§ 1.3. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ МАШИНАМ

Общие технические требования. Электрические машины должны иметь высокую надежность работы, хорошие энергети­ческие показатели (КПД и коэффициент мощности), по возможности минимальные габаритно-установочные размеры, массу и стоимость: они должны быть простыми по конструкции, не сложными в изготовлении и удобными в обслуживании и эксплуатации. Общие технические требования для машин общепромышленного применения сформулированы в специальном ГОСТе, а для машин специального исполнения — в соответствующих ГОСТах, учитывающих специфические условия работы этих машин.

Каждая электрическая машина рассчитана на работу при вполне определенных условиях эксплуатации: режиме нагрузки, допускаемых перегрузках, напряжении, частоте переменного тока, частоте вращения, температуре охлаждающей среды, высоте над уровнем моря, влажности и др. При этом машина должна развивать номинальную мощность и работать без аварий и повреждений в течение установленного времени (обычно в течение времени между периодическими ремонтами).

Надежность работы машины обеспечивается путем закладки достаточных запасов при проектировании, применения высококачественной технологии изготовления и правильной эксплуатации (работы машины в режимах, для которых она спроектирована, и своевременного выполнения профилактических ремонтов).

При проектировании должны быть обеспечены:

1. механическая прочность всех элементов машины (вала, станины, ротора, статора, деталей крепления обмоток и пр.). В частности, машины должны без повреждений и деформаций выдерживать кратковременные перегрузки по току и кратковременные превышения номинальной частоты вращения;
2. электрическая прочность изоляции обмоток, которая не должна терять своих качеств при длительной эксплуатации машины. Изоляция обмоток относительно корпуса, изоляция между обмотками и изоляция между витками обмоток должна выдерживать повышенное по сравнению с номинальным испытательное напряжение. Сопротивление изоляции всех обмоток должно соответствовать значениям, указанным в ГОСТе;
3. достаточное охлаждение элементов машины, в которых при работе выделяется теплота (магнитопровода, скользящих контактов, обмоток, подшипников).

Наиболее чувствительными к нагреванию являются электроизоляционные материалы об­моток, от качества которых зависит допустимый уровень нагрева электрической машины. Максимальные температуры всех частей машины не должны превышать значений, указан­ных в ГОСТах;

1. выбор электромагнитных нагрузок (плотности тока в обмотках и индукции в элементах магнитопровода), при которых выделяемая в обмотках и магнитопроводе теплота успевает отводиться из машины системой ее охлаждения и не вызывает недопустимого нагрева машины;
2. применение в машинах постоянного тока ряда конструк­тивных мер (введение добавочных полюсов и компенсационной обмотки, выбор соответствующих марок щеток), которые предотвращают недопустимое искрение на коллекторе при номинальной нагрузке.

В основном электрические машины работают в качестве преобразователей энергии (двигатели, генераторы, трансформаторы, электромашинные преобразователи). Поэтому для уменьшения эксплуатационных расходов важное значение имеют энергетические показатели машин: КПД и коэффициент мощности. При проектировании электрической машины путем оптимального выбора ее основных параметров и электромагнит­ных нагрузок стремятся получить наивыгоднейшие значения КПД и коэффициента мощности при номинальной нагрузке. Однако эти значения связаны определенным образом с номи­нальной мощностью машины, поэтому чем меньше номинальная мощность электрической машины, тем меньше ее КПД и коэффициент мощности.

Требования, предъявляемые к электрическим микромашинам автоматических устройств. Электрические микромашины кроме общих технических требований должны также обеспечивать:

1. высокую точность преобразования входного сигнала в выходной, например частоту вращения в выходное напряжение в тахогенераторах или управляющее напряжение в частоту вращения в исполнительных двигателях;
2. стабильность выходных характеристик при изменении условий эксплуатации, например температуры окружающей среды;
3. линейность характеристик при изменении управляющего сигнала и нагрузки;
4. высокое быстродействие;
5. широкий диапазон регулирования.

Для выполнения этих требований при создании электрической микромашины в ряде случаев отступают от принципов оптимального проектирования, принятых для машин средней и большой мощности. Так, например, для уменьшения погрешностей в информационных электрических микромашинах выбирают относительно небольшие электромагнитные нагрузки и увеличивают воздушный зазор между статором и ротором. В исполнительных двигателях и других микромашинах, выпол­няющих силовые функции, для увеличения развиваемого машиной момента электромагнитные нагрузки выбирают максимально возможными по условиям отвода теплоты от машины. Все это приводит к ухудшению энергетических пока­зателей — КПД и коэффициента мощности, которые весьма важны для электрических машин средней и большой мощности, однако в микромашинах показатели, характеризующие точность, быстродействие, диапазон регулирования, могут иметь преобладающее значение.

Кроме перечисленных требований к отдельным видам микромашин предъявляют специфические требования, обусловленные особенностями их эксплуатации. Так, микромашины, применяемые в звукозаписывающей и звуковоспроизводящей аппаратуре, должны иметь низкий уровень создаваемых шумов; микромашины, используемые в радиоаппаратуре, не должны создавать значительных радиопомех; при установке их, например, в ядерных реакторах и космических аппаратах должна быть обеспечена радиационная устойчивость. Все это также накладывает определенные ограничения на конструкции соответствующих микромашин и приводит к увеличению их массы, габаритных размеров и ухудшению энергетических показателей.