RU2380872C1

RU2380872C1 - Duplex electric weeder

Info

Publication number: RU2380872C1
Application number: RU2008149441/12A
Authority: RU
Inventors: Евгений Валентинович Тышкевич (RU); Евгений Валентинович Тышкевич; Александр Владимирович Боженков (RU); Александр Владимирович Боженков
Original assignee: Государственное научное учреждение Костромской научно-исследовательский институт сельского хозяйства
Priority date: 2008-12-15
Filing date: 2008-12-15
Publication date: 2010-02-10

Abstract

FIELD: agriculture.

SUBSTANCE: invention may be used in agriculture for elimination of weed plants, pinching, and also performance of technologies related to effect of electric current to plant objects. The novelty is the fact that duplex electric weeder, comprising autonomous power supply source, clock oscillator, pulse transformer, the first and second diodes, the first and second electrodes, also includes frequency divider, gate multivibrator and capacitance voltage multiplier, thus creating new additional links.

EFFECT: development of duplex electric weeder, having simple design, small dimensions and weight, having high efficiency factor and wide range of application.

2 dwg

Description

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.The invention relates to high-voltage pulse technology and can be used in agriculture for the destruction of weeds, pinching, and also the implementation of technologies related to the impact of electric current on objects of plant origin.

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.).A known installation for the destruction of weeds using electric energy "ERPIK", containing a source of electrical energy, including a transformer, control system, and electrodes (project "INTELLIGENCE", GRNTI rubric: 68.35, V. Popov, 2000).

Недостатками данного устройства являются ограниченный спектр используемых частот, низкий КПД, большие габариты и масса.The disadvantages of this device are the limited range of frequencies used, low efficiency, large dimensions and weight.

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).Also known is a piezoelectric plant stimulator-destructor containing a source of electrical energy (autonomous power source), consisting of a piezoelectric element and a drive, a voltage limiter, a rectifying diode, a storage capacitor, a protective diode, a starting element, an electronic switch, a pulse shaper and electrodes (RU 2289244 C1 , 2006.12.20).

Недостатками данного устройства являются ограниченный частотный диапазон выходных импульсов, а также ограниченная область применения.The disadvantages of this device are the limited frequency range of the output pulses, as well as the limited scope.

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).The closest analogue (prototype) of the present invention is a device for the duplex exposure of electric current to biological objects of plant and animal origin, containing an operating voltage source, an active electrode, a test pulse generator, a conductivity test analyzer, an operational conductivity analyzer and a control system (RU 2005122232, 2007.01. 27).

Недостатками данного устройства является сложность практической реализации принципиальной схемы и высокая стоимость в изготовлении.The disadvantages of this device is the difficulty of practical implementation of the circuit diagram and the high cost of manufacture.

Технической задачей изобретения является создание дуплексного электропрополыцика, обладающего простой конструкцией, небольшими габаритами и массой, имеющего высокий КПД и широкий диапазон использования.An object of the invention is the creation of a duplex electric propulsion device having a simple design, small dimensions and weight, having a high efficiency and a wide range of use.

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.This technical problem is achieved by the fact that a frequency divider, a single-shot oscillator and a capacitive voltage multiplier are introduced into a duplex electric sub-loop containing an autonomous power supply, a clock generator, a pulse transformer, two diodes and electrodes, forming new additional connections.

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.The drawing shows a functional diagram and simplified diagrams of the current-voltage characteristics of a duplex electric propulsion. On the diagrams of current-voltage characteristics, transient and oscillatory processes of voltages and currents are not shown.

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.The device contains an autonomous power supply 1, the first output connected to the first power input of the clock generator 2 and the first power input of the one-shot 4, the frequency divider 3, the control input connected to the output of the clock 2 and the first input of the capacitive voltage multiplier 8, the output connected to the control input of the one-shot 4, a pulse transformer 5, the first output of the primary winding connected to the output of the one-shot 4, the first output of the secondary winding connected to the anode of the first diode 6, the second diode 7, an anode connected to the output of the capacitive voltage multiplier 8, a cathode connected to the cathode of the first diode 6 and the first electrode 9, and the second output of the autonomous power source 1, the second power inputs of the clock generator 2 and single vibrator 4, the second terminals of the primary and secondary windings of the transformer 5, the second input capacitive voltage multiplier 8 and the second electrode are connected by a common bus.

Описание работы устройства.Description of the operation of the device.

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.A duplex electropolycycle consists of an autonomous power supply 1, a clock generator 2, a frequency divider 3, a single vibrator 4, a pulse transformer 5, the first 6 and second 7 diodes, a capacitive voltage multiplier 8, the first 9 and second 10 electrodes.

