CC BY
42
ватели входного электрического сопротивления в режимах управления технологическими процессами, кроме преобразования напряжения, частоты, одновременно изменяют входное электрическое сопротивление установок. Данные преобразователи обеспечивают минимально необходимый действующий ток, потребляемый из сети технологическими установками, то есть обеспечивают высокий коэффициент мощности и практически исключают нелинейные искажения потребляемого тока. Технологические установки с данными преобразователями, в отличие от отечественных и зарубежных аналогов, не требуется оснащать компенсирующими устройствами, входными и выходными фильтрами и применять экранированные кабели.
Литература
1. Расстригин В.Н. Основы электрификации тепловых процессов в сельскохозяйственном производстве. - М.: Агропромиздат, 1988. - 255 с.
2. Альтгаузен А.П. Применение электронагрева и повышение его эффективности. - М.: Энергоатомиз-дат, 1987. - 128 с.
3. Астраханцев Л.А. Тиристорные регуляторы для управления мощностью электронагревателей II Техника в сельском хозяйстве. - 1990. - № 6. - С. 59-60.
4. Демиденко В.И., Пивоваров Л.М. Отопительно-вентиляционные установки с устройствами управления «Электротерм» II Техника в сельском хозяйстве. - 19S7. - № 6. - С. 32-36.
--------♦-----------
УДК 631.316 Д.С. Болотов
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В ПОЛОСЕ ЗАХВАТА ЭЛЕКТРОДНОЙ СИСТЕМЫ
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КУЛЬТИВАТОРА В ВИДЕ КАТКОВ В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ
В статье рассматриваются экспериментальная установка и методика исследования электрического поля электротехнологического культиватора в полевых условиях. Приводятся результаты исследований электрического поля в полосе захвата электродной системы электротехнологического культиватора в виде катков при разном расстоянии между электродами и напряжении, подаваемом на электроды.
Ключевые слова: электротехнологический культиватор, электрическое поле, электродная система, электрод, мобильная силовая установка.
D.S. Bolotov ELECTRIC FIELD RESEARCH IN THE ELECTRODE SYSTEM LOCKING BAND OF THE ELECTROTECHNOLOGICAL CULTIVATOR IN THE FORM OF ROLLERS IN THE FIELD CONDITIONS
Experimental installation and a technique of research of an electrotechnological cultivator electric field in the field conditions are considered in the article. The results of research of an electrode system locking band of an electrotechnological cultivator in the form of rollers with different distance between the electrodes and pressure given on the electrodes are presented.
Key words: electrotechnological cultivator, electric field, electrode system, electrode, mobile power-plant.
При работе электротехнологических культиваторов (ЭТК) возникает необходимость оценки локального распределения электрического поля (ЭП) с учётом сложной геометрии и нелинейных физических свойств материалов - растительных тканей, почвенной и воздушной сред, а также конструкционных сред, используемых в электродной системе (ЭС) ЭТК [1]. Источником получения информации в биологических, почвенных, воздушных и конструкционных средах является исследование ЭП ЭС ЭТК в полевых условиях.
На рис. 1 представлен комплекс для исследований ЭП ЭС ЭТК в полевых условиях. Он включает в себя пульт управления, мобильную силовую установку (МСУ), лебедку для перемещения установки.
Рис. 1
МСУ (рис. 2) представляет собой ЭТК малой мощности и состоит из металлического каркаса, высоковольтного трансформатора и электродов (подводящих ЭП в растительную среду), измерительных электродов, креплений электродов, колес.
В качестве источника высоковольтного напряжения использован трансформатор АИИ-70 с выходным напряжением 0-50 кВ и напряжением первичной обмотки 0-100 В. Крепление трансформатора к металлическому каркасу осуществляется при помощи изоляционной площадки.
Крепление электрода представляет собой резьбовую шпильку, на которую закреплен изолятор ИО 1 0 кВ. На противоположной стороне изолятора присоединяется электрод, либо крепление электрода. Крепление электрода присоединяется к металлическому каркасу при помощи совокупности зажимов и резьбовых шпилек, позволяющих закреплять электроды на разных расстояниях относительно друг друга.
Рис. 2
Пульт управления (рис. 3) представляет собой изолированную площадку, на которой закреплены аппаратура сигнализации и защиты, лабораторный автотрансформатор, провода, розетки, разъемы и измерительные приборы. Аппаратура сигнализации и защиты представляет собой двухполюсной автоматический выключатель на 6 А и две светосигнальных арматуры красного и зелёного цвета.
