Устройство для обогрева пчелиных семей

 

Изобретение содержит силовой трансформатор, стабилизатор переменного тока, трансформаторы тока и нагревательные элементы по числу ульев, ульевые регуляторы температуры. В состав стабилизатора переменного тока входит датчик тока, блок выпрямителя с фильтром, блок управления, блок защиты, управляемый регулятор мощности, задатчик тока. Ульевой регулятор температуры содержит датчик температуры, задатчик температуры, схему усиления, блок питания, шунтирующий элемент. Устройство предназначено для обогрева большого числа пчелиных семей с использованием во вторичной цепи силового трансформатора (одного на пасеку) низкоточной цепи с возможностью защиты на случай обрыва и короткого замыкания. На нагревателях автоматически устанавливают необходимые параметры силы тока и напряжения. 4 ил.

Изобретение относится к области пчеловодства и может найти применение на индивидуальных и коллективных пасеках.

Известны устройства для регулирования температуры воздуха в улье (SU, A1, 1579486, кл. A 01 K 47/00, 1990). Все эти устройства в основном подключается параллельно к трансформатору. При большом числе подключений и при низком электробезопасном напряжении электропитания (12 B) значительно возрастают токи. Поэтому недостатками таких устройств регулирования температуры воздуха в улье являются большой ток при низком электробезопасном (12 B) напряжении электропитания и при большом числе подключенных нагревательных элементов на один трансформатор, большие габариты трансформатора, большое сечение подводящих проводов (при 20 - 35 подключенных нагревателей на пасеке диаметр подводящих медных проводов составляет 8 - 10 мм). Если повысить напряжение до 220 B на нагревателях при сохранении одной и той же мощности, то уменьшится ток, но тогда нарушается электробезопасность.

Чтобы не применять дорогостоящие трансформаторы, пчеловоды применяют последовательное соединение нагревательных элементов. Тогда ток через нагревательные элементы уменьшится, можно применить подводящие провода малого диаметра, используемые в электросети для подводки электропитания, и небольшой трансформатор. Эта схема также имеет недостатки. В случае обрыва последовательной цепи все нагревательные элементы в ульях обесточиваются. При большом числе подключенных нагрузок в месте разрыва возникает высокое электроопасное напряжение. При подключении N нагрузок необходимо следить за правильной установкой напряжения, неосторожное подключение неподходящего подходящего напряжения может привести к выходу из строя нагревательных элементов, перегреву пчелосемей и даже их гибели.

Можно применить малогабаритные трансформаторы малой мощности на каждый нагревательный элемент. Но поскольку эти трансформаторы находятся рядом с ульем или в улье, нарушаются электробезопасность (к улью подводится 220 B) и пожароопасность.

С целью устранения этих недостатков в устройство для обогрева пчелиных семей (SU, A1, 1625460, кл. A 01 K 47/00, 1991), содержащее силовой трансформатор, регулятор температуры, нагревательный элемент, вход силового трансформатора соединен с электросетью, введен стабилизатор переменного тока, первый и второй силовые входы которого соединены с первым и вторым выходом первой вторичной обмотки силового трансформатора, первый и второй выходы второй вторичной обмотки силового трансформатора соединены с третьим и четвертым питающими входами стабилизатора переменного тока, первый силовой выход стабилизатора переменного тока соединен с первым входом трансформатора тока первого улья, второй вход которого соединен с первым входом первого нагревательного элемента первого улья, второй вход нагревательного элемента первого улья соединен с первым входом трансформатора тока второго улья, второй вход которого соединен с первым входом второго нагревательного элемента второго улья, второй вход второго нагревательного элемента соединен с первым входом n-го трансформатора тока N-го улья, второй вход которого соединен с первым входом n-го нагревательного элемента N-го улья, второй вход n-го нагревательного элемента N-го улья соединен с вторым выходом стабилизатора переменного тока, входы нагревательных элементов по числу ульев соединены с первым и вторым входами ульевых регуляторов температуры, третий и четвертый входы ульевых регуляторов температуры соединены с первыми и вторыми выходами трансформаторов тока.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для обогрева пчелиных семей: силовой трансформатор - 1, стабилизатор переменного тока - 2, трансформаторы тока по числу ульев - 3, нагревательные элементы по числу ульев - 4, ульевые регуляторы температуры - 5, ульи - 6, первый выход первой вторичной обмотки силового трансформатора - 7, второй выход первой вторичной обмотки силового трансформатора - 8, первый выход второй вторичной обмотки силового трансформатора - 9, второй выход второй вторичной обмотки силового трансформатора - 10, первый выход стабилизатора тока - 11, второй выход стабилизатора тока - 12, клемма для подключения ульевого регулятора 13, первая клемма для подключения нагревательного элемента - 14, вторая клемма для подключения нагревательного элемента - 15, первый выход трансформатора тока - 16, второй выход трансформатора тока - 17.

