ДУПЛЕКСНЫЙ ЭЛЕКТРОПРОПОЛЬЩИК
DUPLEX ELECTRIC WEEDER

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использовано в сельском хозяйстве для уничтожения сорной растительности, пасынкования, а также проведения технологий, связанных с воздействием электрическим током на объекты растительного происхождения.
Известна установка для уничтожения сорных растений с помощью электрической энергии "ЭРПИК", содержащая источник электрической энергии, включающий трансформатор, систему управления, и электроды (проект «ИНТЕЛЛЕКТ», рубрика ГРНТИ: 68.35, Попов В.М., 2000 г.).
Недостатками данного устройства являются ограниченный спектр используемых частот, низкий КПД, большие габариты и масса.
Известен также пьезоэлектрический стимулятор-деструктор растений, содержащий источник электрической энергии (автономный источник питания), состоящий из пьезоэлемента и привода, ограничитель напряжения, выпрямительный диод, накопительный конденсатор, защитный диод, пусковой элемент, электронный коммутатор, формирователь импульсов и электроды (RU 2289244 С1, 2006.12.20).
Недостатками данного устройства являются ограниченный частотный диапазон выходных импульсов, а также ограниченная область применения.
Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого изобретения является устройство дуплексного воздействия электрическим током на биологические объекты растительного и животного происхождения, содержащее источник операционного напряжения, активный электрод, генератор тестовых импульсов, тестовый анализатор проводимости, операционный анализатор проводимости и систему управления (RU 2005122232, 2007.01.27).
Недостатками данного устройства является сложность практической реализации принципиальной схемы и высокая стоимость в изготовлении.
Технической задачей изобретения является создание дуплексного электропрополыцика, обладающего простой конструкцией, небольшими габаритами и массой, имеющего высокий КПД и широкий диапазон использования.
Эта техническая задача достигается тем, что в дуплексный электропрополыцик, содержащий автономный источник питания, тактовый генератор, импульсный трансформатор, два диода и электроды, введены делитель частоты, одновибратор и емкостный умножитель напряжения, образуя при этом новые дополнительные связи.
На чертеже представлена функциональная схема и упрощенные эпюры вольтамперных характеристик дуплексного электропрополыцика. На эпюрах вольтамперных характеристик не показаны переходные и колебательные процессы напряжений и токов.
Устройство содержит автономный источник питания 1, первым выводом соединенный с первым входом питания тактового генератора 2 и первым входом питания одновибратора 4, делитель частоты 3, управляющим входом подключенный к выходу тактового генератора 2 и первому входу емкостного умножителя напряжения 8, выходом соединенный с управляющим входом одновибратора 4, импульсный трансформатор 5, первым выводом первичной обмотки подключенный к выходу одновибратора 4, первым выводом вторичной обмотки соединенный с анодом первого диода 6, второй диод 7, анодом подключенный к выходу емкостного умножителя напряжения 8, катодом соединенный с катодом первого диода 6 и первым электродом 9, причем второй вывод автономного источника питания 1, вторые входы питания тактового генератора 2 и одновибратора 4, вторые выводы первичной и вторичной обмоток трансформатора 5, второй вход емкостного умножителя напряжения 8 и второй электрод соединены общей шиной.
Описание работы устройства.
Дуплексный электропрополыцик состоит из автономного источника питания 1, тактового генератора 2, делителя частоты 3, одновибратора 4, импульсного трансформатор 5, первого 6 и второго 7 диодов, емкостного умножителя напряжения 8, первого 9 и второго 10 электродов.
Генератор 2 вырабатывает последовательность тактовых импульсов, которые управляют работой схемы. Первые входы питания генератора 2 и одновибратора 4 подключены к первому выводу источника питания 1. Выход генератора 2 (а) соединен с управляющим входом делителя частоты 3 и первым входом умножителя напряжения 8, выполняющего роль емкостного накопителя электрической энергии. Выход делителя частоты 3 (b) подключен к управляющему входу одновибратора 4, выход которого (с) соединен с первым выводом первичной обмотки импульсного трансформатора 5, представляющего собой индуктивный накопитель энергии. Первый вывод вторичной обмотки трансформатора 5 (d) подключен к аноду первого диода 6. Выход емкостного умножителя 8 (е) соединен с анодом второго диода 7, катод которого подключен к катоду первого диода 6 и первому электроду 9 (f). Второй электрод 10, второй вывод источника питания 1, вторые входы питания генератора 2 и одновибратора 4, вторые выводы первичной и вторичной обмоток трансформатора 5, и второй вход умножителя 8 соединены общей шиной. Воздействие на растительный объект (не показан) осуществляется с помощью электродов 9,10.