Рис. 3 Рис. 4
Арматура зелёного цвета служит индикатором поданного напряжения до автоматического выключателя пульта управления, а красного - после автоматического выключателя. Лабораторный автотрансформатор на 8 А предназначен для регулирования подаваемого напряжения на высоковольтный трансформатор. Для отображения информации о вольтамперных параметрах регулирования были использованы два мультиметра: один для измерения подаваемого напряжения на первичную обмотку высоковольтного трансформатора; второй для измерения потребляемого тока. Третий мультиметр серии АРРА 305 использовался для фиксации параметров потенциала с измерительного электрода и передачи этой информации на персональный компьютер. В совокупности пульт управления и персональный компьютер представляют собой рабочее место оператора (рис. 4). Перемещение МСУ осуществлялось помощником оператора при помощи ручной лебёдки (см. рис. 1).
Для исследования была выбрана ЭС ЭТК (рис. 5) в виде катков, аналог которой уже разработан в ЧГАУ в 1980 году для уничтожения сорной растительности на паровом фоне. Исследования проводились летом 2009 года в условиях Кулундинской степи Карасукского района Новосибирской области.
Рис. 5
Полевые эксперименты по исследованию ЭП в полосе захвата ЭС ЭТК в виде катков проводились для определения зависимости изменения потенциала точек ЭП, создаваемого ЭС ЭТК от расстояния между электродами ЭС ЭТК, напряжения подаваемого на ЭС ЭТК и других факторов. Измерение потенциалов точек ЭП выполнялось стационарно размещёнными измерительными электродами по зондовой системе между потенциальным электродом (находящимся в непосредственной близости к зоне воздействия ЭП ЭС ЭТК) и условным нулевым электродом (расположенным на значительном удалении); фиксировалось высокоточным мультиметром АРРА 305 в режиме измерения переменного напряжения и передавалось на персональ-
ный компьютер в режиме реального времени. Напряжение с измерительных электродов передавалось к измерительному прибору через трансформатор напряжения НОМ 10 кВ/100 В с целью уменьшения его до безопасной для измерительного прибора величины.
Измерение удельного электрического сопротивления почвенного состава осуществлялось методом вертикального электрического зондирования по симметричной схеме Венера при помощи измерителя сопротивления заземления типа Ф4103-М1. Удельное электрическое сопротивление почвенного состава выражается по следующей формуле:
р = 2 nRa ,
где R - полученное в результате измерений значение сопротивления между электродами; a - расстояние между электродами. Для данных экспериментов среднее значение его составило 128,2 Омм, что соответствует условиям влажной почвы [2]. Измерение влажности почвы осуществлялось весовым методом в соответствии с ГОСТ 28268-89 и составило для данных экспериментов 10,6%. Температуру и влажность воздуха в непосредственной близости к зоне проведения экспериментов определили при помощи прибора Center 310. Температура воздуха составила 13,5 0С, а влажность - 54,4%.
На рис. 6 представлены зависимости изменения потенциала точки, находящейся в полосе захвата ЭС ЭТК при расстоянии 15; 17,5; 19,5 см между электродами ЭС ЭТК, при условии движения агрегата слева направо. Эксперимент осуществлялся при напряжении 5 кВ на ЭС ЭТК и слабой степени засоренности.
На рис. 7 представлены зависимости изменения потенциала точки, находящейся в полосе захвата ЭС ЭТК при подаваемом напряжении на ЭС ЭТК 5 и 6 кВ и расстоянии в обоих случаях между электродами ЭС ЭТК 15 см при условии движения агрегата слева направо. Эксперимент осуществлялся при слабой степени засоренности.
5.5
5
4.5 4
3.5 ц 3
(О
s
| 2,5
о
с
2
1.5 1
0,5
О
Рис. 6
расстояние, см
Рис. 7
По результатам исследований (рис. 6) можно сделать вывод, что при изменении расстояния между электродами ЭС ЭТК наблюдается изменение характера воздействия ЭП на обрабатываемую зону по временному диапазону: при увеличении расстояния между электродами происходит ускорение воздействия потенциала более высокого значения, однако при этом наблюдается ускорение падения потенциала после достижения максимальной его величины. Кроме того, с увеличением расстояния между электродами ЭС ЭТК наблюдается снижение значения потенциала точек, расположенных на существенном удалении от зоны воздействия, а, следовательно, снижение потерь мощности передаваемой ЭС ЭТК на растекание ЭП за зону обработки сорной растительности.
При увеличении напряжения (рис. 7), подаваемого на электроды ЭС ЭТК, не происходит существенное изменение по характеру воздействия ЭП на обрабатываемую зону во времени, меняется только его величина.
Данный исследовательский комплекс даёт возможность измерять потенциал точек ЭП ЭС ЭТК, а, следовательно, при соблюдении правил электробезопасности его можно применять для учебной и исследовательской работы в НИИ и вузах.
