Симисторный регулятор мощности для группового обогрева пчел

Оставлен Евгений Бортник Пнд, 01/09/2012 - 00:41

   Вначале скажу, для чего это нужно. Это необходимо для ускоренного развития пчелиных семей, для увеличения численности пчёл в многокорпусном улье до состояния сверхсильных семей и для своевременного выхода огромных семей на главный взяток. Если пчеловода не интересует валовый сбор мёда по фляге и более с семьи в Сибири, то материал этой статьи ему не нужен. Ведро мёда с обычной пчелиной семьи можно взять и без дополнительных хлопот.

  Когда пчёл выставили из омшанника, под каждый улей устанавливают фальш-дно Кинева с обогревателем. Никаких игрушечных приспособлений засовывать вовнутрь улья не надо. Не нужно путаться в проводах. Никаких обогревателей в виде плёнок! Все должно быть сделано крепко и надежно, чтобы не оборвать, не сломать, не замкнуть и не спалить. Применяют низковольтные регулируемые источники питания переменного напряжения. Эту схему собирают внутри ящика источника питания, к которому подключают магистральные провода, питающей сети, расположенные вдоль рядов ульев. Провода проводят прямо по снегу, можно их немного заглубить и приморозить во льду. Схема устройства показана на рисунке. Силовой управляющий элемент – симметричный триак ТС2-10, включенный последовательно с нагрузкой R9. Биполярные транзисторы VT1,2 и VT3,4 включены по схеме аналога однопереходного транзистора. Реализован принцип фазового управления.

     Схема работает следующим образом. При положительной полуволне напряжения к схеме приложено положительное напряжение, равное напряжению стабилизации нижнего по схеме стабилитрона VD4. Конденсатор С1 начинает заряжаться. Постоянную времени заряда определяет емкость С1 и эквивалентное сопротивление цепи регулятора R1 – R2. Превышение напряжения на емкости над напряжением в средней точке резистивного делителя R3-R4, включенного после диода VD1, приводит к открыванию транзисторов VT1,2. Конденсатор при этом разражается импульсом тока через управляющий электрод триака и в нагрузку поступает электроэнергия. Аналогично работает вторая пара транзисторов VT3,4, с резистивным делителем R5-R6 и диодом VD2, включенным в противоположной полярности. Эти элементы формируют управляющий импульс тока отрицательной полярности при отрицательной полуволне напряжения. Схемное решение для регулятора типовое. В подобном виде оно приведено в журнале Радио.

 Пример готовых модулей показан на фотографии. Они рассчитаны на обогрев 10-12 ульев.мМодули продаются. Цена будет порядка 600 рублей. При самостоятельном повторении схемы можно использовать дешевые, простые, в том числе и устаревшие и поэтому довольно распространенные детали. Особых требований к качеству нет.

     Применение симистора позволяет построить регулятор переменного напряжения без использования мощного выпрямительного моста. Это особенно существенно ввиду потерь напряжения на силовых диодах при больших токах нагрузки и низком напряжении питания. При токе более 1 ампера симметричный тиристор следует устанавливать на радиаторе. При предельно допустимых токах (около 10А) площадь радиатора увеличивают до 500-600 квадратных сантиметров. В особо тяжелом режиме, при обогреве сравнительно большой пасеки (более 25 ульев) не помешает микровентилятор. При еще больших токах следует применить более мощный триак.

     В качестве нагрузки R9 удобно применить группу нагревательных элементов, включенных параллельно, причем каждый из нагревателей расположен в собственном фальш-дне, под ульем. Разводку проводов на пасеке выполняют по магистральной схеме, медным проводом, подходящего сечения. В местах установки ульев, для их подключения выполняют отводы со штепсельными вилками. Каждое фальш-дно имеет стандартный ответный разъем – штепсельную розетку.

     Устройство монтируют в закрытом ящике, вместе с трансформатором питания. Обязательно устанавливают плавкий предохранитель. Желательно также применить стандартный автоматический выключатель SA1. На тыльной стороне ящика устанавливают штепсельные вилочные разъемы. К каждому из них подключают свою магистраль. Удобно, когда количество магистралей соответствуют количеству рядов с ульями. Для контроля режима обогрева последовательно с нагрузкой можно установить амперметр электромагнитной системы на ток до 10А. Не помешает также вольтметр (параллельно нагрузке). Регулятор R1 размещают на лицевой панели. Им устанавливают необходимую мощность обогрева, контролируя ток по амперметру.

  Пример готового источника питания показан на фотографии. Опыт эксплуатации устройства регулирования мощности показал, что весь диапазон регулирования, как правило, не используется. Достаточно определить и выставить метку для наибольшего необходимого значения мощности в ночное время (на мороз) и метку для меньшего, приблизительно половинного значения мощности для дневного времени. Если же наступает оттепель, – регулятор можно отключить вовсе. Готовый источник тоже продается. Цена от 8000 рублей (на 10 семей). По количеству ульев приходится подбирать нагревательные элементы и трансформаторы. Вопрос о выборе напряжения не простой, однако у меня на него есть ответы. Напряжение зависит от количества обогреваемых единиц. Для маленькой пасеки можно ограничиться напряжением 24-36 вольт. Для 20 ульев применяют напряжение не менее 42 вольт. Для 30-40 ульев придется несколько трансформаторов включать последовательно-параллельно. Для напряжений от 42 до 64 вольт.  Надо заметить, что выше 42 вольт напряжения опасны, однако есть проблемы с выбором обогревателей на промежуточные напряжения, и поэтому приходится идти на некторое увеличение напряжения, для пасек в более 40 ульев. Иначе токи оказываются чрезмерно большими. Другим способом решения проблемы является разукрупнение источника. Применение технологии обогрева ставит принципиальный вопрос о количестве семей и технологии пчеловождения. Поскольку на обогреве семьи получаются сильные, их количество следует ограничить. Для 30 стационарных двух-трех корпусных семей просто не хватит корма. Зато нужно подумать об унификации корпусов. Иначе задача разумного решения не имеет. Если по-простому, то можно использовать и тиристорные схемы регулирования. Не следует идти по пути применения IGBT-источников питания. Это пока экстремально дорого. И кроме того, есть опасение о небезобидности ШИМ-регуляторов для пчёл.