В начальный период работы схемы t0-t1 импульсы с генератора 1 (эпюра а) поступают на вход умножителя 8, в результате чего на его выходе образуется постоянное напряжение положительной полярности u2 (эпюра е). На выходе делителя частоты 3 (эпюра b) сигнал отсутствует, поскольку количество импульсов, поступивших на вход делителя 3, не достаточно для его переключения. На вторичной обмотке трансформатора 5 напряжение равно нулю (эпюра d), так как первичная обмотка обесточена (эпюра с). Ток через растительный объект не протекает (эпюра f), поскольку значение напряжения u2, поступающего через открытый диод 7 к электроду 9, ниже напряжения пробоя наружной изоляции растительного объекта, подсоединенного к электродам 9, 10.
В момент времени t1 очередной импульс генератора 2 (эпюра а) переключает делитель частоты 3 в высокое состояние (эпюра b), вследствие чего одновибратор 4 запускается (эпюра с), подключая первичную обмотку трансформатора 5 к источнику питания 1. Во вторичной обмотке трансформатора 5 образуется напряжение отрицательной полярности (эпюра d), которое отсекается от нагрузки (электроды 9, 10) диодом 6, включенным в обратном направлении. В период времени t1-t2 происходит накопление электрической энергии в первичной обмотке трансформатора 5, при этом ток через растительный объект не протекает (эпюра f).
В момент времени t2 одновибратор 4 выключается, напряжение на его выходе становится равным нулю (эпюра с), ток в первичной обмотке трансформатора 5 начинает быстро уменьшаться. В результате этого во вторичной обмотке трансформатора 5 возникает ЭДС самоиндукции положительной полярности (эпюра d), которая через открытый диод 6 подводится к электродам 9, 10. В промежутке времени t2-t3 напряжение на электродах 9, 10 резко возрастает (эпюра d), однако ток, протекающий через нагрузку, имеет очень низкое значение и представляет собой ток утечки собственной изоляции растительного объекта (эпюра f). В этот период умножитель 8 отключен от нагрузки обратнозакрытым диодом 7.
В точке t3 наступает пробой изоляции объекта, в результате чего внутри него образуется проводящий канал, при этом напряжение вторичной обмотки трансформатора 5 на отрезке времени t3-t4 резко уменьшаться (эпюра d), а ток возрастает (эпюра f). В момент t4 напряжение вторичной обмотки трансформатора 5 достигает значения u1 (эпюра d) и становится равным напряжению на выходе умножителя 8 u2 (эпюра е). При дальнейшем понижении напряжения вторичной обмотки трансформатора 5 на отрезке времени t4-t5 диод 7 открывается, подключая заряженный емкостный умножитель 8 (эпюра е) к электродам 9, 10. Операционный (силовой) импульс, поступающий от умножителя 8 через открытый диод 7 на электрод 9, накладывается на проводящий канал, сформированный разрядным током трансформатора 5 (эпюра f, t4-t5), при этом вторичная обмотка последнего отключается обратносмещенным диодом 6 от нагрузки. Таким образом, на растительный объект производится дуплексное воздействие от двух источников энергии: индуктивного 5 и емкостного 8. Первый формирует канал проводимости, а второй осуществляет силовое воздействие, обеспечивая желаемый результат. К моменту времени t5 действие операционного импульса заканчивается (эпюра f), напряжение на емкостном умножителе 8 принимает минимальное значение (эпюра е), проводящий канал прекращает свое существование, ток через растительный объект становится равным нулю (эпюра f). На отрезке t5-t6 умножитель 8 заряжается до исходного напряжения u2 (эпюра е), затем цикл повторяется.
Энергия операционного импульса определяется величиной напряжения на выходе умножителя 8 и его эффективной емкостью.
Применение умножителя 8 необходимо для того, чтобы поднять напряжение операционного импульса до оптимальных значений 150…300 В. Практически напряжение автономного источника питания 1 может составлять 12…48 В, при этом напряжение на вторичной обмотке трансформатора 3, формирующее проводящий канал, достигает значений 4…12 кВ.
Максимальный ток (амплитудное значение) операционных импульсов находится в пределах 100…130 А.
Частота следования дуплексных электрических сигналов находится в диапазоне от 10 Гц до 10 кГц.
Устройство может применяться в качестве электропрополыцика для уничтожения сорняков, пасынкования, а также проведения технологий, связанных с воздействием электрическим током на растительные объекты.
Устройство обладает простой конструкцией, имеет небольшие габариты и массу, высокий КПД и широкий диапазон использования.