Тема 3
Вибір потужності електродвигунів механізмів лісової і деревообробної промисловості
- Загальні поняття про вибір потужності електродвигунів
Для розрахунку потужності електродвигуна механізму і вибору його за каталогом треба визначити окремі технологічні і енергетичні показники, до яких відносяться: рід струму; величина напруги живлення; частота струму; швидкість обертання електродвигуна і необхідність її регулювання; режим роботи; кількість пусків (неробочих і під навантаженням); механічна характеристика робочого механізму і вимоги, що ставляться до способу його кріплення, ступень захищеності електродвигуна від впливу навколишнього середовища. Ці показники та їх вибір залежать від системи електроспоживання підприємства, від технологічного процесу виробництва і умов роботи електроприводу.
Вибір роду струму визначається електропостачальною системою підприємства. Найбільш розповсюджена система трифазного струму з частотою 50 Гц. Вона передбачає застосування на підприємствах асинхронних електродвигунів, які мають просту конструкцію, надійні в роботі, мають різні ступені жорсткості механічних характеристик, мають різні пускові властивості, тобто задовольняють більшість вимог, що ставлять до електроприводів лісозаготівельних і деревообробних верстатів і механізмів. Але якщо потрібне плавне регулювання швидкості у великому діапазоні, то перевагу слід віддати двигунам постійного струму паралельного і незалежного збудження.
Напруга живлення визначається потужністю електродвигунів приводи. Для електродвигунів великої потужності доцільно використовувати високу напругу. Діапазон потужностей електродвигунів, що застосовують у лісовій і деревообробній промисловості, коливається від одиниць до сотень кВт. Для їх живлення використовують в основному напругу ЗМІННОГО струму 380 і 220 В, та постійного струму 110 і 220 В.
При виборі швидкості електродвигуна оптимальним вважається варіант, при якому електричний двигун і робочий механізм будуть з’єднані безпосередньо, тобто їх швидкості будуть однакові. Це спрощує кінематичну схему привода. Прикладом такого рішення є електроприводи фрезерних, фуговальних, рейсмусових верстатів.
Якщо швидкість обертання робочого механізму невелика, то можливі два рішення. Перше - застосування тихохідних електродвигунів із безпосереднім з’єднанням його з робочим механізмом. Друге — застосування швидкохідного електродвигуна з передавальним механізмом. При цьому слід враховувати, що мінімальна швидкість асинхронного двигуна 580-590 об/хв, а багатошвидкісного - 460-480 об/хв. Але швидкохідні електродвигуни за габаритами менше, мають меншу вагу, більший ККД, споживають менше реактивної енергії ніж тихохідні однакової потужності.
За способом кріплення і розташування вала в деревообробній і лісовій промисловості використовують три основні модифікації електродвигунів: перша - з горизонтальним розташуванням вала і кріпленням статора за допомогою лап і болтів; друга - з вертикальним розташуванням вала і кріпленням за допомогою фланців; третя - з горизонтальним розташуванням і кріпленням за допомогою фланців. При виборі потужності і типу електродвигуна слід враховувати спосіб передачі крутного моменту, а також наявність осьового навантаження на вал двигуна.
За ступенем захищеності від дії навколишнього середовища у лісовій і деревообробній промисловості використовують електродвигуни захищені і закриті. В захищених електродвигунах корпус і підшипникові щити закриті, а обертові і струмоведучі частини електричної машини захищені від випадкового торкання та від попадання всередину двигуна сторонніх предметів і крапель води під кутом 45°. Але ці електродвигуни не мають захисту частин від попадання пилу, газів, вологи, деревинного пилу. Тому захищені електродвигуни недоцільно встановлювати у запилених, загазованих цехах і на відкритому повітрі.
В двигунах закритого виконання корпус і підшипникові щити не мають отворів для входу і виходу охолоджуючого повітря, тому середина електричної машини практично не зв’язана з зовнішнім середовищем. Охолодження здійснюється за рахунок зовнішнього обдуву ребер корпуса. Ця обставина дає змогу застосувати закриті електродвигуни для приводу механізмів, що встановлені в запилених приміщеннях з хімічно неагресивним і вибухонебезпечним середовищем. В багатьох випадках такі електродвигуни відповідають умовам роботи підприємств лісової і деревообробної промисловості.
