Обогрев пчёл фальшь-доньями Кинева, схемотехника

Оставлен Evgenij Bortnik Пнд, 11/23/2015 - 13:49
Аватар пользователя Evgenij Bortnik

Общий вид схемы подключения комплекта фальшь-доньев показана ниже. В простейшем случае комплект состоит из 10 фальшь-доньев и источника питания. Каждое дно (В1 – В10) имеет свой разъем ХТ1-ХТ10, на источник А1 также установлены разъемы Х2. Как правило, на источнике предусмотрена пара разъемов, по одному на каждый комплект из 10 доньев. Внутри источника установлен силовой трансформатор Т1 или группа трансформаторов. Предусмотрен модуль регулятора напряжения РН (низковольтный диммер) на основе мощного тиристора или симистора, снабженного радиатором охлаждения площадью рассеяния до 500 кв.см. Есть измерительные приборы – амперметр и вольтметр электромагнитной системы. Приближенную оценку мощности при нагреве определяют именно по приборам. Если на вольтметре 44 вольта, а амперметр показываает 9 ампер, это означает, что к десяти фальшь-доньям подведено 0,4 кВт активной мощности. Не трудно определить, что на каждый улей приходится в среднем по 40 Вт. Причём качество медных соединительных проводов должно быть отличным, а сечение более 2,5 кв.мм, чтобы потери напряжения к концу магистрали были маленькими. Смею уверить, что 40-50 Вт это отнюдь не мало, однако к вопросу нормирования мощности следует подойти весьма ответственно и обсудить тему более обстоятельно.

Силовая низковольтная магистраль от источника к ульям проложена по льду, двухжильным кабелем КГ или ВВГ. Длина кабеля до 30 метров, сечение 2,5-4 кв.мм. Предусмотрены разъёмы, как от источника, так и на каждом днище. Отводы от магистрали к модулям фальшь-доньев В1-В10 выполнены кабелем КГ или ШВВП сечением 0,5-0,75 кв.мм, здесь допустима только пайка с изолированием. При большем чем 10 количестве ульев применяют несколько параллельных силовых магистралей.

В фальшь-донья В1-В10 установлены электрические нагреватели ЕК1-ЕК10, режимом которых управляет терморегулятор ТР. Для контроля и управления обогревом предусмотрен модуль микроконтроллера МК. Коммуникация с ноутбуком выполняется при помощи модуля связи МС. В качестве модуля связи используется либо PLC-модем либо модуль высокочастотной радиосвязи. Выбор наиболее приемлемой и недорогой технологии связи является предметом дополнительного исследования.

В простейшей комплектации внутри фальшь-днища установлен только электрический разъём, нагревательный элемент и световой индикатор включенного состояния. Регулирование напряжения выполняется централизовано, для всех доньев одновременно. Поэтому следует, по возможности обеспечить одинаковое качество изготовления доньев для самих ульев. В этом случае условия обогрева разных ульев будут примерно одинаковыми. Мониторинг состояния семей на микроконтроллерных доньях выполняют внутри программной оболочки, установленной на ноутбук, в среде графической операционной системы. Приближенную оценку нагрева днища внутри улья выполняют цифровым термометром. Если качество ульев или сила семей отличаются, то вполне реальным может оказаться отличие ночной температуры внутри улья на днище в 12 и более градусов. В этом случае нужно обеспечить форсированный обогрев слабых семей или ослабление нагрева дырявых ульевых доньев. Для этого нужна диагностика и подстройка микроконтроллерной системы. Но можно применить и простецкое сермяжное решение, описанное здесь же на сайте, но в другой статье.

Ниже показаны схемы включения трансформаторов электропитания обогревателей для пчёл, реализованные в нескольких вариантах источников с тиристорными регуляторами. Схемы с однофазными трансформаторами не рассмотрены по причине их банальности. Это не особенно мощные источники. Тиристорным регулятором с установленной мощностью трансформаторов 0,5 кВт можно запитать до 10 фальшь-доньев Кинева. Более мощные источники лучше собирать с более мощными трёхфазными трансформаторами, у них меньше удельные потери и выше надёжность. Кулибиным для построения источника питания к обогревателям пчёл подойдут низковольтные трансы с большими выходными токами, если правильно включить.

