Содержание к диссертации
Введение
1. Электрическое освещение как фактор повышения эффективности птицеводства. Цель и задачи исследования 12
1.1. Значение электрического освещения в птицеводстве 12
1.2. Спектральный состав электрических источников света в птицеводстве 21
1.3. Режимы электрического освещения в птицеводческих помещениях и их реализация
2. Спектральная чувствительность зрения птиц - основа выбора источника света и построения осветительных установок в птицеводстве 30
2.1; Спектральная чувствительность глаза курицы 30
2.2. Уточнение характеристики спектральной чувствительности глаза курицы в коротковолновой и длинноволновой частях видимого спектра 37
2.3. Определение светового эквивалента потока излучения для глаз кур 41
2.4. Основы построения осветительных установок в птицеводстве 44
2.5. Построение измерительных приборов для оценки светового потока в птицеводстве
Краткие выводы 55
3. Применимость современных источников света для освещения птицеводческих помещений 57
3.1. Определение эффективного потока источников излучения 58
3.2. Выбор оптимального источника света для системы технологического птичника 63
3.3. Яркостная температура ламп накаливания при различных способах изменения напряжения питания 69
3.4. Светоотдача ламп накаливания при изменении напряжения питания для глаз курицы и человека 71
3.5. Коррекция удельной мощности осветительной установки по напряжению на зажимах ламп. 73
Краткие выводы 76
4. Регулятор освещенности для птицеводческих помещений . 77
4 1. Обоснование необходимости и способа регулирования освещения в птичнике 77
4.2. Разработка схемы регулятора освещения 81
4.2.1. Блочно - функциональная схема трёхфазного тиристорного регулятора освещения
4.2.2. Принципиальная электрическая схема трехфазного регулятора освещения 88
4.3. Принципиальные электрические схемы блоков регулятора 91
4.3.1. Принципиальная схема ведущей платы А1. 91
4.3.2. Принципиальная схема ведомой платы A3 97
4.3.3. Принципиальная схема блока «Рассвет - Закат» - плата А2 100
4.4. Исследование основных характеристик регулятора освещения 107
4.4.1: Регулировочная характеристика регулятора освещения... 107
4.4.2. Выходные характеристики регулятора освещения в режиме «Рассвет - Закат» 109
4.4.3. Зависимость К.П.Д. тиристорного регулятора освещения от напряжения на нагрузке 110
Краткие выводы 113
5. Методика экспериментальных исследований 115
5.1.. Экспериментальное определение яркостной температуры спиралей ламп накаливания 115
5.2. Методика обработки результатов экспериментальных измерений температур спиралей ламп накаливания 119
5.3. Методика электрических измерений при исследовании работы регулятора напряжения и питаемых им ламп 122
6. Технико-экономическая оценка предлагаемой системы освещения 126
6.1. Выбор и характеристика сравниваемых вариантов 126
6.2. Методика расчета технико-экономических показателей внедрения регулятора освещения
6.3. Технико - экономические показатели по результатам внедрения системы освещения на птицефабриках 131
Краткие выводы 137
Общие выводы по работе 138
Список использованной литературы 140
Приложения.
- Спектральный состав электрических источников света в птицеводстве
- Уточнение характеристики спектральной чувствительности глаза курицы в коротковолновой и длинноволновой частях видимого спектра
- Выбор оптимального источника света для системы технологического птичника
- Разработка схемы регулятора освещения
Введение к работе
Особенностью современного птицеводства является его промышленный характер, что позволяет комплексно механизировать и автоматизировать технологические процессы [147]. Современные птицефабрики отличаются высокой плотностью посадки, высокопродуктивными породами, интенсивными способами содержания кур. В таких условиях особое значение приобретает оптимизация всех факторов окружающей среды в соответствии с потребностями птицы [109].
В электрификации и автоматизации птицеводства в настоящее время достигнуты значительные успехи. Однако, многие вопросы, непосредственно связанные с проблемой размножения и продуктивностью птицы, остаются пока недостаточно изученными. В условиях интенсивного производства все факторы содержания оказывают существенное влияние на продуктивность птицы. Одним из таких факторов является свет. Изменения освещенности, продолжительности освещения и спектрального состава света непосредственно связаны с воспроизводительной функцией птиц. Однако, типовое оборудование, применяемое в птицеводстве, не полностью обеспечивает необходимые технологические параметры освещения, что препятствует более полному использованию заложенных природой возможностей организма птицы.