Робота різних механізмів супроводжується постійними коливаннями навантаження. Це пов’язано не тільки зі зміною технологічного режиму, але і з тим, що при механічній обробці деревини з різними фізико-механічними властивостями для однієї оброблюваної заготовки потрібна різна потужність. До того ж, в деяких випадках величина навантаження має випадковий характер, наприклад, при розкряжовці, при роботі лебідок і ін. Потужність електродвигуна повніша строго відповідати величині і характеру навантаження. Якщо потужність вибраного електродвигуна занижена, то він буде працювати з перевантаженням, а це буде приводити до перегріву окремих його частин, збільшенню втрат. Строк служби цих електроприводів скорочується у десятки разів. Крім того вони не забезпечують роботу при короткочасних пікових навантаженнях. Якщо потужність вибраного електродвигуна більше потрібної, то він працює недовантаженим, його ККД знижується, а споживання реактивної енергії збільшується.
Тому потужність вибраного електродвигуна повинна бути такою, щоб забезпечити виконання відповідної роботи, витримуючи при цьому умову нагріву, тобто температура нагріву ізоляції обмоток при роботі електродвигуна не повинна бути більше ніж та, що допустима для даного класу ізоляції. Клас ізоляції визначається нагрівостійкістю електроізоляційного матеріалу. Допустиме перевищення температури обмоток над температурою навколишнього середовища називається температурою перегріву τдоп і її значення складає від 55° до 180° С для різних класів ізоляції.
Існує сім основних режимів роботи електродвигунів в залежності від τдоп. В деревообробній промисловості найбільш поширене використання електродвигунів, які працюють в режимах S1 (тривалий), S2 (короткочасний) і S3 (повторно- короткочасний). Для вибору потужності електродвигуна важливим є не тільки режим його роботи, але й графік навантаження
Якщо електричний двигун повинен працювати у режимі SI і його графік навантаження незмінний, то вибір потужності електродвигуна проводиться за емпіричними формулами, і умова вибору:
При змінному графіку навантаження і режимі S1 вибір потужності електродвигуна здійснюється за методом середніх втрат, або середньо квадратичних еквівалентних величин (струму, моменту потужності) з наступною перевіркою на перевантажувальну здатність, тобто умова вибору: 
Для електродвигунів, що повинні працювати в режимі S2, вибір потужності проводиться за методом середньоквадратичних еквівалентних величин з врахуванням коефіцієнтів теплового І механічного перевантаження, тобто:
Стандартні значення ТВ%: 15,25,40,60 %. Якщо значення ТВ% розрахункове не відрізняється від стандартного значення, то вибір потужності електродвигуна проводиться за методами середньоквадратичних еквівалентних величин (струму, потужності, моменту) за умови : Р^Р^а каталогом. У випадку, коли розрахункове значення ТВ% відрізняється від ТВ% стандартного, то знаходиться розрахункове значення потужності: 
- розрахункова і стандартна тривалість увімкнення у відносних одиницях.
Тоді кінцева умова вибору потужності електродвигуна для режиму
3.2 Вибір потужності електродвигуна електропили
Електропили використовують у лісовій промисловості для пиляння дерев у лісі, а також для розділення деревини. Електродвигуни, що застосовують в електропилах, працюють у режимі частих увімкнень та вимкнень, тому для вибору їх потужності може бути використаний метод середніх втрат.
Для електродвигунів з однією парою полюсів і частотою змінного струму 200 Гц можна приймати γ= 0,55 і β=0,515 .
Втрати потужності під час пуску, на пиляння і під час переходів визначаються за загальноприйнятими в електроприводі формулами, а також за формулами, що подані в літературі по різанню деревини.
Умова вибору потужності електродвигуна
Попереднє значення потужності електродвигуна електропили можна визначити за формулою:
Потужність електродвигуна, що вибрана за методом середніх втрат, повніша уточнюватися по допустимій кількості увімкнень пили за годину, згідно формули:
ТВ - тривалість увімкнення у відносних одиницях.
Для забезпечення надійної роботи електродвигуна і необхідної кількості пусків електропили потужність електродвигуна, що розрахована і вибрана за методами середніх втрат повинна бути збільшена на 5-10 % для електропил, які призначені для пиляння м’якої деревини, та на l0-15 % для електропил, що призначені для пиляння твердої деревини.