Мультиканальный дуплексный электропропольщик

Автор: Тышкевич Е.В.

Мультиканальный дуплексный электропропольщик как эффективное средство борьбы с сорняками позволяет многократно увеличить частоту следования разрядных импульсов, сохраняя их электрофизические характеристики на высоком уровне.

Несмотря на очевидные преимущества дуплексного способа воздействия на сорную растительность электрическим током с целью ее подавления, существуют некоторые ограничения, связанные с частотой посылок операционных импульсов во время процедуры обработки.

Дуплексный способ подробно изложен в описании патента  RU 2366158.

Рассмотрим простейшую функциональную схему дуплексного электропропольщика, изображенную на Рис. 1. Концепция формирования пилотного и операционного импульсов аналогична заявленной в патенте  RU 2380872.

Устройство содержит тактовый генератор 1, вырабатывающий прямоугольные импульсы управления (эпюра а), четыре электронных ключа 2, 3, 5, 6, инвертор 4, импульсный высоковольтный трансформатор 7, накопительный конденсатор 8 и электроды 9 и 10. Питание высоковольтного трансформатора осуществляется от источника напряжения Е1. Накопительный конденсатор получает энергию от источника напряжения Е2. Для исключения взаимного влияния трансформатора 7 и конденсатора 8 во время прохождения разрядных импульсов ключи 2, 3, 5, 6 в открытом состоянии должны иметь одностороннюю проводимость. На активный электрод 9 подаются электрические импульсы воздействия, а электрод 10 соединен с общей шиной устройства. Сорная растительность уничтожается в момент ее соприкосновения с активным электродом 9.

Описание работы дуплексного электропропольщика.

Под действием управляющих импульсов тактового генератора 1 электронные ключи 2, 3, 5, 6 последовательно переходят из закрытого в открытое состояние и наоборот. При этом, если ключи 2, 3 закрыты, то ключи 5, 6 открыты или, если ключи 2, 3 находятся в проводящем состоянии, то ключи 5, 6 разрывают коммутируемую цепь. Переход электронного коммутатора в открытое состояние происходит под действием высокого уровня напряжения на его управляющем входе (показан стрелкой). Низкий или нулевой уровень на управляющем входе любого из ключей переводит его в закрытое состояние.

В начальный момент во время первого полупериода работы тактового генератора 1 на его выходе появляется напряжение высокого уровня или единичный сигнал (эпюра а), который переводит ключи 5, 6 в открытое, а ключи 2, 3 посредством инвертора 4 в закрытое состояние (эпюра b). Первичная обмотка высоковольтного трансформатора 7 и накопительный конденсатор 8 оказываются отключенными от источников питания Е1 и Е2, в то время как вторичная обмотка трансформатора 7 и верхняя обкладка конденсатора 8 оказываются замкнутыми на активный электрод 9. Поскольку в индуктивном 7 и емкостном 8 накопителях электрическая энергия отсутствует, то разряда между электродами 9 и 10 не происходит.

Во время второго полупериода работы генератора 1 на его выходе появляется сигнал низкого уровня напряжения (эпюра а), при этом на выходе инвертора 4 присутствует высокий потенциал (эпюра b). Ключи 5 и 6 закрываются, размыкая разрядные цепи на электроды 9 и 10, ключи 2, 3 открываются, подключая индуктивный 7 и емкостный 8 накопители энергии к источникам питания Е1 и Е2 соответственно. Через первичную обмотку трансформатора 7 начинает протекать ток от источника питания Е1, а конденсатор 8 заряжается до напряжения источника Е2.

Следующий (третий) полупериод работы генератора 1 (эпюра а) полностью повторяет первый, но с той лишь разницей, что накопленная электрическая энергия трансформатора 7 и конденсатора 8 во время предыдущего цикла разряжается через электроды 9 и 10 дуплексным способом.

Индуктивный накопитель 7 способен вырабатывает импульсы напряжения на вторичной обмотке амплитудой 8...12кВ и выше. Напряжение емкостного накопителя 8 определяется параметрами источника питания Е2 и обычно не превышает 1500В.

На практике, во время процедуры электропрополки электрод 10 соединяется с землей, осуществляя функции общего контакта, а активный электрод 9 методически входит в соприкосновение с сорными растениями, обеспечивая надежный контакт между электродом 9 и сорняком.

В момент касания активным электродом 9 сорного растения на него сначала действует импульс высокого напряжения от высоковольтного трансформатора 7, поскольку величина напряжения накопительного конденсатора 8 не достаточна для того, чтобы пробить изоляцию поверхностного слоя сорного растения. Эту задачу выполняет высоковольтный трансформатор 7, в результате чего через сорняк лавинообразно начинает проходить ток, который образует проводящий канал между электродами 9 и 10. Увеличение тока в проводящем канале приводит к резкому понижению напряжения между электродами 9 и 10, и в то мгновение, когда напряжение в проводящем канале достигает уровня напряжения на конденсаторе 8, последний начинает разряжаться через проводящий канал многократно увеличивая ток разряда трансформатора 7 (эпюра с). В результате дуплексного электрического воздействия растение уничтожается.

