Параметры и Режимы ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕГО светодиодного электрооптического преобразователя для мониторинга численности и вида насекомых –

Для испытания были выбраны две панели ФЭП – TPS-936M (28 Вт) и TPS-936A(13 Вт), две АКБ CA-1270 емкостью 7 A·ч и светоловушки – трехконфузорная, трехщелевая и однощелевая. Испытания проводились отдельно при работе стенда с ФЭП TPS-936M (28 Вт) и с ФЭП TPS-936A(13 Вт). В обоих случаях ФЭП работали в паре с АКБ марки CA-1270, а нагрузкой служили три параллельно включенные светоловушки.

Цель эксперимента:

• изучить процесс зарядки АКБ от ФЭП при дневном режиме работы светоловушек;
• изучить процесс разрядки АКБ на светодиоды светоловушек при ночном режиме работы;
• исследовать зависимость интенсивности зарядки от освещенности фотоэлемента;
• испытать эффективность световой ловушки для насекомых в производственных условиях, определить оптимальные параметры составляющих световую ловушку частей;
• оценить полученные результаты.

В состав экспериментальной установки вошли:

1. ФЭП TPS-936A номинальной мощностью 13 Вт и TPS-936M номинальной мощностью 28 Вт.
2. Две АКБ CA-1270 емкостью 7 A·ч.
3. Три светоловушки различных конструкций - трехконфузорная, трехщелевая и однощелевая.
4. Переключатель.

Приборное оснащение установки включало в себя:

• три мультиметра SINOMETER VC89B (постоянное напряжение (DCV) 200mV/2/20/200V +/-0.5%. 1000V +/-0.8%; постоянный ток (DCA) 20mA/200mA +/-1.5%. 20A +/-2.0%);
• Люксметр.

Все элементы экспериментальной установки соединены по принципиальной электрической схеме, представленной на рисунке 5.

Рисунок 5 – Схема экспериментальной установки электрическая принципиальная

Схема обеспечивает возможность исследовать работу в составе экспериментальной установки системы ФАС, в частности, исследовать режимы заряда аккумулятора от ФЭП, разряда аккумулятора на светоловушки и эффективность улавливания насекомых различными конструкциями светоловушек.

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований эффективности ЭСЭП» описываются результаты исследований в лабораторных и производственных условиях.

Все исследования проводились на экспериментальной установке согласно программе и методике экспериментов.

Исследование основных характеристик системы «ФЭП – аккумулятор» проводится по одноименной методике. При исследовании зарядки АКБ использовались ФЭП двух типов: TPS-936А (13 Вт) и TPS-936М (28 Вт).

Исследование напряжения на зажимах АКБ при зарядке и напряжения на зажимах ФЭП без нагрузки (холостой ход ФЭП). Результаты исследований зависимостей Uзар=f(t) и Uфэп=f(t) представлены на рисунках 6 и 7.

Анализ рисунка 6 показал, что напряжение на зажимах АКБ в ходе зарядки повысилось на 16,38% с (11,6 до 13,5 В). Среднее значение напряжения на зажимах ФЭП без нагрузки 22,58 В превышает среднее значение напряжения на зажимах ФЭП под нагрузкой 12,6 В (при подключенной АКБ) на 9,98 В (79,21%).

Рисунок 6 – Зависимость напряжения на зажимах АКБ (CA-1270) при зарядке и напряжения на зажимах ФЭП 13 Вт (TPS-936А) без нагрузки от времени

Рисунок 7 – Зависимость напряжения на зажимах АКБ (CA-1270) при зарядке и напряжения на зажимах ФЭП 28 Вт (TPS-936М) без нагрузки от времени

Графики на рисунке 7 показывают, что напряжение в ходе зарядки повысилось на 14,75% (с 12,3 до 14 В). Среднее значение напряжения на зажимах ФЭП без нагрузки 19,16 В превышает среднее значение напряжения на зажимах ФЭП под нагрузкой 12,93 В (при подключенной АКБ) на 6,23 В (48,18%).

Исследование освещенности поверхности ФЭП и тока зарядки АКБ. Результаты исследований зависимостей E=f(t) и I=f(t) представлены на рисунке 8.

Рисунок 8 – Зависимость освещенности и тока зарядки,

протекающего от ФЭП к АКБ (CA-1270), от времени

Итак, при уменьшении освещенности поверхности ФЭП ток резко падает на 90-й минуте исследования. Средний ток зарядки АКБ от ФЭП 28 Вт (TPS-936М) 1,08 А превышает средний ток зарядки от ФЭП 13 Вт (TPS-936А) 0,68 А на 58,82% (0,4 А).