На фиг. 2 приведена структурная схема стабилизатора тока: датчик тока - 18, блок выпрямителя с фильтром - 19, блок управления - 20, блок защиты - 21, управляемый регулятор мощности - 22, задатчик тока - 23, силовая входная шина датчика тока - 24, первая силовая выходная шина датчика тока - 25, вторая выходная шина датчика тока - 26, третья выходная шина датчика тока - 27, первый вход блока выпрямителя - 28, второй вход блока выпрямителя - 29, выходная шина выпрямителя - 30, выходная шина защиты - 31, выходная шина блока управления - 32, выход управляемого регулятора мощности - 33, силовая шина стабилизатора тока 34.

На фиг. 3 приведена структурная схема ульевого регулятора температуры: датчик температуры - 35, задатчик температуры - 36, схема усиления - 37, блок питания - 38, шунтирующий элемент 39, первая выходная шина блока питания - 40, вторая выходная шина блока питания - 41, вход схемы усиления - 42, шина управления - 43, первый силовой вход шунтирующего элемента - 44, второй силовой вход шунтирующего элемента - 45.

На фиг. 4 приведена конструкция нагревательного элемента.

Конструктивно нагревательный элемент состоит (см. фиг. 4) из двух пластин, изготовленных из изоляционного материала (стекол). На первую пластину укладываются изоляционные прокладки 1, между изоляционными прокладками укладывается спираль 2, выводы которой выводятся на край 3. Вся поверхность покрывается клеем, на клеенную часть размещается вторая пластина.

Конструктивно силовой трансформатор 1, стабилизатор тока 2 выполняются в одном корпусе (фиг. 1). На передней панели могут быть установлены индикатор напряжения, индикатор тока, регулятор задатчика тока, сетевые предохранители, клеммы для подключения электрической линии с нагревательными элементами.

Конструктивно ульевой регулятор температуры 6 и трансформатор тока 3 выполняются в одном корпусе, на передней панели устанавливаются клеммы 13, 14, 15 и ручка регулятора задатчика температуры - 35. Датчик температуры 34 - выносной, выводится отдельным кабелем, размещается пчеловодами.

Нагревательный элемент 4 и ульевой регулятор температуры 5 располагаются на дне улья. К клеммам 14, 15 подключаются нагревательный элемент 4, а клеммы 13, 15 подключены к двухпроводной линии питания, соединенной с розеткой, установленной в донной части улья с внешней его стороны.

Устройство для обогрева пчелиных семей работает следующим образом. Когда устройство обесточено, на выходах 11, 12 (фиг. 1) стабилизатора тока 2 отсутствует напряжение. После включения электропитания сетевое напряжение 220 B поступает на силовой трансформатор 1, который необходим для гальванической развязки от электросети, чтобы исключить попадание напряжения фазы во вторичную сеть. С первой вторичной обмотки силовое выходное переменное напряжение через выходы 7, 8 поступает на первый и второй силовые входы стабилизатора тока 2. Со второй вторичной обмотки через выходы 9, 10 поступает напряжение для питания стабилизатора тока 2. Если к выходам 11, 12 стабилизатора тока 2 не подключена линия с нагревательными элементами 4 и ульевыми регуляторами температуры 5, на них отсутствует электроопасное напряжение. При подключении максимального количества нагревательных элементов 4, количество которых определяется мощностью силового трансформатора 1 и мощностью стабилизатора тока 2, на выходах 11, 12 стабилизатора тока 2 присутствует максимальное напряжение U_макс. Оптимальная мощность нагревательных элементов составляет 12 - 40 Вт. При напряжении питания нагревательного элемента 4 U_пит= 12 B и мощности P = 18 Вт ток через нагревательный элемент 4 составляет I_наг = 1,5 A. Напряжение 12 B на одном нагревателе безопасно для пчеловода. Чтобы иметь минимальный ток при большом числе подключенных нагревательных элементов 4, используется их последовательное подключение.