Первичный импульс, поступающий в разрядную цепь от индуктивного источника 7, является пилотным. Он пробивает изоляцию растения и формирует проводящий канал. Следующий за пилотным импульс от емкостного накопителя 8, который накладывается на проводящий канал, является операционным или импульсом силового воздействия. Он определяет конечный результат процедуры уничтожения сорняков.

Опыты показали, что однократного воздействия силовым импульсом любой мощности явно не достаточно для полного уничтожения сорного растения, особенно если оно имеет массивный стебель и разветвленную корневую систему. Для полного уничтожения необходимо приложить десятки импульсов, последовательно разрушая структуру растения многочисленными разрядами через вновь образующиеся проводящие каналы. Поэтому, радикальным способом повышения эффективности работы аппаратных средств электрического подавления сорняков является, помимо увеличения энергии разряда, повышение частоты следования разрядных импульсов.

Основным фактором, препятствующим увеличению частоты посылок разрядных импульсов электропропольщика, является время накопления электрической энергии в индуктивности 7 и емкости 8. Время накопления энергии для большинства устройств превышает время разряда в 5...12 раз. Для того чтобы существенно повысить показатели быстродействия необходимо объединить несколько каналов формирования импульсного разряда в один магистральный, используя принцип мультиплексирования.

Мультиканальный дуплексный электропропольщик.

Если посмотреть на схему, изображенную на Рис.1, то ее можно разделить на три отдельных функциональных блока: тактовый генератор 1, формирователь дуплексных импульсов (ФДИ) и блок электродов 9, 10, причем формирователь дуплексных импульсов имеет один управляющий вход и один выход. Это обстоятельство позволяет сформировать несколько каналов автономных разрядных блоков с одним общим выходом, объединив их специальной схемой управления.

На Рис.2 представлена функциональная схема мультиканального дуплексного электропропольщика с одним общим выходом, содержащего четыре канала формирования дуплексных импульсов.

Устройство содержит тактовый генератор 1, кольцевой счетчик с дешифратором один из четырех 11, четыре формирователя дуплексных импульсов 1, 2, 3, 4 и электроды 9, 10. Выходы формирователей дуплексных импульсов объединены общим проводом и подключены к активному электроду 9.

Описание работы мультиканального дуплексного электропропольщика.

Генератор 1, формирователи 1, 2, 3, 4 и электроды 9, 10 по сути аналогичны изображенным на Рис.1. Кольцевой счетчик 11 представляет собой цифровое счетное устройство с четырьмя выходами, управляемое тактовым генератором 1. При поступлении на вход счетчика 11 очередного управляющего импульса на одном из его выходов образуется высокий уровень напряжения, в то время как на остальных выходах устанавливается низкий потенциал (эпюры а, n1, n2, n3, n4). В режиме непрерывной работы высокий потенциал на выходах счетчика 11 циркулирует по замкнутому кругу, осуществляя последовательное управление блоками ФДИ1...ФДИ4.

Появление первого тактового импульса на входе счетчика 11 (эпюра а) переводит его выход n1 в состояние высокого уровня напряжения (эпюра n1). На остальных выходах n2, n3, n4 устанавливается низкий потенциал (эпюры n2, n3, n4). Это значит, что индуктивный и емкостный накопители энергии блока ФДИ1 подключаются к активному электроду 9 (по аналогии описания схемы на Рис.1), а ФДИ2, ФДИ3 и ФДИ4 находятся в состоянии накопления электрической энергии.

Второй тактовый импульс вызывает появление высокого уровня напряжения на выходе n2 счетчика 11. В этом случае индуктивный и емкостный накопители энергии блока ФДИ2 подключаются к активному электроду 9, формируя дуплексный разряд (эпюра с), поскольку во время предыдущего тактового импульса на них была накоплена электрическая энергия.

Следующий тактовый импульс переведет в активный режим блок ФДИ3, подключив остальные формирователи к источникам питания. В дальнейшем работа мультиканального устройства будет происходить аналогичным образом. Следует заметить, что активация одного из каналов формирователей импульсов не оказывает влияния на работу остальных, поскольку они отключены от активного электрода 9 закрытыми электронными ключами.

Из эпюр, изображенных на Рис.2 видно, что каждый из формирователей дуплексных импульсов один такт находится в состоянии разряда и три такта в состоянии накопления энергии. Следовательно, мультиканальный электропропольщик позволяет увеличить частоту следования разрядных импульсов как минимум в три раза, не изменяя конструкции самого формирователя. В действительности, количество каналов ФДИ может быть больше или меньше четырех в зависимости от соотношения времени накопления энергии данным устройством к времени разряда, при этом количество выходов кольцевого счетчика должно соответствовать количеству коммутируемых каналов формирования дуплексных импульсов.

Мультиканальный дуплексный электропропольщик позволяет значительно повысить эффективность подавления сорной растительности, а также уменьшить вероятность появления повторных всходов, это могучее средство борьбы с сорняками!