В дальнейшим планируется провести исследования при помощи этого оборудования на других типах ЭС ЭТК, а также сопоставить экспериментальные данные с результатами моделирования при помощи программного пакета Е!ои 5.6 для моделирования электрического поля методом конечных элементов.
Литература
1. Ляпин В.Г., Болотов Д.С. Лабораторные исследования электромагнитного поля электротехнологиче-ского культиватора // Машинно-технологическое, энергетическое и сервисное обеспечение сельхозтоваропроизводителей Сибири: мат-лы Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 100-летию со дня рождения акад. ВАСХНИЛ А.И. Селиванова (п. Краснообск, 9-11 июня 2008 г.) / Россельхозакадемия. Сиб. отд-ние. ГНУ СибИМЭ. - Новосибирск, 2008. - 648 с.
2. Калюжный А.Т. Сельскохозяйственная электронавигация: электрические свойства почвы // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - М., 2009. - № 2. - С.19-20.
---------♦-----------
УДК 631.316 Д.С. Болотов, В.Г. Ляпин
ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ ЭЛЕКТРОДНОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КУЛЬТИВАТОРА СТЕРЖНЕВОГО ТИПА ПРИ РАЗНОЙ ВЛАЖНОСТИ
ПОЧВЫ
В статье рассматривается экспериментальная установка и методика исследования электрического поля электродной системы электротехнологического культиватора на физической модели в лабораторных условиях. Приводятся результаты исследований при различной влажности почвы, а также данные моделирования в программном пакете Elcut 5.6.
Ключевые слова: электротехнологический культиватор, электрическое поле, электродная система, электрод, модель, метод конечных элементов.
D.S. Bolotov, V.G. Lyapin
LABORATORY RESEARCH OF THE ELECTRIC FIELD IN THE ELECTRODE SYSTEM OF THE BAR TYPE ELECTROTECHNOLOGICAL CULTIVATOR IN DIFFERENT SOIL HUMIDITY
Experimental installation and the research technique of the electric field in the electrode system of the electrotechnological cultivator on the physical model in vitro is considered in the article. The research results in various soil humidity and the modeling data in the Elcut 5.6 software package are given.
Key words: electrotechnological cultivator, electric field, electrode system, electrode, model, final elements technique.
Электрическое повреждение нежелательной растительности [1-2] реализуется электротехнологиче-скими культиваторами (ЭТК), рабочим органом которых является электродная система (ЭС). При работе ЭТК возникает необходимость оценки локального распределения электрического поля (ЭП) с учётом сложной геометрии и нелинейных физических свойств материалов в ЭП - растительных тканей, почвенной и воздушной сред, а также конструкционных сред, используемых в ЭС ЭТК. Одним из источников получения информации об ЭП в биологических, почвенных, воздушных и конструкционных средах является физическое моделирование ЭП ЭС ЭТК в лабораторных условиях [3]. Неоднородность почвы может вносить существенные искажения в измерения, поэтому работу с почвенной структурой можно выполнять после исследований на идеализированной модели, в качестве которой следует использовать электролит - слабые растворы соли в дистиллированной воде. Электропроводность состава, в котором располагается физическая модель ЭС, должна быть близкой к значению удельной электропроводности почвы. Для получения картины ЭП при различных значениях влажности почвы необходимо учесть, что удельное электрическое сопротивление почвы зависит от влажности и химического состава и составляет 30-300 Ом^м для влажной и 500-2000 Ом^м для сухой почвы [4].
На рис. 1 представлен лабораторно-исследовательский комплекс для исследований ЭП уменьшенных моделей ЭС ЭТК. Лабораторные исследования ЭП ЭС ЭТК включают следующие этапы: создание модели ЭС ЭТК и размещение в электролитической ёмкости; определение удельной электропроводности электролита; получение экспериментальных данных об ЭП для построения картины поля; сравнение экспериментальных данных с расчетными, полученными с помощью методов конечных элементов, конечных разностей и др.; формирование выводов о результатах моделирования [3].
Для объекта исследований была выбрана ЭС ЭТК (рис. 2, а) стержневого типа, разработанная в ЧГАУ, для уничтожения сорной растительности на паровом фоне. На рис. 2, б представлена уменьшенная в 10 раз модель выбранной ЭС.
Удельная электрическая проводимость электролита - о - определяется с помощью измерительного устройства (рис. 3, б) (по системе амперметр - вольтметр), состоящего из двух пластинчатых электродов, прикреплённых к двум боковым противолежащим стенкам ванны, представляющей собой параллелепипед с отсутствующей верхней стороной. Схема измерения удельной электрической проводимости электролита представлена на рис. 3, а, в (схема измерения, процесс измерения).
