К электрическим машинам, как и к любым другим техническим изделиям, также предъявляют определенные требования, способные обеспечить долгую и безопасную работу данных изделий.
Общие технические требования к электрическим машинам
Хорошими энергетическими показателями должны обладать электрические машины, а также высоким КПД (коэффициент полезного действия), высокой надежностью работы, максимально низкой массой и стоимостью, минимальными габаритными показателями, а также они должны быть максимально легкими в обслуживании. Все основные требования, которые предъявляются к электрическим машинам собраны в ГОСТах. В соответствующих ГОСТах собраны и требования к машинам специального исполнения, которые учитывают специфику их работы.
Каждая электрическая машина рассчитывается под вполне определенные условия эксплуатации, такие как: допустимые перегрузки, частота переменного тока, напряжение, режим нагрузки, высота над уровнем моря, влажность воздуха и его температура, а также прочие факторы. При этом электрическая машина должна обеспечивать номинальную мощность и безаварийно работать в течении установленного времени (обычно это время между периодическими ремонтами).
Надежность работы электрической машины обеспечивают несколькими способами, а именно – закладыванием достаточных запасов в процессе проектирования и изготовления, применение высококачественных материалов при изготовлении, а также применение при изготовлении передовых технологий. Не маловажным фактором является и правильная эксплуатация (соблюдение режимов работы машины и периодическое проведение технических осмотров).
На этапе проектирования должны обеспечиваться:
- Механическая прочность деталей машин (вала, подшипников, станины, ротора и статора и других деталей). Электрическая машина должна обеспечивать кратковременные перегрузки, причем эти перегрузки должны выдерживать не только электрические части электродвигателей (обмотки статора и ротора), но и их механические части (вал, подшипники, крепления);
- Электрическая прочность – изоляция обмоток. Изоляция не должна терять своих свойств при длительной эксплуатации. Для проверки качества изоляции ее испытывают повышенным напряжением. Изоляция должна выдерживать повышенное напряжение относительно корпуса машины, относительно другой обмотки и между витками обмоток. Сопротивление изоляции регламентировано ГОСТом;
- Достаточное охлаждение деталей электрической машины – при работе машины выделяется тепло (в подшипниках, контактах, обмотках, магнитопроводах). Наиболее чувствительны к температуре – изоляции обмоток. Даже небольшое превышение допустимой температуры обмоток может привести к резкому снижению срока службы электрической машины. Допустимые температуры тоже регламентированы ГОСТом;
- Выбор соответствующих электромагнитных нагрузок (индукция и плотность тока в обмотках). При правильном выборе этих нагрузок теплота, выделяемая в магнитопроводе, успеет рассеяться системой охлаждения и не успеет перегреть машину;
- В машинах постоянного тока применяют целый ряд для предотвращения искрения коллектора и улучшения условий коммутации (добавочные полюса, улучшение щеток, компенсационная обмотка).
Как правило, электрические машины работают как преобразователи энергии (трансформаторы, генераторы, электродвигатели). Именно поэтому не последнее значение имеет улучшение энергетических показателей – КПД и cos φ (для машин переменного тока). Поэтому при проектировании электрических машин стараются получить наиболее выгодные показатели КПД и cos φ при номинальной мощности. Однако данные значения связаны непосредственно с мощностью машины и прослеживается такая закономерность – чем ниже мощность, тем ниже коэффициент мощности и КПД.
Основные требования, предъявляемые к электрическим микромашинам
Электрические микромашины также должны удовлетворять следующим требованиям:
- Иметь довольно высокую точность при преобразовании входного сигнала в выходной – например, частоту вращения тахогенератора в электрический сигнал.
- Стабильность выходной величины при изменении условий окружающей среды (например, температуры).
- Широкий диапазон регулирования.
- Приличное быстродействие.
- Линейность характеристик при изменении нагрузки, а также сигналов управления.
Из – за этого в процессе проектирования микромашин довольно часто отступают от общих концепций, принятых при проектировании электрических машин большой и средней мощности. Например, при проектировании информационных микромашин выбирают малые электромагнитные нагрузки и производят увеличение воздушного зазора между ротором и статором. В исполнительных же двигателях, выполняющих функции силовые, чтоб увеличить максимальный момент электромагнитные нагрузки выбираются максимально возможными, исходя из условий отвода тепла. Все эти действия приведут к ухудшению КПД и cos φ, однако, для микромашин эти факторы не настолько существенны, как для машин средней и большой мощности. Точность, диапазон регулирования и быстродействие для микромашин могут иметь большее значение, чем КПД и cos φ.
Помимо энергетических показателей могут предъявляться и другие требования, специфические, зависящие напрямую от условий эксплуатации. Например, микромашины, применяемые в аппаратуре для воспроизведения и записи звука должны иметь очень низкий уровень создаваемого ими шума, микромашины в радиоаппаратуре не должны создавать радиопомех, а при установке микромашин в космических аппаратах и ядерных реакторах они должны иметь защиту от радиации. Все эти факторы напрямую влияют на конструкцию микромашин, что сказывается на массе, габаритах и энергетических показателях.
