IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Реальные условия эксплуатации источников облучения растений в вегетационных климатических установках (ВКУ) характеризуются непостоянством параметров их электрическо­го питания. Существующим стандартам допускается отклоне­ние напряжения в осветительных установках в пределах ±10% от номинального[ 1 ].

Такие режимы питания приводят к существенным откло­нениям параметров ламп от номинальных и к дополнительным потерям энергии при передаче ее к растениям. При этом на­рушаются исходные спектральные характеристики потока, снижается эффективность преобразования электрической энергии в оптическое излучение и, как следствие, технологи­ческий эффект [3].

Но нестабильность напряжения U_cхарактеризуется не только длительными отклонениями его средней величины от номинальной. Важной качественной характеристикой, влияю­щей на эффективность использования ламп, является ампли­туда и длительность кратковременных колебаний напряжения относительно установившегося среднего значения. Величина и частота размахов изменения напряжения (РИН) ограничи­вается стандартом (рисунок 1). Недопустимая длительность меньше величины постоянной времени спектральных линий ГЛ.

Необходимость учета влияния размахов изменений напряжения (РИН) на спектральные пара­метры газоразрядных ламп (ГЛ) для растений подтвержда­ется данными по динамике изменения интенсивности излучения отдельных линий ламп при единичных cкачках напряжения (рисунок 2). Для линий добавок натрия и скан­дия в спектре растениеводческих ламп ДРИ-2000 характерно следование изменению напряжения с постоянной времени, за­висящей от величины колебаний U_c.В то же время поток линий ртути изменяется скачкообразно при мгновенных колебаниях U_c, а затем следует изменениям напряжения с запаздыванием. Таким образом, при мгновенных колебаниях U_cинерционность линий ртути и линий добавок отличается при­мерно на порядок.

При воздействии на ГЛ реальных РИН интенсивность на­иболее значительных линий в спектре ламп предлагается рас­сматривать как случайные функции времени и характеризо­вать их корреляционными функциями [5].Тогда их количе­ственные характеристики могут быть получены путем реали­зации случайных процессов [7].

Рисунок 1 - Допустимые значения размахов изменений напряжения (δUt, %), в зависимости от частоты (F, 1/мин) и интервала времени (Δtд, с) между размахами.1 — лампы накаливания, 2 — газоразрядные лампы

Рисунок 2 - Изменение излучения линий ртути 546 нм (2) и добавки натрия 589 нм (1) при включении лампы ДРИ-2000 (а) и единичном скачке напряжения (б)

Для оценки и контроля параметров ГЛ с учетом различ­ных вариантов размахов изменения и частоты отклонений пи­тающего напряжения было разработано специальное устройство, позволяющее изменить условия питания ламп по задан­ной программе. Устройство представляет тобою генератор псевдослучайных последовательностей (ГПП) чисел, выпол­ненных на микроэлектронной базе. Генерация значений откло­нения напряжения на его выходе осуществляется по нормальному закону распределения, что соответствует реальным колебаниям [7].

Основным функциональным узлом ГПП является регистр сдвига на цифровых микросхемах, в которых определенным образом введена обратная связь на основе элементов «исключающее или» [6]. Апериодические кодовые последовательности, которые может генериро­вать n - разрядный регистр сдвига, имеют разрядность N = (2п—1) бит. С помощью Н- разрядного регистра сдвигаможно, следовательно, получать псевдослучайную последова­тельность15- бит, что соответствует реальным колебаниям сети .

Функциональная схема ГПН приведена на рисунке 3. Частота генерации задается генератором тактовых импульсов ГТИ, представляющим собою таймер с регулируемой выдержкой времени. На выходе PC с заданной частотой получается псевдослучайная последовательность в четырехразрядном двоичном коде. Сигналы с выходов PC поступают на усили­тели мощности УМ, которые осуществляют включение-вык­лючение выходных реле ВР. Контакты реле производят ком­мутацию резисторов R1—R4 блока управления БУ симисторными ключами в первичной обмотке вольтодобавочного транс­форматора ВДТ. Последний осуществляет «отбавку-добавку» напряжения в цепь питания ИС. Сопротивления резисторов R1—R4 подобраны в пропорции 1: 2 : 4 : 8. При этом макси­мальное сопротивление всей резисторной цепочки обеспечи­вает напряжение на ИС равное 0,95U_н, а минимальное со­противление цепочки соответствует напряжению

U=1,05U_H. Таким образом, получаем псевдослучайную последователь­ность РИН в пределах ±5,0% и с дискретностью 0,66 от номинального (среднего) значения напряжения.

Рисунок 3 - Функциональная схема генератора колебаний напряжения

Величина и длительность отклонений задаются с учетом стандарта [1] и постоянных времени ИС.Принципиальная схема ГПП приведена на рисунке 4.

Рисунок 4– Схема электрическая принципиальная генератора псевдослучайных напряжений

Таймер ДА1 вырабатывает управляющие сигналы с заданной часто­той (от 1 до 0,03 Гц) и управляет 16-разрядным регистром сдвига с обратной связью на микросхемах ДД2-ДД5. На вы­ходе регистра в двоичном коде формируется случайное чис­ло, поступающее на базы транзисторов VT1—VT4, которые в свою очередь управляют выходными реле.Выходные реле ГПП своими контактами осуществляют коммутацию вторичных обмоток вольтодобавочного транс­форматора, расположенных в цепи питания комплекта дрос­сель - ГЛ. При этом на зажимах комплекта напряжение от­носительно его среднего значения меняется с заданной часто­той по нормальному закону распределения.

Разработанное устройство применяется в составе комплек­са технических средств для контроля параметров ГЛ и позво­ляет оценить спектральные характеристики ламп с учетом динамики их изменения в реальных условиях электрического питания.

Литература

1.ГОСТ 32144-2013 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения

2.Беззубцева М.М. Электротехнологии и электротехнологические установки; учебное пособие. – СПб,СПбГАУ. 2011 – 242 с.

3.Гулин С.В. Энергетическая эффективность спектральных параметров облучательных установок селекционных климатических сооружений// Известия МААО,№18 – 2013 – C.8 -11.

4.Гулин С.В. Регулирование мощности газоразрядных источников облучения растений в вегетационных климатических установках// Проблемы механизации и электрификации сельского хозяйства. – Краснодар, 2014 – C.232-235.

5.Гулин С.В., Пиркин А.Г. Оценка влияния нестабильности питающего напряжения на эффективность функционирования облучательных установок в сооружениях защищенного грунта. Известия СПбГАУ,СПб – 2015- №40 – С.259-264.

6.Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство / М.: Мир, 1982. - 512 с.,

7.Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения М.: Высшая школа, 2000. - 480с.

Код для цитирования: Скопировать