نقطة التشغيل

نقطة التشغيل هي نقطة محددة ضمن خصائص تشغيل جهاز تقني. وتُفعَّل هذه النقطة بناءً على خصائص النظام والتأثيرات والمعايير الخارجية. في الهندسة الإلكترونية، يُطلق على تحديد نقطة التشغيل اسم التحيز .

نقطة تشغيل النظام هي نقطة تقاطع منحنى عزم الدوران والسرعة لكل من المحرك والآلة. يرتبط كلا الجهازين بعمود، لذا تكون السرعة متطابقة دائمًا. يُولّد المحرك عزم الدوران اللازم لتدوير كلا الجهازين. بينما تُولّد الآلة عزم الدوران المعاكس، على سبيل المثال، من خلال كونها جهازًا متحركًا يحتاج إلى طاقة مستمرة، أو عجلة تدور عكس الاحتكاك الساكن للمسار.

• تزداد سرعة القيادة عندما يكون عزم الدوران المحرك أعلى من عزم الدوران المعاكس.
• تنخفض سرعة القيادة عندما يكون عزم الدوران المعاكس أعلى من عزم الدوران المحرك.

عند نقطة التشغيل، يكون عزم الدوران المحرك وعزم الدوران المعاكس متوازنين، لذلك لا تتغير السرعة بعد الآن.

• يؤدي تغيير السرعة عند نقطة تشغيل مستقرة إلى تغيير في عزم الدوران الذي يعمل ضد هذا التغيير في السرعة.

لا يمكن تغيير السرعة خارج نقطة التشغيل المستقرة هذه إلا بتدخل تحكم جديد. قد يكون هذا التدخل بتغيير حمل الآلة أو قدرة المحرك، مما يؤدي إلى تغيير عزم الدوران نتيجةً لتغيير منحنيات الأداء. عندئذٍ، ينتقل نظام المحرك والآلة إلى نقطة تشغيل جديدة بسرعة مختلفة وتوازن مختلف لعزوم الدوران.

إذا تجاوز عزم الدوران المحرك عزم الدوران المعاكس في أي وقت، فلن يكون للنظام نقطة تشغيل. ونتيجة لذلك، ستزداد السرعة حتى تصل إلى سرعة التباطؤ أو حتى إلى حد التلف. أما إذا تجاوز عزم الدوران المعاكس عزم الدوران المحرك في أي وقت، فستنخفض السرعة حتى يتوقف النظام.

في حالة نقطة التشغيل غير المستقرة، يظل قانون توازن العزوم ساريًا. ولكن عندما تكون نقطة التشغيل غير مستقرة، فإن خصائص المحرك والآلة تكاد تكون متوازية. في هذه الحالة، سيؤدي أي تغيير طفيف في العزم إلى تغيير كبير في السرعة. عمليًا، لا يوجد جهاز ذو خصائص دقيقة لدرجة يمكن معها توقع نقطة التقاطع بوضوح. نظرًا لتوازي الخصائص، والاحتكاك الداخلي والخارجي، بالإضافة إلى العيوب الميكانيكية، فإن نقطة التشغيل غير المستقرة هي في الواقع نطاق من حالات التشغيل الممكنة وليست نقطة ثابتة. لذلك، يُعد التشغيل عند نقطة تشغيل غير مستقرة أمرًا غير مرغوب فيه.

النقطة الوسطى على المنحنى في الصورة الثالثة على اليمين هي نقطة غير مستقرة أيضًا. مع ذلك، فإن الافتراضات المذكورة أعلاه غير صحيحة هنا. عزم الدوران والسرعة متساويان، ولكن في حال زيادة السرعة بشكل طفيف، فسيكون عزم دوران المحرك أعلى بكثير من عزم الدوران المعاكس للآلة. وينطبق الأمر نفسه، ولكن بالعكس، عند خفض السرعة. لهذا السبب، لا تُؤثر نقطة التشغيل هذه على استقرار السرعة. ستتجه السرعة يسارًا أو يمينًا من النقطة، وسيعمل المحرك بثبات عندها.

في الصورة السفلية اليمنى، يقوم المحرك الكهربائي (محرك التيار المتردد) بتحريك سير ناقل. يتميز هذا النوع من الآلات بعزم دوران معاكس ثابت تقريبًا على امتداد نطاق السرعة. باختيار محرك غير مناسب (غير ملائم من حيث الحجم والنوع)، ستكون هناك ثلاث نقاط تشغيل محتملة بعزم الدوران اللازم. وبطبيعة الحال، نقطة التشغيل ذات السرعة الأعلى هي المطلوبة، لأنها الوحيدة التي توفر أعلى قدرة ميكانيكية (تتناسب طرديًا مع حاصل ضرب عزم الدوران في السرعة). أما في نقاط التشغيل الأخرى، فسيتم تحويل معظم الطاقة الكهربائية (التي تتناسب طرديًا مع عزم الدوران فقط) إلى حرارة داخل المحرك. وعلى الرغم من اختلال توازن الطاقة، قد يسخن المحرك بشكل مفرط بهذه الطريقة أيضًا.

في المثال الموضح في الصورة رقم 3، لا يمكن الوصول إلى نقطة التشغيل الصحيحة المطلوبة بنفس عزم الدوران ولكن بسرعة أعلى (وبالتالي قدرة أعلى) بمجرد بدء تشغيل المحرك. والسبب هو الانخفاض الناتج عن عوامل تقنية في خصائص المحرك في منتصف منحنى الأداء. ستصل السرعة إلى هذه المنطقة ولكنها لن تزيد عنها. في حالة هذه الآلات ذات عزم الدوران الثابت، يمكن استخدام وصلة لمنع التوقف أثناء بدء التشغيل، ويجب أن تكون هذه الوصلة معتمدة على سرعة الدوران. (بالطبع، يمكن استخدام محرك أكبر حجمًا، ولكن هذا ليس اقتصاديًا). مع الوصلة، لن يتم إدخال عزم الدوران المعاكس إلا عندما يصل المحرك بدون حمل إلى سرعة خارج نطاق نقطة التشغيل غير المستقرة. عندها يمكن للمحرك أن يزيد سرعته بأمان. بدلاً من ذلك، يمكن اختيار محرك ذي خصائص مناسبة. في الماضي، كانت تُستخدم محركات التوازي لهذا الغرض، أما اليوم فتُستخدم محركات التيار المتردد غير المتزامنة أو محركات التيار المتردد مع محرك ذي تردد متغير .

في المضخم الإلكتروني ، تُعرَّف نقطة التشغيل بأنها مزيج من التيار والجهد في حالة "انعدام الإشارة". عند تطبيق إشارة على المرحلة، يتغير الجهد والتيار فيها. تُحدَّد نقطة التشغيل في المضخم بتقاطع خط الحمل مع الخصائص غير الخطية للجهاز. ومن خلال ضبط الانحياز على المرحلة، يمكن اختيار نقطة تشغيل تُعظِّم خرج الإشارة وتقلل التشوه.

• الوسائط المتعلقة بنقطة التشغيل على ويكيميديا ​​كومنز