Punto de operación

El punto de operación es un punto específico dentro de las características de funcionamiento de un dispositivo técnico. Este punto se activará debido a las propiedades del sistema y a las influencias y parámetros externos. En ingeniería electrónica, establecer un punto de operación se denomina polarización .

El punto de operación de un sistema es el punto de intersección de la curva par-velocidad del accionamiento y la máquina. Ambos dispositivos están conectados mediante un eje, por lo que su velocidad es siempre idéntica. El accionamiento genera el par que hace girar ambos dispositivos. La máquina genera el par contrario, por ejemplo, al ser un dispositivo móvil que requiere energía constante o una rueda que gira contra la fricción estática de la vía.

• La velocidad de accionamiento aumenta cuando el par motor es mayor que el par de reacción.
• La velocidad de accionamiento disminuye cuando el par de reacción es mayor que el par motor.

En el punto de funcionamiento, el par motor y el par de reacción están equilibrados, por lo que la velocidad ya no cambia.

• Un cambio de velocidad en un punto de funcionamiento estable genera un cambio de par que actúa en contra de dicho cambio de velocidad.

Un cambio de velocidad respecto a este punto de funcionamiento estable solo es posible mediante una nueva intervención de control. Esto puede consistir en modificar la carga de la máquina o la potencia del accionamiento, lo que altera el par motor debido a un cambio en las curvas características. El sistema máquina-accionamiento entonces alcanza un nuevo punto de funcionamiento con una velocidad y un equilibrio de pares diferentes.

Si el par motor supera al par de reacción en algún momento, el sistema no tendrá un punto de funcionamiento. En consecuencia, la velocidad aumentará hasta alcanzar la velocidad de ralentí o incluso hasta su destrucción. Si el par de reacción supera en algún momento, la velocidad disminuirá hasta que el sistema se detenga.

Incluso en caso de inestabilidad del punto de operación, la ley de equilibrio de pares sigue siendo válida. Sin embargo, cuando el punto de operación es inestable, las características del accionamiento y de la máquina son prácticamente paralelas. En tal caso, una pequeña variación del par produce una gran variación de la velocidad. En la práctica, ningún dispositivo presenta características tan definidas que permitan predecir con claridad el punto de intersección. Debido a las características paralelas, la fricción interna y externa, así como a las imperfecciones mecánicas, el punto de operación inestable se asemeja más a una banda de posibles estados de operación que a un punto fijo. Por lo tanto, operar en un punto de operación inestable resulta indeseable.

El punto medio de la curva en la tercera imagen de la derecha también es un punto inestable. Sin embargo, las suposiciones anteriores no son válidas en este caso. El par y la velocidad son iguales, pero si la velocidad aumenta solo ligeramente, el par del accionamiento será mucho mayor que el par de reacción de la máquina. Lo mismo ocurre a la inversa al reducir la velocidad. Por esta razón, este punto de operación no tiene un efecto estabilizador sobre la velocidad. La velocidad se desviará hacia la izquierda o la derecha del punto, y el accionamiento funcionará de forma estable en ese punto.

En la imagen inferior derecha, el accionamiento eléctrico (motor de CA) mueve una cinta transportadora. Este tipo de máquina presenta un par de reacción casi constante en todo el rango de velocidad. Al elegir un accionamiento incorrecto (de tamaño y tipo inadecuados), se obtendrán tres puntos de funcionamiento con el par de trabajo necesario. Naturalmente, se requiere el punto de funcionamiento con la velocidad más alta, ya que solo allí se alcanzará la máxima potencia mecánica (que es proporcional al par multiplicado por la velocidad). En los demás puntos de funcionamiento, la mayor parte de la potencia eléctrica (proporcional únicamente al par) se convertirá en calor dentro del accionamiento. A pesar del desequilibrio de potencia, el accionamiento también puede sobrecalentarse de esta manera.

En el ejemplo mostrado en la imagen tres, el punto de operación correcto deseado con el mismo par pero mayor velocidad (y por lo tanto mayor potencia) no se puede alcanzar solo después de arrancar el accionamiento. La razón es la disminución técnicamente inducida de las características del accionamiento en el medio de la curva. La velocidad llegará a esta área pero no aumentará más. En el caso de tales máquinas con pares constantes se puede utilizar un acoplamiento para evitar la parada durante el arranque, que debe depender de la velocidad de rotación. (Por supuesto, un motor de mayor tamaño también serviría, pero esto no es tan económico). Con el acoplamiento, el par contrario solo se introducirá cuando el accionamiento sin carga haya alcanzado una velocidad fuera del punto de trabajo inestable. Entonces el accionamiento puede acelerar de forma segura. Alternativamente, se puede elegir un accionamiento con una característica adecuada. En el pasado se han utilizado motores de derivación para este propósito, hoy en día se utilizan motores de CA asíncronos o motores de CA en combinación con un variador de frecuencia .

En un amplificador electrónico , el punto de operación es una combinación de corriente y voltaje en ausencia de señal; al aplicar una señal a la etapa, se modifican el voltaje y la corriente en la misma. El punto de operación de un amplificador se determina por la intersección de la recta de carga con las características no lineales del dispositivo. Ajustando la polarización de la etapa, se puede seleccionar un punto de operación que maximice la señal de salida y minimice la distorsión.

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