Стабилизатор тока 2 (фиг. 2) содержит датчик тока 18, выполненный в виде трансформатора, на вторичной обмотке которого формируется напряжение, пропорциональное току, проходящему через первичную обмотку, который поступает в стабилизатор тока через силовую входную шину датчика тока 24. Сформированное напряжение через третью выходную шину датчика тока 27 поступает на первый вход блока управления 20, которая запитывается через выходную шину выпрямителя 30 от блока выпрямителя с фильтром 19. Переменное питающее напряжение поступает в блок выпрямителя с фильтром 19 через первый и второй входы блока выпрямителя 28, 29 со второй вторичной обмотки силового трансформатора 1. С помощью задатчика тока 23 пчеловод может задать величину проходящего тока через нагревательные элементы 4, что позволяет регулировать мощность на нагревательных элементах от 12 до 40 Вт. Силовое напряжение через первую силовую выходную шину датчика тока 25 поступает на первый силовой вход управляемого регулятора мощности 22. Управляющее воздействие, формируемое датчиком тока 18 и задатчиком тока 23, через выходную шину блока управления 32 поступает на регулирующий вход управляемого регулятора мощности 22. Силовое напряжение, стабилизированное по току, через выход управляемого регулятора мощности 33 и через силовую шину стабилизатора тока 34 поступает на первый и второй выходы стабилизатора тока 11, 12. Если подключена линия с нагревательными элементами и ульевыми регуляторами температуры 5, в цепи течет ток. Стабилизатор тока 2 поддерживает ток на одном уровне I_ном = const независимо от количества подключенных нагревательных элементов: от одного до n - нагревательных элементов. Напряжение на выходах 10, 11 стабилизатора тока 2 изменяется от U_мин = 12 B (один нагревательный элемент 5) до U_макс = n·12 B, где n - количество нагревательных элементов.

Для осуществления терморегуляции температуры в каждом улье присутствуют ульевые регуляторы температуры 5 (фиг. 3). С помощью задатчика температуры 36 пчеловод выставляет температуру нагрева каждого улья. Информация о температуре, поступающая с датчиком температуры 35, и информация о заданной температуре, установленная задатчиком датчиком температуры 36, поступает через вход 42 в схему усиления 37. Питание ульевого регулятора температуры 5 осуществляется от блока питания 38, переменное напряжение поступает с выходов 16, 17 вторичной обмотки трансформатора тока 3. Поскольку через трансформатор тока 3 протекает стабильный ток, на выходах вторичной обмотки 16, 17 присутствует стабильное переменное напряжение. Постоянное напряжение с блока питания 38 через выходные шины 40, 41 запитывает электронную схему ульевого регулятора температуры 5. При достижении установленной температуры схема усиления 37 выдает управляющее воздействие, которое через шину управления 43 поступает на управляющий вход шунтирующего элемента 39. Силовые входы 44, 45 коммутируются. Когда разомкнут шунтирующий элемент 39, на первой и второй клеммах 14, 15 присутствовало напряжение питания нагревательного элемента 4 (12 B), происходит нагрев данного нагревательного элемента 4. При достижении установленной температуры отключение нагревательного элемента осуществляется путем переключения тока через шунтирующий элемент 39, при этом последовательная цепь нагревательных элементов 4 не отключается (фиг. 1), а подача электроэнергии на данный нагревательный элемент 4 прекращается. Поскольку нагревательный элемент 4 отключился путем шунтирования, на всех остальных последовательно подключенных нагревательных элементах 4 повышается напряжение. Уменьшение сопротивления последовательной цепи вызывает повышение тока, регистрируется датчиком тока 18. Блок управления 20 выдает управляющее воздействие через шину 32 на управляемый регулятор мощности 22, что вызывает уменьшение силового напряжения на выходах 11, 12 стабилизатора тока. Это ведет к установлению первоначального I_ном тока, установленного при максимальном количестве нагревательных элементов (n=n_макс). После срабатывания ульевых регуляторов температуры 5 всех ульев 6 в последовательной цепи может возникнуть ситуация, близкая к короткому замыканию (КЗ). В реальности КЗ может быть исключено, так как имеется балластное сопротивление, равное сопротивлению подводящих проводов и силовых шунтирующих элементов 39 (тиристоров, транзисторов). Если в качестве шунтирующих элементов 39 применены реле, то балластное сопротивление соответствует сопротивлению подводящих проводов. Защита от КЗ в схеме стабилизатора тока 2 происходит автоматически, так как по мере уменьшения количества подключенных нагревательных элементов 4 автоматически снижается подводящее силовое напряжение на выходах 11, 12 стабилизатора тока. При этом U_кз=U_шунт+U_пров, где U_шунт - суммарное падение напряжения на шунтирующих элементах (состояние "замкнутая цепь") и U_пров - падение напряжения на подводящих проводах. В случае обрыва последовательной цепи нагревательных элементов 4 с датчика тока 18 по шине 26 выдается информация в блок защиты 21, где формируется сигнал, поступающий по шине 31 в блок управления 20. Здесь по шине 32 формируется и информация о блокировке управляемого регулятора мощности 22. На выходах 11, 12 стабилизатора тока 2 силовое электроопасное напряжение почти полностью снимается. Эта защита очень важна, так как в месте разрыва последовательной цепи при полном подключении нагрузок может возникнуть электроопасное для жизни напряжение. На выходах 11, 12 стабилизатора тока 2 остается незначительное не опасное для пчеловода дежурное напряжение, и при ликвидации обрыва стабилизатор тока 2 выставит первоначальный заданный ток I_ном.

