ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЯ

       электронный учебно-методический комплекс

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8

Электрическая изгородь

Цель работы

Программа работы

Общие теоретические сведения

Методика работы

Содержание отчёта

Контрольные вопросы

Приложение 8

Цель работы

Изучить устройство, назначение и применение электрической изгороди.

Программа работы

1. Ознакомиться с теоретическими сведениями.
2. Изучить методику и выполнить работу.
3. Составить и защитить отчёт.

Общие теоретические сведения

Электрические изгороди (ЭИ) применяют для загонной пастьбы коров, телят, овец и других животных. ЭИ состоит из генератора импульсов высокого напряжения, изгороди, состоящей из опорных стоек с изоляторами, и токоведущей линии. Один полюс генератора заземляют, а другой полюс соединяют с токоведущей линией изгороди.

Прикоснувшись к изгороди, животное замыкает цепь тока и ощущает электрический удар, после которого вырабатывается условный рефлекс боязни прикосновения к ограждающей проволоке. Оказалось, что для “обучения” крупного рогатого скота достаточно 1-2 дня. Изучено поведение 58 быков в двух группах, когда они встречались с ЭИ в первый раз. ЭИ была сделана из проволок диаметром 1,6 мм. Она перегораживала доступ к сену. Сначала быки пытались пробиться к сену прямо через проволоку. Получив удар, они обнаруживали источник опасности и делали только осторожные попытки пробиться к корму. После 15 мин безуспешных попыток вся группа быков двигалась вдоль проволоки и оставалась в конце загона в течение 30 мин. Затем группа возвращалась к корму и три лидера пробовали касаться провода своими носами. Получив удар, группа отступала от забора и в течение часа наблюдала со стороны. Только несколько быков в течение часа повторно возвращались к забору и получали удар. Эти исследования показали сильную реакцию быков на электрический импульс. Через 1час “обучения” целая группа животных приучалась “уважать” забор, поэтому в дальнейшем было возможно ограждение упрощенной системой ЭИ (рис. 8.1).

Рис. 8.1. Упрощенная электрическая принципиальная схема генератора импульсов электрической изгороди ИЭ-200.

Напряжение подаётся импульсами с частотой 1-2 Гц, длительность импульса не превышает 60 мс, перерыв между импульсами - 1 с. Амплитудное значение напряжения импульсов 2…12 кВ, а сила тока в импульсе 0,15…10 А. Существуют генераторы с индуктивным и ёмкостным выходом. В генераторах первого типа накопительный генератор заряжается низким напряжением, а затем разряжается на первичную обмотку повышающего трансформатора (ИЭ-200, ЭК-1М, ЛСХА).

Для электроизгороди применяют два режима работы генератора импульсов: автоматический (импульсы поступают на токоведущую линию непрерывно) и ждущий (генератор вырабатывает импульсы только в случае прикосновения животных к ЭИ). Принципиальная электрическая схема генератора импульсов приведена на рис. 8.1 и на стенде лабораторной работы.

Электрическая изгородь состоит из ограждения в виде стальной проволоки, закрепленной на изоляторах металлических стоек, генератора электрических импульсов и источника питания. Генератор вырабатывает импульсы высокого напряжения 6…9 кВ с частотой 30…150 импульсов в минуту. Один вывод генератора присоединяют к проволоке изгороди, а другой заземляют через разрядник V (рис. 8.1).

Во время прикосновения животного к проволоке изгороди цепь генератора импульсов замыкается через тело, и животное получает электрический удар, который не представляет опасности для жизни, но достаточен для вырабатывания условного рефлекса “боязни” прикосновения к ограждающей проволоке.

Количество электричества в импульсе до 3 мА безопасно для животных.

Генератор импульсов получает питание либо от встроенной батареи, либо от сети переменного тока напряжением 220 В. При питании от батареи генератор может работать в автоматическом и ждущем (для экономии энергии батареи) режимах, а при питании от сети переменного тока только в автоматическом режиме.

В ждущем режиме генератор подает импульсы напряжения только при касании животного проволоки изгороди или при снижении сопротивления изоляции проволоки по отношению к земле до 1…2 кОм.

В автоматическом режиме генератор импульсов работает следующим образом. При включении переключателем S1 источника питания через резисторы R1 и R2 заряжается конденсатор СЗ, а через резистор R6 - конденсатор С4. Когда напряжение на С4 достигает напряжения зажигания тиратрона VL, последний зажигается и конденсатор С4 разряжается на первичную обмотку трансформатора TV. Этим разрядным током открывается тиристор VD2, и конденсатор СЗ импульсно разряжается на первичную обмотку трансформатора TV. Высокое напряжение вторичной обмотки пробивает разрядник FV, который оказывается приложенным к земле и проволоке изгороди.