Исследование освещенности поверхности ФЭП и его мощность. Результаты исследований зависимостей E=f(t) и P=f(t) представлены на рисунке 9. Мощность ФЭП в период работы определялась расчетным путем: P=U*I.

Рисунок 9 – Зависимость освещенности и мощности, потребляемой АКБ (CA-1270) от ФЭП, от времени

Таким образом при уменьшении освещенности поверхности ФЭП его мощность резко падает, как это видно на 90-й минуте работы установки. Средняя мощность, которую развивает ФЭП 28 Вт (TPS-936М) 13,38 Вт превышает среднюю мощность от ФЭП 13 Вт (TPS-936А) 8,38 Вт на 59,67% (5 Вт).

Исследование энергии, передаваемой ФЭП в АКБ. Результаты исследований зависимости W=f(t) представлены на рисунке 10.

Рисунок 10 – Накопление энергии АКБ (CA-1270) в ходе зарядки от ФЭП

За 120 минут заряда АКБ при зарядке от ФЭП 28 Вт (TPS-936М) получила энергии 27,18 Втч, что на 65,73% больше, чем при заряде от ФЭП 13 Вт (TPS-936А) – 16,4 Втч. Среднее значение энергии, передаваемой от ФЭП 28 Вт (TPS-936М) к АКБ за одну минуту составило 0,23 Втч, от ФЭП 13 Вт (TPS-936А) к АКБ – 0,14 Втч.

Исследование основных характеристик системы «АКБ – ЭСЭП» Исследование напряжения на зажимах АКБ при разрядке и потребляемого тока в период их работы проводилось по методике, изложенной в третьей главе диссертации.

Исследование напряжения на зажимах АКБ при разрядке и потребляемом светоловушками током. Результаты исследований зависимостей U=f(t) и I=f(t) представлены на рисунке 11.
Анализ зависимостей U=f(t) и I=f(t) показал, что за 1440 минут (24 часа) разряда АКБ на светоловушки напряжение на ее зажимах понизилось на 6,78% - с 13,13 В до 12,24 В. Ток, потребляемый светоловушками снизился на 76,79% - с 280мА до 65мА. Таким образом, при полном заряде АКБ обеспечивается нормальная работа светоловушек в течение 24 часов, то есть в течение трех ночных циклов.

Исследование зависимости мощности АКБ в период работы светоловушки. Результаты исследований зависимости P=f(t) представлены на рисунке 12.

Анализ зависимости P=f(t) показал, что за 1440 минут (24 часа) работы системы «АКБ – светоловушка» мощность АКБ снизилась 78,26% - с 3,68 до 0,8 Вт.

Рисунок 11 – Зависимости напряжения на зажимах АКБ и

потребляемого светоловушками тока от времени

Рисунок 12 – Зависимость изменения мощности АКБ

в период работы светоловушки

Исследование зависимости энергии, потребляемой светоловушками от аккумуляторной батареи. Результаты исследований зависимости W=f(t) представлены на рисунке 13.
Анализ зависимости W=f(t) показал, что за 1440 минут разряда АКБ на светоловушки значение потребленной энергии составило 42,05 Втч. Среднее значение энергии, потребляемой светоловушками от АКБ, за одну минуту составило 0,029 Втч.

Рисунок 13 – Энергия, потребленная светоловушками в течение времени эксперимента

Исследования системы ФАС в полевых условиях. Исследования системы ФАС проводились в СТ «Вавиловец» Челябинской области и СТ «Зауралец» Тюменского района Тюменской области с мая по июль.

Испытывались три типа светоловушек (однощелевая, трехщелевая и трехконфузорная).

1 – трехконфузорная светоловушка; 2 – трехщелевая светоловушка;

3 – однощелевая светоловушка; 4 – ФЭП (TPS-936M); 5 – люксметр.

Рисунок 14 - Работа экспериментального стенда в дневной период (режим зарядки аккумулятора)

Результаты улова насекомых при проведении экспериментальных исследований приведены на рисунках 15, 16, 17,18.

