Симисторный регулятор мощности для группового обогрева пчел

Вначале скажу, для чего это нужно. Это необходимо для ускоренного развития пчелиных семей весной, для увеличения численности пчёл в многокорпусном улье до состояния сверхсильных семей и для своевременного выхода огромных семей на главный взяток. Если пчеловода в Сибири не интересует валовый сбор мёда по фляге и более с семьи, то материал этой статьи ему не нужен. Ведро мёда с обычной пчелиной семьи можно взять и без дополнительных хлопот.

Когда пчёл выставили из омшанника, под каждый улей устанавливают фальш-дно Кинева с обогревателем. Никаких игрушечных приспособлений засовывать вовнутрь улья не надо. Не нужно путаться в проводах. Никаких обогревателей в виде плёнок! Все должно быть сделано крепко и надежно, чтобы не оборвать, не сломать, не замкнуть и не спалить. Применяют низковольтные регулируемые источники питания переменного напряжения. Эту схему собирают внутри ящика источника питания, к которому подключают магистральные провода, питающей сети, расположенные вдоль рядов ульев. Провода проводят прямо по снегу, можно их немного заглубить и приморозить во льду. Схема устройства показана на рисунке. Силовой управляющий элемент – симметричный триак ТС2-10, включенный последовательно с нагрузкой R9. Биполярные транзисторы VT1,2 и VT3,4 включены по схеме аналога однопереходного транзистора. Реализован принцип фазового управления.

Схема работает следующим образом. При положительной полуволне напряжения к схеме приложено положительное напряжение, равное напряжению стабилизации нижнего по схеме стабилитрона VD4. Конденсатор С1 начинает заряжаться. Постоянную времени заряда определяет емкость С1 и эквивалентное сопротивление цепи регулятора R1 – R2. Превышение напряжения на емкости над напряжением в средней точке резистивного делителя R3-R4, включенного после диода VD1, приводит к открыванию транзисторов VT1,2. Конденсатор при этом разражается импульсом тока через управляющий электрод триака и в нагрузку поступает электроэнергия. Аналогично работает вторая пара транзисторов VT3,4, с резистивным делителем R5-R6 и диодом VD2, включенным в противоположной полярности. Эти элементы формируют управляющий импульс тока отрицательной полярности при отрицательной полуволне напряжения. Схемное решение для регулятора типовое. В подобном виде оно приведено в журнале Радио.

Пример готовых модулей, использованных в прошлых версиях источника питания, показан на фотографии. Они рассчитаны на обогрев 10-12 ульев. Сейчас модули уже модифицированы под магистрали по 20-25 ульев. Модули продаются, цена по запросу. При самостоятельном повторении схемы можно использовать дешевые, простые, в том числе и устаревшие и поэтому довольно распространенные детали. Особых требований к качеству нет. Картинки для доработанных узлов, при нагрузке 25 ампер, показаны ниже. Поскольку токи в источнике большие, следует позаботиться о применении добротных измерительных приборов. Нужны крепкие амперметры, чтобы не плавились от больших токов. Все контакты нужно тщательно зачистить и основательно протянуть гаечными ключами. Главная проблема - внезапный обрыв любого силового провода. За ним последует отключение нагрева и замерзание детки в ульях.

Применение симистора позволяет построить регулятор переменного напряжения без использования мощного выпрямительного моста. Это особенно существенно ввиду потерь напряжения на силовых диодах при больших токах нагрузки и низком напряжении питания. При токе более 1 ампера симметричный тиристор следует устанавливать на радиаторе. При допустимых токах около 10А площадь радиатора увеличивают до 500-600 квадратных сантиметров. В особо тяжелом режиме, при обогреве сравнительно большой пасеки (более 25 ульев) не помешает микровентилятор, одетый на радиатор, но это - хлопоты. При ещё больших токах следует применить более мощный триак, а радиатор используют с эффективной площадью 2000 кв.см. Надо понимать, что определяющей характеристикой радиатора охлаждения является площать поверхности рёбер, а не масса алюминия. Поэтому массивные радиаторы не годятся, лучше применять компьютерные радиаторы от процессоров. При ночных морозах, теплоотведение потерь в регуляторе в окружающее пространство, оказывается вполне надёжным. 

