CC BY
54
зонах: верхней с tв = 9.. .10 °С и нижней (в станках с животными) £н = 17.18 °С. При этом экономится 20.30 % энергии на отоплении ферм зимой, а очистка внутреннего воздуха от аммиака, диоксида углерода и сероводорода осуществляется в специальной камере — химосорбере.
Температурный режим в нижней зоне (станки с животными) создается при помощи двух элементов системы: централизованного воздушного отопления и средств локального обогрева.
Промышленность выпускает много локальных электронагревателей в виде инфракрасных облучателей и металлических теплоэлектронагревате-лей. Однако для них характерны низкая надежность и долговечность.
Авторы предлагают новый подход к решению данной проблемы — применение керамических доводчиков локального обогрева, которые многократно превысят известные разработки по сроку службы.
Керамический доводчик представляет собой резистор. Его трубка 1 (рисунок) из диэлектрика (керамика) заполнена смесью графита и фарфоровой пыли. В уплотненную массу завинчены электроды и запрессован наполнитель 3.
На базе исследовательского центра специалисты ЗАО ЗЭТО провели исследования по определению оптимального соотношения компонентов наполнителя. В качестве выходных электрических параметров принимали сопротивление, силу тока; измеряли температуру поверхности резистора.
По требованиям противопожарной безопасности допустимая температура поверхности электронагревательных приборов должна быть не более 70 °С.
При испытаниях принимали напряжение на резисторе 6.6,5 В, так как на всю нагревательную плиту подается 36 В при условии, что в ней будет установлено шесть доводчиков.
Испытания доводчика с соотношением компонентов: керамическая пыль 30 % — графит 70 % показали непригодность данного варианта, так как
у//////////////////?:
1 ' \
У///////////////////,
""-3
Схема керамического доводчика:
1 — керамическая трубка; 2 — электроды;
3 — наполнитель
температура на поверхности обогревателя не превышала 28 °С. При соотношении компонентов 50 : 50 температура доводчика не превышала 48 °С, а при соотношении 70 : 30 поддерживалась на уровне 68.70 °С.
Следовательно, требуемым по противопожарной безопасности параметрам наиболее соответствует состав: керамическая пыль — 70 %, графит — 30 %.
По данной работе получены четыре патента на изобретение.
Электрооборудование, созданное авторами, позволит реализовать энергосберегающую технологию снижения общего расхода энергии на создание микроклимата в животноводческих помещениях.
При использовании систем и оборудования с керамическими доводчиками, разработанными авторами, в животноводческих помещениях наряду с обеспечением нормативных параметров микроклимата было достигнуто увеличение прироста живой массы телят от 480 до 680 г/сут и увеличение их сохранности до 99 % при общей экономии энергозатрат 45.50 %.
Керамические доводчики локального обогрева обладают высокой надежностью и долговечностью. Повышение эффективности энергосберегающих систем микроклимата в отрасли животноводства России обеспечит большой экономический эффект и поэтому весьма актуально.
1
2
УДК 631.316.06
В.Г. Ляпин, канд. техн. наук
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Новосибирский государственный аграрный университет»
О КЛАССИФИКАЦИИ И ПАРАМЕТРАХ ЭЛЕКТРОДНЫХ СИСТЕМ
Особое значение в информационных и электротехнологиях для подключения биологического объекта (БО) к источнику вторичного питания (ИВП) имеют технические средства, так называемые контактные устройства, устройства сопряжения или электрод-
ные системы (ЭС). В данной статье под БО, в зависимости от контекста, понимается целостный организм, система органов, отдельный орган, ткань, клеточная система, отдельная клетка. ИВП является промежуточным звеном между основным источни-
ком питания или сетью и средством подключения. Рассматриваемые ЭС отличаются от традиционных [1] коммутирующих устройств (соединителей, переключателей, реле и т. п.) принципом работы, конструкцией, основными параметрами и условиями эксплуатации, при которых подключение необходимо осуществлять к информационным или обрабатывающим БО, как правило, не предусматривающим присоединение методами пайки, сварки, накрутки, обжима объекта и др. В рассматриваемых ЭС, как и в контактных устройствах для контроля изделий микроэлектроники [2], контактные ХА (рис. 1) многократно механически соприкасаются и электрически подключаются к меняющимся контактным зонам контролируемых или обрабатываемых БО, в результате которых изменяются электрические и конструктивные параметры ЭС и ее элементов.