Применение регулирования освещения в птичнике позволяет повысить продуктивность, особенно, кур несушек [88]; Определение освещённости при этом приборами, скорректированными под характеристику спектральной чувствительности зрения человека, но не птицы, уменьшает ожидаемый эффект, а иногда приводит и к отрицательному результату. Очевидно, что для решения вопросов совершенствования систем электрического освещения птичников необходимо, прежде всего, выявить спектральную чувствительность зрения птиц. Это позволит сформулировать требования к спектральному составу источника света, к техническим средствам регулирования его светового потока. То есть решение задачи оптимизации технологического освещения складывается из бо- лее полного удовлетворения физиологических требований птицы к свету, обусловленных спектральной чувствительностью глаз кур, и из исследований и разработок технических средств регулирования и управления осветительной установкой.
Цель и задачи исследования. На основе изложенного целью исследования является повышение эффективности электрического технологического освещения птичников родительского стада путём научного обоснования методов контроля освещённости и разработки технических средств регулирования светового потока.
В теоретических и экспериментальных исследованиях, направленных на достижение этой цели, решены следующие задачи: уточнена спектральная чувствительность глаза курицы, как основы построения системы технологического освещения птичника; обоснован выбор источника света для системы технологического освещения птичника, путём проведения сравнительного анализа светотехнических параметров и регулировочных свойств современных электрических источников видимого излучения; разработана методика определения освещённости в птичнике при использовании различных источников света и широком регулировании яркости ламп накаливания с учётом особенностей зрения птиц; разработана функциональная и принципиальная электрическая схемы регулятора освещённости птичника и исследованы его основные характеристики; определены технико-экономические показатели разработанной системы технологического электрического освещения птичника родительского стада, построенной на основе полученной спектральной чувствительности глаз птиц.
7 Объект и предмет исследования.
Объектом исследования явилась система технологического электрического освещения птичника родительского стада.
Предметом исследования — спектральная чувствительность глаз кур; электро-, светотехнические параметры и свойства источников света, применяемых в птицеводстве; регулировочные и энергетические характеристики разработанных электронных регуляторов технологической освещённости.
Вместе с этим исследованы: а) в лабораторных условиях - яркостная температура ламп накалива ния при различных способах изменения напряжения питания; их светоотдача для глаз курицы и человека; характеристики тиристорного регулятора освеще ния; б) в производственных условиях - разработанные однофазные и трёх фазные тиристорные регуляторы напряжения и модернизированные системы технологического освещения в птичниках.
Представленные в работе материалы являются результатом многолетних исследований автора, выполненных индивидуально и совместно с Курапиным В.Н., Никифоровым АХ., Рогожкиной Е.И., Рябовым АХ., Сазоновым ИХ. по всероссийским и региональным программам и планам: "Разработка методов и технических средств электрофизического воздействия на сельскохозяйственные объекты, обеспечивающие повышение урожайности и продуктивности, сохранности поголовья животных и птицы и сельскохозяйственной продукции, защиту окружающей среды" на 1981... 1985 гг.; "Способы и технические средства развития электрификации сельского хозяйства Волгоградской области с применением энергосберегающих режимов и технологий" на 1986... 1990 гг.; "Способы и технические средства электрификации сельского хозяйства с использованием энерго- и ресурсосберегающих режимов и технологий" на 1991... 1995 гг.; "Система ведения агропромышленного производства Волгоградской области" на 1996...2010 гг.
Методики исследования. Для достижения поставленной цели и решения сформулированных задач положен методологический приём академика В.П.Горячкина, при котором все электро-, биофизические процессы и чисто технические вопросы исследовались экспериментально и теоретически, как взаимосвязанные составляющие единой системы взаимодействия трёх элементов: электрического источника света, тиристорного регулятора напряжения и глаза курицы, как элемента, воспринимающего видимое излучение системы технологического освещения птичника. В работе представлено логичное сочетание теоретических и экспериментальных исследований: На основе рассмотренных известных представлений о процессе и явлении разрабатывались теоретические положения, гипотезы и решения для исследуемой электротехнологии, которые затем проверялись экспериментально. По результатам экспериментов корректировались ранее предложенные теоретические представления, после чего проводились уточняющие эксперименты.