1 – Корпус светоловушки; 2 – Липкие картриджи;

3 – Улавливающее жерло; 4 – Светодиоды; 5 – Пойманные насекомые

Рисунок 15 – Результаты улова насекомых трехщелевой светоловушкой

1 – Корпус светоловушки; 2 – Липкие картриджи с пойманными насекомыми;

3 – Улавливающее жерло; 4 - Светодиоды

Рисунок 16 – Результаты улова насекомых трехконфузорной светоловушкой

1 – Корпус светоловушки; 2 – Светодиоды;

3 – Липкий картридж; 4 – Пойманные насекомые

Рисунок 17 – Результаты улова насекомых однощелевой светоловушкой

1 – Корпус светоловушки; 2 – Светодиоды;

3 – Липкий картридж; 4 – Пойманные насекомые

Рисунок 18 – Результаты улова насекомых однощелевой светоловушкой

В пятой главе «Технико-экономическая эффективность использования ЭСЭП для мониторинга насекомых – вредителей» определена экономическая эффективность использования ЭСЭП на основе исследований разработанной установки в полевых условиях. Исследования проводились в период с мая по сентябрь 2010 и 2011 годов. Расчет технико-экономической эффективности показал, что использование ЭСЭП в производстве позволяет снизить энергозатраты на мероприятия, связанные с защитой растений от насекомых-вредителей, уменьшить экологическую нагрузку на окружающую среду и трудозатраты.

Основные выводы

1. На основе анализа научно-технической литературы определили актуальность и практическую значимость работы.
2. Получены аналитические выраженя взаимосвязи основных конструктивных параметров однощелевой светоловушки. Получен аналитический аппарат для расчета основных технологических параметров системы ФАС.
3. Разработан экспериментальный стенд для проведения комплексных исследований основных характеристик системы «ФЭП–АКБ–Светоловушка». Составлена программа экспериментальных исследований и методика их проведения.
4. Исследования работы светоловушек трех типов (трехконфузорная, трехщелевая, однощелевая) показали, что они могут успешно осуществлять мониторинг численности и фазы развития насекомых-вредителей.
5. Наибольшая эффективность улавливания насекомых, следовательно и более качественный мониторинг обеспечивает однощелевая светоловушка. Худшие результаты улавливания насекомых наблюдались у трехщелевой и трехконфузорной светоловушек, что можно объяснить эффектом «проветривания».
6. Расчет технико-экономической эффективности показал, что использование ЭСЭП позволяет снизить энергозатраты на мероприятия связанные с защитой растений от насекомых-вредителей, уменьшить экологическую нагрузку на окружающую среду и трудозатраты. Срок окупаемости составляет 0,15 года.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в журналах, рекомендуемых ВАК:

1. Возмилов, А.Г. Светоловушки для проведения мониторинга численности и фазы развития насекомых-вредителей/ А.Г. Возмилов, А.Ю. Дюрягин, Д.О. Суринский // Достижения науки и техники в АПК. – 2011. - № 7. – с. 76-78.
2. Возмилов, А.Г. Методика расчета основных геометрических параметров однощелевой светоловушки/ А.Г. Возмилов, А.Ю. Дюрягин, Д.О. Суринский // Достижения науки и техники в АПК. – 2011. - № 4. – с. 77-78.

Публикации в других изданиях

3. Возмилов, А.Г.Электрофизические методы борьбы с вредителями в АПК/ А.Г. Возмилов, Д.О. Суринский, Михайлов П.М., // Сборник трудов международной научно-практической конференции «Проблемы инновационного и конкурентоспособного развития агроинженерной науки на современном этапе» // Челябинск - 2008. – с. 37-39
4. Возмилов, А.Г. Применение электрофизических методов борьбы для мониторинга насекомых-вредителей в АПК/ А.Г. Возмилов, Д.О.Суринский, П.М. Михайлов, А.В. Козлов // Сборник трудов международной научно практической конференции «Проблемы инновационного и конкурентоспособного развития агроинженерной науки на современном этапе» // Челябинск - 2009. – с. 35-37
5. Возмилов, А.Г. Результаты исследований системы «фотоэлектрический преобразователь-аккумулятор-светоловушка»/ А.Г. Возмилов, Д.О. Суринский, А.В. Козлов // Сборник трудов международной научно практической конференции «Проблемы инновационного и конкурентноспособного развития агроинженерной науки на современном этапе» // Челябинск - 2010. – с. 37-39
6. Световая ловушка для насекомых. Суринский Д.О. и др. Патент РФ № 85799 Приоритет полезной модели 20 августа 2009.
7. Световая ловушка для насекомых. Суринский Д.О. и др. Патент РФ № 97245 Приоритет полезной модели 10 сентября 2010.

Подписано в печать «24» февраля 2012 г.

Формат 60х84/16. Гарнитура Times New Roman.

Объем 1,0 уч.-изд.л. Тираж 100 экз. Заказ № 4387

ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА

426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 11.