Анализ работ [3.. .6] показал, что для исследования технологических и биологических объектов используют большое количество разных по виду и типу электродов и ЭС, которые позволяют подводить напряжение Ц к обрабатываемым БО и регистрировать потенциал, ток, сопротивление.
Классификация ЭС весьма затруднительна, однако наиболее общим классификационным признаком является функциональное действие (вид ит для электротехнологических применений, вид контролируемого сигнала для электробиологии, например электроды для ЭКГ, ЭМГ, РПГ, ЭЭГ и т. д. [5, 6]). В зависимости от режима работы различают КЭ на постоянном и переменном токе, низко- и высокочастотные, низко- и высоковольтные, подключаемые при снятых токовых нагрузках и пр. Кроме того, КЭ классифицируют по характеру и величине контактного усилия, климатическим и механическим воздействиям, конструктивному исполнению (пластинчатые, стержневые, струнные, тросовые, цилиндрические, конусные, многозондовые и пр.), форме зоны соприкасания (точечные, сферические, полусферические, линейные, линейно-конусные, со срезанными кромками, многоточечные, в виде плоскости с насечкой и др.), виду коммутационных соединений с ИВП (монтажный провод соединен с КЭ с помощью пайки, сварки и др.), электрическим параметрам. С точки зрения уточнения тре-
бований можно классифицировать КЭ по степени проводимости: проводящие (обратимые, пористые, металлические), с низкой проводимостью (резистивные, резистивно-емкостные), непроводящие (со структурой МПД, емкостные). КЭ можно дифференцировать и по способу крепления (на прижимах, с помощью пластырей, в виде клипс и прищепок и пр.). Некоторые типы ЭС электротехнологических культиваторов (ЭТК) приведены в работах [7, 8].
Учитывая многообразие конструкций ЭС, в информационных и электротехнологиях важно обеспечить единую конструктивную базу принимаемых технических решений с целью унификации основных узлов, которая должна охватывать весь класс однотипных ЭС.
Итак, ЭС — это совокупность КЭ, определенным образом связанных между собой и ИВП, предназначенных в электротехнологии для подвода ит к обрабатываемой биосреде, в электробиологии — для снятия информации с контролируемого БО. К параметрам ЭС относятся число фаз, форма, размеры, число и материал электродов, расположение (топология) электродов и расстояние между ними, электрическая схема соединения (звезда, треугольник, смешанное соединение и т. п.). При расчете ЭС определяют их геометрические параметры, обеспечивающие выделение в обрабатываемой биосреде заданной мощности и исключающие возможность ненормальных режимов. В связи с этим выражение
?2Л
- ^ П йБ = | уЕ2 йУ + 2
ГуЯ2 + еЕх 2 2
йУ
Рис. 1. Эквивалентная схема электрода, контролируемого (обрабатываемого) биообъекта и межконтактной связи
следует трактовать как уравнение энергетического баланса ЭС ЭТК [9]. Здесь левая часть — это мощность или энергия в единицу времени, доставляемая в виде потока вектора Пойнтинга П внутрь объема У БО через замкнутую поверхность £. Правая часть описывает комплексную мощность источников энергии в объеме У или энергию, расходуемую в единицу времени внутри объема. Первое слагаемое в правой части — это мощность джоулевых потерь в объеме У, которую и обеспечивает ЭТК как технологический объект.
При заданном напряжении Ц между электродами ИВП мощность ЭС ЭТК определяется сопротивлением фазы 2ф, которое представляет собой комплексное сопротивление биосреды и приэлек-тродного пространства между электродами, образующими фазу, а также сопротивление электрода zэ. Общую мощность трехфазной ЭС при соединении треугольником £д (рис. 2) или звездой ^ можно рассчитать по формуле
5д = 3и2л/Ц + Ч)
или
^д=л/3и л2/+ zэ),
где ил — линейное выходное напряжение ИВП.