В качестве элемента нагрузки R9 служит группа нагревательных элементов в доньях. Все ТЭНы включены параллельно, причем каждый из нагревателей расположен в собственном фальш-дне, под ульем. Разводку проводов на пасеке выполняют по магистральной схеме, медным проводом, подходящего сечения. В местах установки ульев, для их подключения выполняют отводы со штепсельными вилками. Каждое фальшь-дно имеет стандартный ответный разъем – штепсельную розетку. Для снижения потерь напряжения в проводах хочется иметь магистрали из кабеля ВВГ сечением 4кв.мм или даже 6 кв.мм. Для малых пасек вполне допустимо применение медного кабеля 2,5 кв.мм.  

Устройство (источник питания) монтируют в закрытом ящике. Вместе с трансформатором питания размещают сам регулятор. В боковых крышках желательно предусмотреть вентиляционные окна. Для защиты схемы устанавливают плавкий предохранитель. Желательно также применить стандартный автоматический выключатель SA1. На тыльной стороне ящика устанавливают штепсельные вилочные разъемы. К каждому из них подключают свою магистраль. Удобно, когда количество магистралей соответствуют количеству рядов с ульями. Для контроля режима обогрева последовательно с нагрузкой можно установить амперметр электромагнитной системы на ток до 10А (или 25А). Не помешает также вольтметр (параллельно нагрузке). Регулятор R1 размещают на лицевой панели. Им устанавливают необходимую мощность обогрева, контролируя ток по амперметру.

Пример готового источника питания показан на фотографии. Устройство маломощное, поскольку использована лишь пара трансформаторов 0,25 кВА. Первичные обмотки параллельно. Выходные - последовательно, согласованно на 24х2=48 вольт. Такой источник пригоден для питания обогревателей одного ряда (одна магистраль ВВГ_2,5х2). Опыт эксплуатации устройства регулирования мощности (напряжения) показал, что весь диапазон, как правило, не используется. Достаточно определить и выставить метку для наибольшего необходимого значения мощности в ночное время (на мороз) и метку для меньшего, приблизительно половинного значения мощности для дневного времени. Если же наступает оттепель, – регулятор можно отключить вовсе. Готовый источник тоже продается. Цена от 10000 рублей (на 10 семей). По количеству ульев приходится подбирать нагревательные элементы и трансформаторы. Сейчас меня больше занимают трансформаторы типа ТСЗИ на 1,5-2,5 кВА. Применение больших единичных мощностей упрощает задачу конструирования обогревов. Обмотки включают комбинированно, для получения напряжения около 60 вольт при токах до 40 ампер.

Вопрос о выборе напряжения не простой, однако у меня на него есть ответы. Напряжение зависит от количества обогреваемых единиц. Для маленькой пасеки можно ограничиться напряжением 36 вольт. Для 20 ульев применяют напряжение не менее 42 вольт. Для 30-40 ульев придется несколько трансформаторов включать последовательно-параллельно. Или применять трехстержневой промышленный трансформатор, для получения напряжений от 42 до 64 вольт.  Надо заметить, что выше 42 вольт напряжения считают опасными, однако есть проблемы с выбором обогревателей на промежуточные напряжения, и поэтому приходится идти на некоторое увеличение напряжения, для пасек в более 40 ульев. Иначе токи оказываются чрезмерно большими. Другим способом решения проблемы является разукрупнение источника. Применение технологии обогрева ставит принципиальный вопрос о количестве семей и технологии пчеловождения. Поскольку на обогреве семьи получаются сильные, их количество следует ограничить. Для 30 стационарных двухкорпусных семей может просто не хватить прокорма. Зато нужно подумать об унификации корпусов. Иначе поставленная задача разумного решения не имеет. Если по-простому, то лучше использовать тиристорные схемы регулирования. Не следует идти по пути применения IGBT-источников питания. Это пока экстремально дорого. И кроме того, есть опасение в небезобидности ШИМ-регуляторов для пчёл.

                                                            Евгений Бортник, Красноярск, Россия, 2013