Обогрев пчёл фальшь-доньями Кинева, схемотехника

Общий вид схемы подключения комплекта фальшь-доньев показан ниже. В простейшем случае комплект состоит из 10 фальшь-доньев и трансформаторного источника питания. Каждое дно (В1 – В10) имеет свой разъем ХТ1-ХТ10, на источник А1 также установлены разъемы Х2. Как правило, на источнике предусмотрена две пары разъемов, по одной паре на каждый комплект из 10 доньев. Внутри источника установлен силовой трансформатор трехстержневой Т1 или группа однофазных трансформаторов. Предусмотрен модуль регулятора напряжения РН (низковольтный диммер) на основе мощного тиристора или симистора, снабженного радиатором охлаждения площадью рассеяния до 500 кв.см. Есть измерительные приборы – амперметр и вольтметр электромагнитной системы. Приближенную оценку мощности при нагреве определяют именно по приборам. Если на вольтметре 44 вольта, а амперметр показываает 9 ампер, это означает, что к десяти фальшь-доньям подведено 0,4 кВт активной мощности. Не трудно определить, что на каждый улей приходится в среднем по 40 Вт. Причём качество медных соединительных проводов следует обеспечить очень хорошим. Сечение по меди выбирают более 2,5 кв.мм, чтобы потери напряжения к концу магистрали были маленькими. Смею уверить, что 40-50 Вт это отнюдь не мало, однако к вопросу нормирования мощности следует подойти весьма ответственно и обсудить тему более обстоятельно.

Силовая низковольтная магистраль от источника к ульям проложена по земле со снегом и льдом, двухжильным кабелем ВВГ. Длина кабеля до 30 метров, сечение 2,5-4 кв.мм. Предусмотрены разъёмы, как от источника, так и на каждом днище. Отводы от магистрали к модулям фальшь-доньев В1-В10 выполнены кабелем ШВВП сечением 0,5-0,75 кв.мм, здесь допустима только пайка под канифолью с изолированием. При большем чем 10 количестве ульев в обогреве применяют две и более параллельных силовых магистрали.

В фальшь-донья В1-В10 установлены электрические нагреватели ЕК1-ЕК10, режимом которых управляет фазовый регулятор напряжения (терморегулятор вовсе не обязателен). Для дистанционного контроля и управления обогревом предусмотрен модуль микроконтроллера МК. Коммуникация с ноутбуком выполняется при помощи модуля связи МС. В качестве модуля связи используется либо PLC-модем либо модуль высокочастотной радиосвязи. Выбор наиболее приемлемой и недорогой технологии связи является предметом дополнительного исследования.

В простейшей комплектации внутри фальшь-днища установлен только электрический разъём, нагревательный элемент и световой индикатор включенного состояния. Регулирование напряжения выполняется централизовано, для всех доньев одновременно. Поэтому следует, по возможности обеспечить одинаковое качество изготовления доньев для самих ульев. В этом случае условия обогрева разных ульев будут примерно одинаковыми. Мониторинг состояния семей на микроконтроллерных доньях выполняют внутри программной оболочки, установленной на ноутбук, в среде графической операционной системы. Реальную оценку нагрева днища внутри улья выполняют цифровым термометром. Если качество ульев или сила семей отличаются, то вполне реальным может оказаться отличие ночной температуры внутри улья на днище в 12 и более градусов. В этом случае нужно обеспечить форсированный обогрев слабых семей или ослабление нагрева дырявых ульевых доньев. Для этого нужна диагностика и подстройка микроконтроллерной системы. Но можно применить и простецкое сермяжное решение (балластные резисторы). Установка наружнего балласта последовательно с обогревателем ограничивает мощность внутри фальшь-днища. Техническое решение описано здесь же на сайте, но в другой статье.

Ниже показаны схемы включения трёхстержневых трансформаторов электропитания обогревателей для пчёл, реализованные в нескольких вариантах источников с тиристорными регуляторами. Схемы с однофазными трансформаторами не рассмотрены по причине банальности. Первичные обмотки в группе трансформаторов как правило включают прараллельно, вторичные - последовательно. Это не особенно мощные источники. Тиристорным регулятором с установленной мощностью трансформаторов 0,5 кВт можно запитать до 10 фальшь-доньев Кинева. Более мощные источники лучше собирать на основе трехстержневых трёхфазных трансформаторов 1,5-2,5кВт. В них поменьше удельные потери, выше надёжность. Но весят они значительно больше, чем однофазные. Кулибиным для построения источника питания к обогревателям пчёл подойдут низковольтные осветительные трансы, например ОСО с большими выходными токами, если правильно включить. Если применить группу из 4-х однофазных трансформаторов 0,25кВт, то получится неплохой источник. Вторичные обмотки в сумме дадут 12+12+12+12=48 вольт, при токе до 20 ампер. Значит можео подключить пару магистральных проводов, запитав два ряда ульев с обогревателями.