Для сложных ЭС зависимость Zф + zэ от геометрических параметров выразить трудно. Размеры электродов, обеспечивающие необходимое значение Zф + zэ, можно рассчитать при известных аналитических описаниях электромагнитного поля между электродами и их параметрах, характеризующих в пространстве и во времени электрофизические свойства биосреды. Если активная составляющая сопротивления Яи (см. рис. 1), индуктивность Ьи, паразитная емкость Сип цепи контролируемого БО относительно земли, паразитная емкость С КЭ, сопротивление изоляции Яиз, испытательное напряжение ипр между КЭ могут быть определены и усреднены, то переходное сопротивление ^пер и межкон-тактную емкость Спер между КЭ и контактной зоной БО определить трудно из-за случайных процессов, действующих при эксплуатации ЭС. Кроме Яи, Ьи, С , С, Я . и . Я . С * к параметрам ЭС отно-
ип из пр пер пер
сят и индуктивность Ь с активным сопротивлением Я КЭ.
Электромагнитное поле в ЭС многомерное и весьма сложное. Аналитически описать его в сравнительно простом виде можно лишь для ограниченного числа случаев, когда реальные многомерные поля можно без больших погрешностей заменить двухмерными плоскопараллельными. Установлено [7], что работа ЭТК сопровождается разрядами статического электричества, коммутациями токов в индуктивных цепях, переходными процессами в цепях высокого напряжения, короной на электродах, искровыми пробоями в ЭС, что приводит к структурным и химическим изменениям в поверхностных слоях электродов. Поэтому для обеспечения надежности работы и исключения электрического пробоя между электродами важно соблюдать ограничение напряженности электромагнитного поля в ЭС и плотности тока на электродах, а также грамотно выбирать материал электродов.
Таким образом, оптимальное взаимодействие БО с электромагнитным полем — основное звено функциональной цепочки в информационных и электротехнологиях. Исходя из задач технического прогресса необходимо разработать теоретические основы конструирования ЭС, устойчивых к механическим воздействиям и обладающих электромагнитной совместимостью, коммутационными возможностями и быстродействием, сформулиро-
A-
B-
C *
ч
Ч
S.
Sni
S.
Рис. 2. Схема включения нагрузки ЭТК на линейные напряжения (£АВ, £вс, SCA — приэлектродное пространство, почва, ткани наземной и корневой систем растений)
вать принципы конструирования. Шобходимо также разработать модели ЭC с учетом процессов, происходящие во время коммутации.
Определяющими для ЭC являются вольт-ам-перные характеристики, улучшение которых обусловлено рациональным выбором соотношений геометрии Э^ их массогабаритных показателей. При работе электроды изнашиваются вследствие электрохимической коррозии металлов, что требует анализа, учета и исследования их прочностных и надежностных показателей. Подвижные ЭC должны обладать высокой коррозионной устойчивостью, прочностными, электропроводящими свойствами, высокой устойчивостью к истиранию.
Список литературы
1. Kонтактные системы / B.B. Осташявичюс, БЗ. Pуд-гальвис, B^. Pугальскене, Б.П. Бакшис. — Л.: Машиностроение. Ленигр. отд-ние, 1987. — 279 с.
2. Шабанов, А.А. ^^актные устройства для контроля изделий микроэлектроники / A.A. Шабанов, P.P. Хами-дуллин. — М.: Pадио и связь, 1985. — 128 с.
3. ^временные энергосберегающие электротехнологии / Ю.И. Блинов, A.C. Bасильев, A.H. Шканоров и др. — Шб.: Изд-во ШбГЭТУ «ЛЭТИ», 2000. — 548 с.
4. Баранов, Л.А. Cветотехника и электротехнология / ЛА. Баранов, B.A. Захаров. — М.: ^лос^ 200б. — 344 с.
5. Попечителев, Е.П. Электрофизиологическая и фотоэлектрическая медицинская техника / Е.П. Попечителев, H.A. ^реневский. — М.: Bысшая школа, 2002. — 470 с.
6. Орлов, Ю.Н. Электроды для измерения биоэлектрических потенциалов: учеб. пособие / ЮЛ. Орлов. Под ред. KC. Щукина. — М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 200б. — 224 с.
7. Ляпин, В.Г. Оборудование и энергосберегающая электротехнология борьбы с нежелательной растительностью / B.r. Ляпин. — Швосибирск: HrAV, 2000. — 10б с.
8. Ляпин, В.Г. Оборудование и энергосберегающая электротехнология борьбы с нежелательной растительностью в приложениях / B.r. Ляпин. — ^восибирск: HrAY, 2000. — 240 с.
9. Ляпин, В.Г. Поглощение электромагнитной энергии в растительной ткани / B.r. Ляпин, A.R Инкин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. — 2002. — № 11. — C. б-8.