Характер разрядки конденсатора СЗ колебательный. Ток обратного направления протекает через диод VD1. Частота импульсов изменяется резистором R2.

Силу импульса регулируют, изменяя при помощи включателя S2 число включенных конденсаторов (С1; С2; СЗ). Резисторы R4 и R5 обеспечивают постоянную частоту импульсов при переключении выключателя S2 в положение “больше”.

В “ждущем” режиме при питании от батареи конденсаторы С1, С2 и С3 заряжаются так же, как и в автоматическом режиме, а конденсатор С4 заряжается по-другому. При установке переключателя S3 в положение "ЖД" напряжение от конденсатора С3 подается на делитель напряжения: резистор R8, вторичную обмотку TV, сопротивление r_из изоляции проволоки изгороди от земли, резисторы R9 и R10. Если животное не касается проволоки изгороди от земли, то напряжение на резисторе R10, параллельно которому включен конденсатор С4, будет недостаточное для зажигания тиратрона и импульсов не будет, так как (R8+r_из+R9)>R10. При касании животного проволоки сопротивление верхнего плеча делителя уменьшается (животное закорачивает r_из), напряжение на С4 возрастает, зажигается тиратрон VL и появляются импульсы напряжения на проволоке.

Методика работы

Устройство, принцип действия, электрическую схему и правила эксплуатации генератора импульсов изучают по техническому паспорту и методическим указаниям к лабораторной работе.

Высокое напряжение, подаваемое от генератора импульсов на проволоку изгороди, ввиду малой энергии импульса, безопасно для животных и людей, но вызывает неприятное ощущение. Поэтому следует соблюдать осторожность при работе с генератором и избегать прикосновения к его выводам. Проводя опыты секундомером, определяют частоту импульсов при введенном (минимальная частота) и выведенном (максимальная частота) резисторе R2. Частоту импульсов, Гц, рассчитывают по формуле:

где R - сопротивление цепи заряда конденсатора СЗ, Ом;

С - ёмкость конденсатора, Ф;

U_б - напряжение батареи, В;

U_С1 и U_С2 - напряжение на конденсаторе С3, соответственно в начале и в конце разряда, В.

Для измерения напряжений U_б, U_С1 и U_С2 используют протарированный осциллограф.

Чтобы определить сопротивление нагрузки генератора, при котором он переходит из ждущего режима в автоматический, генератор подключают к последовательно соединенным резисторам (рис. 8.2). Шунтируя выключателями S1, S2, S3 отдельные резисторы, устанавливают начало работы генератора импульсов. Энергию импульса, Дж, рассчитывают по формуле:

где С - суммарная емкость включенных конденсаторов С1, С2, СЗ, Ф;

U_С1, U_С2 - напряжение на конденсаторе С1, С2, В.

Силу импульса определяют площадью, ограниченной кривой импульса тока и осью абсцисс (осью времени). Для снятия кривой импульса тока генератор импульсов нагружают цепочкой последовательно соединенных резисторов R1…R8. От одного из этих резисторов напряжение подают на осциллограф для записи кривой импульса тока (рис. 8.2). Для нахождения масштаба силы тока (тарировки осциллографа) цепочку R1…R8 подключают к источнику пониженного напряжения, измеряют протекающий в ней ток и отклонение луча осциллографа. Длительность импульса находят по масштабу горизонтальной развертки осциллографа.

Рис. 8.2. Схема нагрузки генератора импульсов электрической изгороди.

Содержание отчёта

1. Технические данные ЭИ.
2. Принципиальная электрическая схема генератора импульсов.
3. Осциллограммы импульсов напряжения и тока генератора.
4. Расчётные формулы.
5. Выводы.

Контрольные вопросы

1. Из каких элементов состоит электрическая изгородь и каков принцип её работы?
2. Когда и с какой целью применяют ждущий режим работы генератора импульсов?
3. Почему высокое напряжение в импульсе (6…9 кВ) не опасно для жизни животных?
4. Каково допустимое количество электричества в импульсе для животных?
5. Объясните работу генератора импульсов в автоматическом режиме.
6. Как регулируют частоту и силу импульса?
7. Расскажите, как работает генератор импульсов в ждущем режиме.
8. Как определяют энергию и силу импульса?
9. Техника безопасности при эксплуатации ЭИ.
10. Посредством каких устройств на схеме обеспечивается постоянная частота импульсов?

Приложение 8

© ФГОУ ВПО Красноярский государственный аграрный университет, 2006
© Центр дистанционного обучения КрасГАУ, 2006