Математическая обработка экспериментальных данных базировалась на строго доказанных выводах фундаментальных и прикладных наук, таких как математический анализ, математическая статистика, планирование эксперимента. При теоретической разработке математических моделей функции спектральной чувствительности глаза курицы использованы методы последовательных приближений и математического моделирования.
Экспериментальные исследования проводились с использованием современных электроизмерительных и электронных приборов.
Математическая обработка результатов экспериментальных исследований проводилась на ПЭВМ с использованием как прикладных программ MathCAD 2001 Pro, EXCEL 7.0, так и специально разработанной на языке программирования QBasic
Научная новизна работы состоит в следующем: - получена уточнённая спектральная чувствительность глаза курицы и её математическое выражение; предложена методика определения эффективной освещённости для глаз птицы при регулировании светового потока ламп накаливания изменением питающего напряжения; разработаны функциональная и принципиальные электрические схемы регулятора освещения, позволяющие компенсировать на нагрузке асимметрию напряжений реальных трёхфазных сельских электрических сетей; экспериментально выявлено, что измерительные приборы электродинамической системы практически не изменяют своего класса точности при измерении электрических величин несинусоидальной формы на выходе тиристорного регулятора напряжения.
Реализация результатов исследований. Поддержание регулируемых норм освещённости в птицеводстве включено в систему ведения агропромышленного производства Волгоградской области на 1996...2010 гг.
На основании материалов разработки системы технологического освещения птичников были изготовлены и установлены 73 тиристорных регулятора освещённости на трёх птицефабриках Волгоградской области.
Разработанная функциональная схема тиристорного регулятора напряжения защищена авторским свидетельством на изобретение.
Результаты исследований используются в дипломных проектах студентов, а разработанная принципиальная схема тиристорного регулятора напряжения изучается в дисциплине «Электроника и микропроцессорные средства».
Практическая ценность работы в следующем: полученная уточнённая спектральная чувствительность куринного глаза и её математическое выражение позволяют правильно оценивать и измерять эффективные значения световых величин в практике птицеводства при любых источниках света; проведённые исследования дают объяснение широкому использованию в птицеводстве ламп накаливания как наиболее технологически эффективного источника света для глаз птиц; - разработанный тиристорний регулятор освещения обладает функцио нальной возможностью устранять на нагрузке асимметрию трёхфазного напря жения сети, что позволяет выравнивать освещённость по всей площади техно логического помещения птичника.
На защиту выносятся следующие основные результаты работы:
Уточнённая характеристика спектральной чувствительности глаза курицы, её математическое выражение и методики их получения;
Обоснование выбора наиболее эффективного источника света для системы технологического освещения птичников родительского стада;
Методики определения освещённости для глаза птицы при использовании различных источников света и широком регулировании яркости ламп накаливания с учётом особенностей зрения кур;
Функциональная и принципиальная схемы электронного регулятора освещённости и его основные характеристики.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований по теме работы доложены, обсуждены и одобрены на: ежегодных научных конференциях профессорско-преподаватель-ского состава Волгоградского СХИ'- Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии по итогам научно-исследовательской работы за 1980; „1982 гг., 1983... 1988 гг., 1991 г., 1995 г.,2001.„2003 гг.;
Всесоюзной научно-практической конференции "Механизация и автоматизация технологических процессов в агропромышленном комплексе", г. Новосибирск, 1989 г.;
Международной научно-практической конференции "Проблемы научного обеспечения и экономической эффективности орошаемого земледелия в рыночных условиях", ВГСХА, г. Волгоград, 2001 г.;
Международной научно-практической конференции "Проблемы агропромышленного комплекса", посвященной 60-летию Победы под Сталинградом, ВГСХА, г. Волгоград, 2003 г.