                                                            Евгений Бортник, январь 2013

8 комментариев

by mulihimind on Чт, 05/30/2013 - 14:25
Интересно, послежу за вашими интересами дальше <a href="http://zastroika.net/"></a>

by Evgenij Bortnik on Пнд, 06/10/2013 - 14:13
Можно показать несколько полезных книг. Есть очень обширный список литературы.

by Sakhalin on Вс, 10/18/2015 - 16:32
резистор R7 по противопожарным соображениям лучше применить ватт на 20. Симистор если поменять на BTA41-600, большой радиатор под указанные токи не понадобится. К тому же его можно будет спокойно трогать рукой, не боясь поражения электричеством

by Evgenij Bortnik on Пнд, 10/19/2015 - 13:03
Следует помнить, что мелкое напряжение питания 36-42В не опасно для телезрителя. А любые сравнительно свежие и тем более весьма мощные комплектующие будут стоить денег. Поэтому прежде чем изделие делать, нужно прикинуть, что есть в наличии и сколько это стоит. А точнее себе-стоит. А резистор рассеивает примерно 1 Ватт. Это потери мощности от гашения напряжения до уровня стабилизации стабилитронов. Зачем его увеличивать, не очень понятно. Вам виднее.

by Sakhalin on Втр, 10/20/2015 - 15:23
Эта схема не имеет гальванической развязки, поэтому "телезритель" при "счастливом" включении может оказаться вовсе "терпилой" и получить между землёй и фазой сети совсем не 36-42в. Далее, мощность, рассеиваемая на R7 выделяется в следствии протекания тока через него не только из за ограничения напряжения на стабилитронах. Тут имеется несколько параллельных цепей и как следствие - приводит к общему суммированию токов через эти цепи. Стабилитроны VD3,VD4 - 1я цепь. VD2 R5 R6 - 2я цепочка. VD1 R3 R4 - 3я цепочка. Ток через пару неуказанных сопротивлений, одно из которых переменное и конденсатора тоже никуда не денется тоже приплюсуется, хотя он будет очень мал. А ещё надо учитывать возможные перепады напряжения в меньшую и большую сторону вследствие перекоса фаз, плохого заземления нуля и прочих прелестей, потому, что как я понимаю - стабилизатор ставить будет непомерно дорого. Более детально можно проработать вопрос при указанных номиналах элементов этой схемы

by Evgenij Bortnik on Втр, 10/20/2015 - 15:48
Видимо нужно учесть, что главное условие применения этих железок на пасеке, это наличие разделительного трансформатора 220/36 вольт. Следовательно нету во вторичной цепи ни нуля и тем более нету "фазы", и никакой опасности для телезрителя нет. Это судя по требованиям ПУЭ и размышлениям о здравом смысле. А перекос фаз, заземление нуля и прочие прелести - это уже телезрителя вовсе не интересуют. Он конечный потребитель напряжения 220 вольт по третьей категории. На практике испытано около 20 таких модулей. Нигде тепловыделение на резисторе не превышает 1,5Вт, это измерено. А чисто визуально то же самое можно легко оценить, поскольку рыжие R7 резисторы МЛТ-2 даже не потемнели за месяц при ПВ 100%. Собственно схема эта классическая (как Достоевский). Она избита в литературе. Это по-существу позавчерашний день. И применять её приходится только потому, что слишком большой запас "железа" накоплен, и выбрасывать его просто жалко. Микроконтроллеры работают точнее и умнее. Но это никому не нужно. Колхоз однако.

by Sakhalin on Втр, 10/20/2015 - 21:46
Извиняюсь, не рассмотрел, какое напряжение там на входе. Если пониженное после трансформатора, вопрос о мощности сопротивления и безопасности отпадает, естесственно. По поводу использования микроконтроллеров - был опыт сборки такого устройства AVRtiny и вот что я скажу (сугубо мой опыт) Размеры платки оказались весьма крохотными несмотря на то, что контроллер выбирал в DIP корпусе (легче паять). НО. Нет никакой гарантии, что код, который выкладывают вместе со схемой - проверенный и бескосячный. Я так и не смог разобраться с глюком, если бы умел править код - возможно мне бы эта затея понравилась, но нечастые подвисания устройства оставили неприятный осадок. Есть смысл заморачиваться с подобной схемой, если заложен сложный алгоритм работы, требуется оперативное запоминание информации, отображение на семисегментных индикаторах и всякие примочки вроде встроенного календаря, часов, термометра и прочего. На обычной логике подобное реализовать можно, но сложнее. Микросхем понадобится больше и готовая плата получится возможно не одна. Сравнительно простые схемы считаю имеет смысл собирать на обычной логике. Конечно, размеры получатся больше, зато можно не опасаться за надёжность устройства в целом. Да и "запасы" соответствующих микросхем девать куда-то надо

by Evgenij Bortnik on Втр, 10/20/2015 - 23:46
Очевидные факты