Таким образом, предлагаемое устройство для обогрева пчелиных семей позволяет применить во вторичной цепи силового трансформатора (одного на пасеку) низкоточную цепь, что позволяет использовать малогабаритный силовой трансформатор, и проводные соединения, применяемые для электропроводки с малым (до 1 мм) диаметром, уменьшить количество проводов на пасеке. На случай обрыва и короткого замыкания предусмотрена защита, которая отключает стабилизатор тока 2. После устранения обрыва стабилизатор тока 2 автоматически устанавливается на заданный ток, что определяет установленную мощность нагревательных элементов 4. Подключение нагревательных элементов можно производить при подключенном напряжении питания. Наличие силового трансформатора 1 позволяет исключить электроопасное фазное напряжение. Все это приводит к удобному использованию в практическом пчеловодстве предлагаемого устройства для обогрева пчелиных семей (высокая электробезопасность, сравнимая с параллельным подключением низковольтных нагревателей; низкая пожароопасность, возможность применения при длительном подключении и минимуме контроля).

Формула изобретения

Устройство для обогрева пчелиных семей, содержащее силовой трансформатор, регулятор температуры, нагревательный элемент, вход силового трансформатора соединен с электросетью, отличающееся тем, что введен стабилизатор переменного тока, первый и второй силовые входы которого соединены с первым и вторым выходами первой вторичной обмотки силового трансформатора, первый и второй выходы второй вторичной обмотки силового трансформатора соединены с третьим и четвертым питающими входами стабилизатора переменного тока, первый силовой выход стабилизатора переменного тока соединен с первым входом трансформатора тока первого улья, второй вход которого соединен с первым входом первого нагревательного элемента первого улья, второй вход нагревательного элемента первого улья соединен с первым входом трансформатора тока второго улья, второй вход которого соединен с первым входом второго нагревательного элемента второго улья, второй вход второго нагревательного элемента соединен с первым входом n-трансформатора тока N-улья, второй вход которого соединен с первым входом n-нагревательного элемента N-улья, второй вход N-нагревательного элемента N-улья соединен с вторым выходом стабилизатора переменного тока, входы нагревательных элементов по числу ульев соединены с первым и вторым входами ульевых регуляторов температуры, третий и четвертый входы ульевых регуляторов температуры соединены с первыми и вторыми выходами трансформаторов тока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4