Научно-методическими основами исследования послужили труды ведущих учёных по фундаментальным и прикладным вопросам электрификации с.-х. производства, птицеводства и другим отраслям знаний Артемьева Н.А., Баева В.И., Бонгарда М.М., Бородина И.Ф., Веденяпина Г.В., Водяникова В.Т., Воробьёва В.А., Гуревича М.М., Гутурова М.М., Евреинова М.Г., Живопис-цева Е.Н., Жилинского Ю.М., Иоффе Р.С., Карпова В.Н., Климова А.А., Козин-ского В.А., Косицына ОА., Кудрявцева И.Ф., Кумина В.Д., Листова П.Н., Луизова А.В., Лямцова А.К., Мартыненко И.И., Мешкова В.В., Пигарёва Н.В., Пресмана А.С., Прищепа Л.Г., Рохлина Г.Н., Свентицкого И.И., Славина Р.М., Стребкова Д.С.» Тарушкина В.И., Тиходеева П.М., Фисинина В.И. и других.
Место выполнения. Работа выполнена в Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии. Лабораторные экспериментальные исследования проводились на кафедре электротехнологии в сельском хозяйстве. Производственные исследования выполнены на птицефабриках Волгоградской области: "Волгоградская" Иловлинского района, "Восток" Николаевского района и "Михайловская" Михайловского района.
Публикации. Основные содержания работы отражены в 12 публикациях, в том числе в 1 авторском свидетельстве и 2 публикациях в центральных журналах.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Она изложена на 157 страницах основного текста, включает 39 рисунков, .7 таблиц и список использованной литературы из 209 наименований.
Спектральный состав электрических источников света в птицеводстве
Видимая область электромагнитного спектра объединяет лучи различных цветов с длинами волн от фиолетового (0,38 - 0,45 мк) до красного (0,62 - 0,77 мк). Все они по-разному влияют на половое созревание, ход ювенальной линьки, кровообращение, газообмен и кормодобывающую активность птиц.
Еще в начале XX столетия установлено, что красные и оранжевые лучи обладают наибольшим гонадостимулирующим действием, препятствуют развитию у кур таких пороков, как поедание пера и расклёв, а при синем свете куры ведут себя так же, как в полной темноте, что можно использовать при их отлове [6, 64, 171]. В ряде опытов последнего времени для выращивания цыплят отмечалось преимущество зеленого и синего цвета. В тоже время при изучении влияния длины излучения источниками световых волн на продуктивность бройлеров в Болгарии и Великобритании не выявлено преимуществ зелёного, красного, синего, жёлтого и голубого света по сравнению с обычным белым [9; 44,209]. Это говорит о том, что выбор источника света должен осуществляться в зависимости от возраста птицы и её породы. По возрасту кур разделяют на две группы [101]: молодняк птицы — сельскохозяйственная птица с суточного возраста до наступления у неё половой зрелости; взрослая птица — сельскохозяйственная птица, достигшая половой зрелости. Породы кур так же разделены на два класса [101]: птица яичной породы, основная цель разведения которой является получение яиц; птица мясояичной породы, цель разведения которой является получение яиц и мяса.
Особое место во втором классе пород занимают бройлеры - молодняк птицы, получаемый от скрещивания мясных сочетающихся линий для выращивания на мясо. Для освещения птичников используют обычно лампы накаливания мощностью 25 -з-100 Вт, спектр излучения которых в видимой области имеет самый большой по величине участок длин волн красного цвета, что особенно важно для птиц в возрасте более восемнадцати недель, когда начинается половое созревание. В излучении же люминесцентных ламп эта часть спектра существенно слабее [176]. Но, несмотря на это, в последнее время всё больше появляется рекомендаций по применению в качестве источников света именно люминесцентных ламп, как более экономичных, имеющих большой срок службы и создающих благоприятные условия содержания птицы [3, 93, 202, 203]. Замена ламп накаливания на люминесцентные, по сообщениям авторов, позволила повысить продуктивность как бройлеров [129], так и кур несушек [123].