Схемы включения трёхстержневого силового трансформатора в однофазную бытовую сеть показаны на рисунках ниже. Варианты включения могут быть различными, учитывая вариации уровней выходного напряжения. Наиболее распространены трехстержневые трансформаторы 220/36 вольт. Первая схема включения трехфазного трансформатора, позволяет получить стандартное выходное напряжение 36 или 42 вольта. Могу заметить, что этого маловато. При напряжении 36 – 42 вольта для достижения требуемой мощности необходимо использовать пару стандартных нагревателей. Это делает изделие несколько дороже, однако уровень напряжения - безопасный. Для своей пасеки применяю повышенные напряжения до 50-60 вольт. Это позволяет обойтись одиночным нагревателем в днище.

Вторую схему я применяю для собственных источников, поскольку работаю с напряжением, например 54 вольта. Нагреватели, используемые в составе фальш-доньев, допустимо применять на двух указанных здесь напряжениях. При большем из указанных напряжений предельная мощность выше и достигает значения примерно 45-50Вт. Повышенное напряжение обеспечивает при той же мощности обогревателя в полтора раза меньший ток потребления и лучшую динамику стартового разогрева. При поиске лучшего варианта включения трёхстержневого трансформатора никто не запретит выполнять моточные процедуры. Можно например домотать пару десятков витков толстого медного провода на средний стержень и включить полученную дополнительную обмотку последовательно со вторичной, этого же стержня. Доработку можно выполнить не разбирая железо. Как правило размеры окна оказываются достаточными для просовывания провода. Но процедура домотки довольно громоздкая. Нужно проталкивать в окна сердечника 6-8 метров медного эмалевого или ПСДКТ провода. И натягивать провод при укладке приходится. Понадобится оснастка в виде деревянных клиньев.

Есть варианты применения еще более высокого напряжения питания. Технически достижим простой способ получения напряжения 63 вольта в трехфазном трансформаторе с исходным напряжением 42 вольта. Для однофазных трансформаторов возможно последовательное включение крайних обмоток 36 вольт и результирующее напряжение 72 вольта. Нужно заметить, что 72 вольта это предельное напряжение питания фальшь-доньев. Оно несколько великовато по уровню тепловыделения. И для его снижения приходится применять схемотехнические ухищрения. Можно ограничить вольтаж повышая потери напряжения, или применить фазовое регулирование в схеме тиристорного блока. Для однофазных трансформаторов количество вариантов включения тоже достаточно велико. Возможно комбинированное включение разных трансформаторов. Для трехфазных трёхстержневых трансформаторов количество вариантов включения ограничено, зато единичная установленная мощность более существенная. Это позволяет обойтись одним трансформатором. И даже по массе можно выиграть, а также достигнуть меньших удельных потерь электроэнергии.

Очень неплохой результат даёт вариант применения однофазной вольтодобавки в составе схемы с трехфазным трансформатором. Но для реализации вольтодобавки требуются дополнительно всё те же однофазные трансформаторы, например 220/12 с конскими токами вторичной обмотки. Приближенно вольтодобавку назовём 5 или 10 процентной.

Пусть выходное напряжение 36 вольт – вариантом №1. Выходное напряжение 42 вольта – вариант №2. Перевод трехфазного трансформатора в вариант однофазного даёт:

   Вариант 1. 36+18=54 вольта.

   Вариант 2. 42+21=63 вольта.

При 10% вольтодобавке выходные напряжения в узле подключения тиристорного регулятора составляют соответственно:

   Вариант 1. Выходное напряжение 54+11=65 вольт.

   Вариант 2. Выходное напряжение 63+13=76 вольт (многовато)!

Будет уместно более подробно разобрать означенную тему. Вероятно нужно больше картинок. Позже добавлю фотографии матчасти и дополнительные схемы. 

В результате анализа технических вариантов включения установлено, что выгодным является однофазное применение трехфазного трансформатора на выходное напряжение 42 вольта. Выбор этого значения напряжения многократно проверен на практике и подтвердил полную пригодность.

                      Евгений Бортник, Красноярск, Россия, ноябрь 2015