiplié par la vitesse). Aux autres points de fonctionnement, la majorité de la puissance électrique (proportionnelle uniquement au couple) sera uniquement convertie en chaleur à l'intérieur du variateur. Malgré le mauvais équilibre de puissance, le variateur peut également surchauffer de cette façon.
Dans l'exemple illustré sur la figure 3, le point de fonctionnement droit souhaité avec le même couple mais une vitesse plus élevée (et donc une puissance plus élevée) ne peut pas être atteint seul après le démarrage du variateur. La raison en est la diminution techniquement induite des caractéristiques d'entraînement au milieu de la courbe. La vitesse atteindra cette zone mais n'augmentera pas davantage. Dans le cas de telles machines avec des couples constants, un accouplement peut être utilisé pour empêcher l'arrêt pendant le démarrage, il doit dépendre de la vitesse de rotation. (Bien sûr, un moteur de plus grande taille ferait également l'affaire, mais ce n'est pas aussi économique). Avec l'accouplement, le contre-couple n'est introduit que lorsque l'entraînement sans charge a atteint une vitesse en dehors du point de travail instable. Ensuite, le lecteur peut accélérer en toute sécurité. Alternativement, un entraînement avec une caractéristique adéquate peut être choisi. Dans le passé, des moteurs shunt ont été utilisés à cette fin, de nos jours des moteurs à courant alternatif asynchrones sont utilisés ou des moteurs à courant alternatif en combinaison avec un variateur de fréquence .
Électronique
Dans un amplificateur électronique , un point de fonctionnement est une combinaison de courant et de tension dans des conditions «sans signal»; application d'un signal à l'étage - modifie la tension et le courant dans l'étage. Le point de fonctionnement dans un amplificateur est défini par l'intersection de la ligne de charge avec les caractéristiques non linéaires de l'appareil. En ajustant la polarisation sur l'étage, un point de fonctionnement peut être sélectionné qui maximise la sortie du signal de l'étage et minimise la distorsion.