Более тридцати лет назад появились люминесцентные лампы с узкополосным спектром излучения (ЛЛУ), которые нашли применение для освещения производственных, административно — общественных и других помещений [28]. Особенности этих ламп, отличающие их от люминесцентных ламп белого света с излучениями по всему видимому диапазону, вызвали ряд исследований, направленных на установление эффективности их применения в различных областях народного хозяйства, С одной стороны в ЛЛУ сочетаются хорошие цве-топередающие свойства [205] с высокой световой отдачей (не менее 75 лм/Вт), с другой — ЛЛУ имеют необычный спектр излучения и высокую стоимость [1].
В настоящее время ЛЛУ начинают использоваться в птицеводстве, так как первые опыты с ними показали хорошие результаты, особенно при выращивании бройлеров с лампами зелёного и голубого излучения [10]. Применение в ЛЛУ резьбового цоколя, облегчающего монтаж и эксплуатацию источников света, открыло возможность широкого их внедрения в освещении птичников [119].
Из сказанного следует, что из-за отсутствия какого либо объективного критерия оценки, у птицеводов нет единого мнения о наиболее благоприятном и эффективном спектре светового потока технологического освещения птичников и о выборе наилучшего для этих целей источника света.
Выбор типа источника света с благоприятным спектром излучения неразрывно связан с дифференцированным по возрасту режимом освещения и кормления [79], являющимся основным инструментом направленного выращивания ремонтного молодняка и содержания взрослой птицы, стимулирующим повышение её яйценоскости, улучшение перевариваемости корма и уменьшения смертности.
Световой режим характеризуется несколькими показателями: продолжительностью периодов освещения и темноты, частотой их смены, интенсивностью освещения, его цветом. Заданный световой режим птичников — это неотъемлемая часть механизированной технологии птицеводства. Современные птичники сооружают без окон с искусственным электрическим освещением. Управление световым режимом состоит в выполнении заданной программы, включения и отключения света, обеспечении той или иной, в общем случае переменной во времени, продолжительности светового дня, в поддержании заданной освещённости. Управление световым режимом может производиться вручную или полностью автоматически. В последнем случае применяются приборы с многодневными программами светового дня, разработанные специально для промышленного птицеводства и выпускаемые серийно.
Освещённость является важнейшим параметром светового режима. С одной стороны, от неё зависит физиологическое состояние молодняка и взрослой птицы, продуктивность кур — несушек, с другой стороны, освещённость непосредственно определяет общую установленную мощность светильников птичника. Поскольку на технологическое освещение в птицеводстве расходуется значительно больше энергии, чем на электромеханизацию всех трудоёмких процессов вместе взятых, то освещение следует отнести к наиболее энергоёмким процессам отрасли.
Выбор рационального значения освещённости позволяет наиболее экономно расходовать электроэнергию. Нормальное состояние и поведение птицы наблюдается в довольно широком интервале освещённости - от нескольких единиц до нескольких десятков люксов [122]. Вместе с тем установлена целесообразность более строгого нормирования освещённости в зависимости от технологической задачи. Содержание ремонтных кур при значениях освещённости 6, 15 и 30 лк показало различие в их росте и развитии и выявило целесообразность выращивания птицы при ограниченной освещённости [129]. Большие уровни освещённости также отрицательно воздействуют и на взрослую птицу. Анализ отечественной и зарубежной литературы показал, что яичные куры современных высокопродуктивных кроссов менее чувствительны к изменению освещённости в широком диапазоне, чем их предшественники, и даже в клетках с относительно низкой освещённостью отлично несутся, а качество яиц не ухудшается [50]. Оптимальной освещённостью в птичнике с лампами накаливания для кур - несушек считается величина 10 20 лк [24, 93, 94, 99, 122, 192] в период интенсивной яйценоскости. Деловой выход ремонтного молодняка птицы яичной породы выше, если в период до полового созревания цыплята содержались при освещённости на уровне кормушки не более 5 лк [201].
Уточнение характеристики спектральной чувствительности глаза курицы в коротковолновой и длинноволновой частях видимого спектра
Выше приведённая математическая обработка экспериментальных данных, полученных Рябовым А Г. [108], позволила получить обобщённую характеристику спектральной чувствительности глаз птиц [151]. Она имеет колоко-лообразный вид с одним явно выраженным максимумом на длине волны 600 нм. Рябовым А.Г. были получены кривые спектральной чувствительности глаз кур с высокой степенью достоверности только в диапазоне 570 640 нм, а за пределами этой полосы дисперсия математического ожидания существенно увеличивается, как показано на рисунках 2.3. и 2.4.
