Дуплексный электропропольщик емкостного типа, гроза сорняков

Автор: Тышкевич Е.В.

Дуплексный электропропольщик емкостного типа относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использован в сельском хозяйстве для уничтожения сорной растительности, пасынкования, а также проведения технологий, связанных с воздействием электрическим током на растительные объекты.

Дуплексный способ воздействия электрическим током на биообъекты подробно изложен в описании патента  RU 2366158.

Функциональная схема дуплексного электропропольщика емкостного типа.

На рисунке представлена упрощенная функциональная схема и эпюры вольтамперных характеристик дуплексного электропропольщика емкостного типа. На эпюрах не показаны переходные и колебательные процессы напряжений и токов.

Устройство содержит автономный источник питания 1, кнопочный коммутатор 2, генератор импульсов 3, два буферных каскада 4, 8, первый емкостный умножитель напряжения 5, диоды 6, 7, второй емкостный умножитель напряжения 9, а также активный 10 и заземленный 11 электроды.

Описание работы дуплексного электропропольщика емкостного типа.

В основе работы устройства лежит принцип преобразования электрической энергии автономного источника питания постоянного тока, например, аккумулятора, в высоковольтные импульсы дуплексного воздействия, сформированные посредством двух однополярных емкостных умножителей напряжения.

При подключении автономного источника питания 1 с помощью кнопочного коммутатора 2 к генератору 3, представляющего собой инвертор, на выходе последнего (a) вырабатываются прямоугольные импульсы, которые через буферные каскады 4 и 8 поступают на входы первого 5 и второго 9 емкостных умножителей напряжения. Под действием этих импульсов на выходах первого 5 (b) и второго 9 (с) умножителей, выполняющих роль емкостных накопителей электрической энергии, образуются два различных по величине напряжения u1 и u2 положительной или отрицательной полярности (на рисунке показана положительная полярность), причем амплитудное значение напряжения u1 превосходит u2. В результате, активный электрод 10 посредством диодов 6 и 7 оказывается под напряжением обоих умножителей 5 и 9. Электрод 11 имеет нулевой потенциал, поскольку он соединен с заземленной шиной устройства. Воздействие на растительные объекты осуществляется с помощью электродов 10, 11.

Буферные каскады 4 и 8 выполняют функции развязки между генератором 3 и обоими умножителями напряжения 5, 9. Они улучшают нагрузочные характеристики инвертора, осуществляя при этом защиту от коротких замыканий со стороны активного электрода 10. Диоды 6, 7 предотвращают взаимовлияние умножителей 5, 9 во время накопления электрической энергии до момента активного разряда.

В начальный период работы схемы t0-t1 под действием импульсов генератора 3 (эпюра а) на выходах обоих умножителей 5, 9 образуется постоянное напряжение положительной полярности u1 и u2 (эпюры b, c), в результате чего на активном электроде 10 через открытый диод 6 устанавливается напряжение u1. При этом диод 7 заперт обратным напряжением, поскольку величина потенциала u1 превышает значение u2. В момент времени t1 на выходах умножителей 5, 9 устанавливаются максимальные значения напряжений, накопление электрической энергии заканчивается, электропропольщик готов к работе, коммутатор 2 может быть разомкнут.

Если в момент времени t2 активный электрод 10 привести в соприкосновение с сорным растением, то в месте контакта под действием напряжения u1 произойдет пробой изоляции растительного объекта, в результате чего внутри него образуется проводящий канал, при этом напряжение u1 на отрезке времени t2-t3 резко уменьшается (эпюра b), а ток возрастает (эпюра d). В точке t3 напряжение на выходе умножителя 5 u1 достигает значения u2 (эпюра b) и становится равным напряжению u2 на выходе умножителя 9 (эпюра c). При дальнейшем понижении напряжения u1 на умножителе 5 на отрезке времени t3-t4 (эпюра b) диод 7 открывается, подключая заряженный емкостный умножитель 9 к электродам 10, 11. Операционный (силовой) импульс, поступающий от умножителя 9 через открытый диод 7 на активный электрод 10, накладывается на проводящий канал, сформированный разрядным током умножителя 5 (эпюра d, t3-t4), при этом воздействие на сорное растение осуществляется суммарным током обоих емкостных накопителей 5, 9.

Таким образом, на растительный объект производится дуплексное воздействие от двух источников электрической энергии: первого 5 и второго 9 емкостных умножителей. Первый 5 формирует канал проводимости, а второй 9 осуществляет силовое воздействие, обеспечивая желаемый результат - уничтожение сорного растения.

К моменту времени t4 действие операционного импульса заканчивается (эпюра с), напряжение на умножителях 5, 9 принимает минимальное значение, проводящий канал прекращает свое существование, ток через растительный объект становится равным нулю (эпюра d). В дальнейшем, при следующем замыкании коммутатора 2 умножители 5, 9 заряжаются до исходных значений напряжений u1 и u2, затем цикл повторяется.

Дуплексный электропропольщик емкостного типа способен работать и в непрерывном режиме, при этом частота следования дуплексных импульсов воздействия определяется главным образом собственной частотой генератора импульсов 3, принципиальной схемой умножителей, временем контакта активного электрода с растительным объектом и состоянием остаточной проводимости в месте прохождения операционного импульса.

Высокое быстродействие устройства обеспечивается при значениях опорной частоты инвертора не ниже 23кГц.

Напряжение на выходе умножителя 5, необходимое для формирования проводящего канала, может достигать 1,5...5,0кВ.

Напряжение на выходе умножителя 9, формирующего операционный импульс, находится в диапазоне 150...500В.

Амплитудное значение максимального тока операционных импульсов может составлять 70…150А.

Дуплексный электропропольщик емкостного типа обладает простой конструкцией, имеет небольшие габариты и массу, высокий КПД и широкий диапазон использования.