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.Generator 2 generates a sequence of clock pulses that control the operation of the circuit. The first power inputs of the generator 2 and the one-shot 4 are connected to the first output of the power source 1. The output of the generator 2 (a) is connected to the control input of the frequency divider 3 and the first input of the voltage multiplier 8, which acts as a capacitive storage of electrical energy. The output of the frequency divider 3 (b) is connected to the control input of the one-shot 4, the output of which (c) is connected to the first output of the primary winding of the pulse transformer 5, which is an inductive energy storage device. The first terminal of the secondary winding of the transformer 5 (d) is connected to the anode of the first diode 6. The output of the capacitive multiplier 8 (e) is connected to the anode of the second diode 7, the cathode of which is connected to the cathode of the first diode 6 and the first electrode 9 (f). The second electrode 10, the second output of the power source 1, the second inputs of the power supply of the generator 2 and the single vibrator 4, the second conclusions of the primary and secondary windings of the transformer 5, and the second input of the multiplier 8 are connected by a common bus. The impact on the plant object (not shown) is carried out using electrodes 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.In the initial period of operation of the circuit t0-t1, pulses from the generator 1 (plot a) are fed to the input of the multiplier 8, as a result of which a constant voltage of positive polarity u2 (plot e) is generated at its output. There is no signal at the output of the frequency divider 3 (plot b), since the number of pulses received at the input of the divider 3 is not enough to switch it. On the secondary winding of the transformer 5, the voltage is zero (diagram d), since the primary winding is de-energized (diagram c). No current flows through the plant object (plot f), since the voltage u2 supplied through the open diode 7 to the electrode 9 is lower than the breakdown voltage of the external insulation of the plant object connected to the electrodes 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).At time t1, the next pulse of generator 2 (plot a) switches the frequency divider 3 to a high state (plot b), as a result of which the one-shot 4 starts up (plot c), connecting the primary winding of transformer 5 to power supply 1. In the secondary winding of transformer 5, negative polarity voltage (plot d), which is cut off from the load (electrodes 9, 10) by the diode 6, turned on in the opposite direction. In the time period t1-t2, electric energy is accumulated in the primary winding of the transformer 5, while no current flows through the plant object (plot 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.At time t2, the one-shot 4 turns off, the voltage at its output becomes equal to zero (plot c), the current in the primary winding of the transformer 5 begins to decrease rapidly. As a result of this, in the secondary winding of the transformer 5, an EMF of positive polarity appears (plot d), which is fed through the open diode 6 to the electrodes 9, 10. In the time interval t2-t3, the voltage across the electrodes 9, 10 rises sharply (plot d), however the current flowing through the load is very low and represents the leakage current of the plant object’s own insulation (plot f). During this period, the multiplier 8 is disconnected from the load by a reverse-closed diode 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.At point t3, a breakdown of the insulation of the object occurs, as a result of which a conductive channel is formed inside it, while the voltage of the secondary winding of transformer 5 decreases sharply over time t3-t4 (plot d), and the current increases (plot f). At time t4, the voltage of the secondary winding of the transformer 5 reaches the value u1 (plot d) and becomes equal to the voltage at the output of the multiplier 8 u2 (plot e). With a further decrease in the voltage of the secondary winding of the transformer 5 over a period of time t4-t5, the diode 7 opens, connecting the charged capacitive multiplier 8 (plot e) to the electrodes 9, 10. The operational (power) pulse coming from the multiplier 8 through the open diode 7 to the electrode 9 , superimposed on the conductive channel formed by the discharge current of the transformer 5 (plot f, t4-t5), while the secondary winding of the latter is disconnected by the reverse biased diode 6 from the load. Thus, the plant object is subjected to duplex exposure from two energy sources: inductive 5 and capacitive 8. The first forms a conduction channel, and the second implements a force effect, providing the desired result. By the time t5, the operation pulse ends (plot f), the voltage on the capacitive multiplier 8 takes the minimum value (plot e), the conducting channel ceases to exist, the current through the plant becomes equal to zero (plot f). On the interval t5-t6, the multiplier 8 is charged to the initial voltage u2 (plot e), then the cycle repeats.

Энергия операционного импульса определяется величиной напряжения на выходе умножителя 8 и его эффективной емкостью.The energy of the operating pulse is determined by the voltage at the output of the multiplier 8 and its effective capacity.

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.The use of the multiplier 8 is necessary in order to raise the voltage of the operating pulse to the optimal values of 150 ... 300 V. In practice, the voltage of the autonomous power supply 1 can be 12 ... 48 V, while the voltage on the secondary winding of the transformer 3, forming a conductive channel, reaches 4 ... 12 kV.

Максимальный ток (амплитудное значение) операционных импульсов находится в пределах 100…130 А.The maximum current (amplitude value) of the operating pulses is in the range of 100 ... 130 A.

Частота следования дуплексных электрических сигналов находится в диапазоне от 10 Гц до 10 кГц.The repetition frequency of duplex electrical signals is in the range from 10 Hz to 10 kHz.

Устройство может применяться в качестве электропрополыцика для уничтожения сорняков, пасынкования, а также проведения технологий, связанных с воздействием электрическим током на растительные объекты.The device can be used as an electro-policeman for the destruction of weeds, pinching, as well as the implementation of technologies related to the impact of electric current on plant objects.

Устройство обладает простой конструкцией, имеет небольшие габариты и массу, высокий КПД и широкий диапазон использования.The device has a simple design, has small dimensions and weight, high efficiency and a wide range of uses.

Claims

A duplex electric creeper containing an autonomous power source, a clock generator, a pulse transformer, first and second diodes, first and second electrodes, characterized in that a capacitive voltage multiplier, a frequency divider and a single vibrator are introduced into it, the first power input connected to the first power input of the clock generator and the first output of an autonomous power source, a frequency divider, the control input connected to the output of the clock generator and the first input of the capacitive voltage multiplier, soy output one with a control input of a one-shot, a pulse transformer, connected to the output of a single-shot by the first output of the primary winding, connected to the anode of the first diode by the first output of the secondary winder, second diode, connected by an anode to the output of the capacitive voltage multiplier, connected to the cathode of the first diode and the first electrode, moreover the second output of an autonomous power source, the second power inputs of the clock generator and one-shot, the second conclusions of the primary and secondary windings of the transformer, the second input is capacitive deleterious voltage multiplier and a second electrode connected to the common bus.