Схемы включения трёхфазного силового трансформатора в однофазную бытовую сеть показаны на рисунках ниже. Первая схема включения трехфазного трансформатора, позволяет получить стандартное выходное напряжение 36 или 42 вольта. При напряжении 36 – 42 вольта для достижения требуемой мощности необходимо использовать пару стандартных нагревателей. Это делает изделие несколько дороже, однако уровень напряжения - безопасный. Для своей пасеки применяю повышенные напряжения до 50-60 вольт. Это позволяет обойтись одиночным нагревателем.

Вторую схему я применяю для собственных источников, поскольку работаю с напряжением, например 54 вольта. Нагреватели, используемые в составе фальш-доньев, допустимо применять на двух указанных здесь напряжениях. При большем из указанных напряжений предельная мощность выше и достигает значения примерно 40-50Вт. Повышенное напряжение обеспечивает при той же мощности обогревателя в полтора раза меньший ток потребления и лучшую динамику разогрева. 

Есть варианты применения еще более высокого напряжения питания. Технически достижим простой способ получения напряжения 63 вольта в трехфазном трансформаторе с напряжением 42 вольта. Для однофазных трансформаторов возможно последовательное включение обмоток 36 вольт и результирующее напряжение 72 вольта. Нужно заметить, что 72 вольта это предельное напряжение питания фальшь-доньев. Оно несколько великовато по уровню тепловыделения. И для его снижения приходится применять схемотехнические ухищрения повышения потери напряжения фазовым регулированием. Для однофазных трансформаторов количество вариантов включения тоже достаточно велико. Возможно комбинированное включение разных трансформаторов. Для трехфазных трансформаторов количество вариантов включения ограничено, зато единичная установленная мощность более существенная. Это позволяет обойтись одним трансформатором при меньшей массе и меньших удельных потерях электроэнергии.

Очень неплохой результат с позиции энергетической эффективности даёт вариант применения однофазной вольтодобавки в составе схемы с трехфазным трансформатором. Назовем выходное напряжение 36 вольт – вариантом №1. Выходное напряжение 42 вольта – вариант №2. Перевод трехфазного трансформатора в вариант однофазного даёт:

   Вариант 1. 36+18=54 вольта.

   Вариант 2. 42+21=63 вольта.

При 10% вольтодобавке выходные напряжения в узле подключения тиристорного регулятора составляют соответственно:

   Вариант 1. Выходное напряжение 54+11=65 вольт.

   Вариант 2. Выходное напряжение 63+13=76 вольт (многовато)!

В результате анализа технических вариантов включения установлено, что оптимальным является применение трехфазного трансформатора на выходное напряжение 42 вольта и его перевода в однофазное включение. Выбор этого значения напряжения многократно проверен на практике и подтвердил правильность принятых решений.

                      Евгений Бортник, Красноярск, Россия, ноябрь 2015

2 комментария

by pivokrus on Пт, 03/03/2017 - 17:25
а как это все ведет себя на открытом воздухе? типа дождь снег. у нас когда была пасека, так ульи ныкали на зиму в овшанник, а теперь он занимает самое престижное место в саду, так как-то не того, обходи его... если б можно было оставлять на зиму на месте было б не плохо

by Evgenij Bortnik on Пт, 03/03/2017 - 17:35
С десяток лет уже эксплуатирую обогрев в самых жёстких условиях. Два весенних месяца в снегу и льду показали предельно возможную надёжность. Пару раз ломались розетки штепсельные, да пара лампочек перегорела. Сразу меняешь дно или чинишь на месте за полчаса. Есть запасной ящик - источник питания, но он ни разу не пригодился. А на зиму всю матчасть, в т.ч. и ульи для сохранности естественно убирают в омшанник. Результат великолепный.