Генератор сигналов контроля параметров газоразрядных ламп для растений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Генератор сигналов контроля параметров газоразрядных ламп для растений

Голубев С.В.

Гулин С.В.

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 Uc характеризуется 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 Uc.В то же время поток линий ртути изменяется скачкообразно при мгновенных колебаниях Uc, а затем следует изменениям напряжения с запаздыванием. Таким образом, при мгновенных колебаниях Uc инерционность 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].

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1 - Допустимые значения размахов изменений напряжения (дUt, %), в зависимости от частоты (F, 1/мин) и интервала времени (Дtд, 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 сдвига можно, следовательно, получать псевдослучайную последовательность 15- 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 0,95Uн, а минимальное сопротивление цепочки соответствует напряжению U=1,05UH. 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 ДА 1 вырабатывает управляющие сигналы с заданной частотой (от 1 до 0,03 Гц) и управляет 16-разрядным регистром сдвига с обратной связью на микросхемах ДД 2-ДД 5. 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. облучение лампа энергия

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.

Размещено на Allbest.ru