Проектирование электрических машин переменного тока - Требования, предъявляемые к проектируемой машине

ГЛАВА ПЕРВАЯ
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1-1. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ПРОЕКТИРУЕМОЙ МАШИНЕ
Приступая к проектированию новой электрической машины, конструктор должен прежде всего ясно представить и сформулировать требования, предъявляемые к этому проекту. Естественно, что эти требования будут в какой-то мере отличаться от предъявляющихся ранее к подобным машинам, но в то же время будут иметь много общего.
Электрическая машина — это устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую (генератор) или электрическую в механическую (двигатель). Успешное длительное осуществление этого процесса — само собою размещающееся первое требование к электрической машине. В государственных стандартах (ГОСТ), нормалях и технических условиях зафиксированы общие для всех машин данного типа и для конкретной машины требования к качеству, гарантирующие успешную работу машины в различных режимах. Это значения предельных температур обмоток при длительной работе с номинальной мощностью, форма кривой напряжения, номинальный коэффициент мощности (cos φ), синхронная реактивность, статическая перегружаемость и тому подобные параметры.
Кроме того, электрическая машина должна в течение определенного  времени работать в условиях, отличающихся от номинальных по величине тока, напряжения или частоты, развивая мощность, равную номинальной или меньшую, в зависимости от степени отклонения режима от номинального.
В процессе эксплуатации возможны аварийные состояния электрической системы, параллельно с которой работает машина (короткие замыкания и неполнофазные режимы), внезапные изменения нагрузки и вызванные этими изменениями колебания тока, частоты и напряжения, нарушения симметрии токов, изменения формы кривых напряжений и токов; словом, в процессе эксплуатации возможны переходные и анормальные режимы, которые машина должна выдерживать с достаточной надежностью. Это требование является одним из основных при проектировании новой машины.
В стандартах и нормалях, как правило, установлены определенные границы для заданных величин, причем большинство величин ограничены сверху (например, температура) или снизу (например, кратность допустимой кратковременной перегрузки по току). Естественно, что сами эти границы устанавливаются возможностью изготовления машин. Однако новые конструкции часто позволяют изготовить машину так, чтобы значения основных характеристик ее режимов не достигали предписанных границ.
С точки зрения повышения надежности это может оказаться выгодным, но большие запасы, бесспорно, невыгодны с точки зрения экономики.
Экономические требования в самом широком смысле сводятся к тому, чтобы процесс преобразования энергии с помощью новой машины давал большую экономию общественного труда, чем с помощью старой. Эта экономия в силу объективных законов должна проявляться и в сфере производства электрических машин и в сфере их применения. Если новый, более дешевый генератор не позволяет удешевить электростанцию (с учетом его собственной стоимости) или повысить к. п. д. либо обладает настолько пониженными значениями эксплуатационных параметров, уменьшающих надежность работы системы, что снижение стоимости генератора вызывает значительное увеличение эксплуатационных затрат, то его применение экономически невыгодно.
Аналогично может оказаться невыгодным снижение эксплуатационных затрат ценой существенного удорожания генератора.
Поэтому новые электрические машины общепромышленного назначения, как правило, проектируются таким образом, чтобы их применение принесло существенный экономический эффект.
Определенные требования к конструкции вновь проектируемой машины предъявляются существующим уровнем производства. Применение новых станков и оснастки, разработка и внедрение новых материалов и тому подобные мероприятия требуют значительных капитальных затрат и большого времени. Передовые технические идеи иногда довольно долго не находят применения, если их осуществление связано с коренной перестройкой производства, не окупаемой немедленно экономией общественного труда.
Конструктор должен учитывать существующий уровень производства и реальную возможность его усовершенствования, с тем чтобы нужные технологические мероприятия можно было осуществить в течение срока освоения новой машины.
Особенно разнообразны, наконец, эксплуатационные требования. Мощные генераторы должны быть удобны для обслуживания, их конструкция должна допускать максимальную автоматизацию управления, быть удобной с точки зрения монтажа и ремонта.
Электрические машины, предназначенные для привода различных механизмов и средств транспорта, должны работать в определенных средах, их конструкция зависит от расположения машины, часто масса машины или ее размеры ограничиваются габаритами механизма. Многообразие эксплуатационных требований настолько велико, что нет смысла характеризовать его здесь: ниже мы приведем достаточно примеров, позволяющих уяснить способы выполнения этих требований.
Совершенно очевидно, что удовлетворить все требования в равной степени невозможно, более того, некоторые из них нельзя охарактеризовать с помощью точных оценок или математических зависимостей.
Поэтому при разработке проекта одной и той же машины на различных предприятиях или разными конструкторами могут быть выдвинуты различные конструктивные решения. Задача научного обоснования и оценки проекта состоит в том, чтобы при приемлемом удовлетворении основных требований, предъявляемых к машине, проект был оптимальным по наиболее важному для данного случая критерию.