В соответствии с гипотезой микроритма [57] кванты света - фотоны вызывают ионизацию вещества рецепторов и в фотоприёмниках поглощённая энергия оптического излучения от фоторецептора - селективного принимающего элемента передаётся по электронно-транспортным каналам в «узлы», где происходит её переработка в информационные сигналы. Эффективность фотопроцесса зависит от пропускной способности электронно-транспортных каналов, имеющих ограничение по объёму передаваемой информации. Одной из популярных гипотез, объясняющих биопроцесс зрения - поглощение квантов излучения, приводящее к возбуждению, а затем возврату фоторецепторов на невозбуждённый уровень с временем «темпового» восстановления [149]. В этой теории предполагается, что возбуждение фоторецептора происходит только своим «эффективным» квантом излучения, а соседние по энергии кванты не должны вызывать фотоэффект. Но на самом деле у фоторецепторов спектральная чувствительность не монохроматична, а плавно изменяется на определённом участке длин волн и поэтому фотоэффект, вызванный фотонами различных энергий можно рассматривать как резонансное явление;
Это значит, что глаз, как система фотоприёмников со своими цветовыми фильтрами, состоит не из отдельных обособленных колебательных систем, а из их суммы, поэтому его можно моделировать как колебательный контур.
После несложных преобразований чувствительность колебательного контура в относительных единицах можно выразить известной математической формулой через добротность и расстройку [57], приняв коэффициент связи равным коэффициенту затухания, что характерно для контуров со слабыми связями и одним максимумом амплитудно-частотной характеристики.
Поскольку график имеет колоколооб-разный вид с одним явно выраженным максимумом на длине волны 600 нм, то для выше указанного спектрального диапазона по полученной кривой видности можно определить добротность и расстройку колебательного контура - как математической модели глаза птицы. Тогда, приняв эти параметры постоянными во всём спектре видимого излучения, можно рассчитать всю кривую спектральной чувствительности в диапазоне от 400 до 800 нм. По нашей оценке погрешность такого расчета может составлять 1 - - 2% на уровне максимальной спектральной чувствительности. Принятый диапазон длин волн и является рабочей областью колебательного контура, как математической модели глаза птицы.
Необходимо отметить, что кривая спектральной чувствительности глаз кур, имея колоколообразную форму, является несимметричной относительно Хщад, поэтому уточнение кривой видности для коротковолновой и длинноволновой частей характеристики проведено по выше изложенной методике раздельно.
Выражения, связывающие световые и энергетические величины, устанавливаю! некоторую пропорцию между фотометрическими и энергетическими характеристиками излучения. Эта пропорция остается неизменной до тех пор, пока сохраняется спектральный состав излучения и спектральная чувствительность глаз, и представляет собой световой эквивалент потока излучения.
Световой эквивалент К потока излучения для глаз человека определяется для абсолютно чёрного тела при яркости 60-10 кд/м , соответствующей температуре затвердевания чистой платины 2042 К и светимости 188,5 лм/см2 [32]. Для определения К достаточно найти число световых ватт, излучаемых 1 см поверхности абсолютно черного тела при указанной температуре.
Выбор оптимального источника света для системы технологического птичника
Для обеспечения нормированной освещённости производственных птицеводческих помещений в настоящее время традиционно используются осветительные установки с лампами накаливания вследствие их конструктивной простоты, низкой стоимости, высокого cos p, независимости режимных характеристик от параметров окружающей среды.
Люминесцентные лампы, обладая более высокой светоотдачей, чем лампы накаливания, позволяют при создании одной и той же освещённости в птичнике получить осветительную установку общей мощностью на 40- 50 % меньшей, чем при использовании ламп накаливания [93]. Как видно из таблицы 3.1. наибольшая экономия достигается при применении ламп ЛБ и ЛДЦ. Это вытекает из многочисленных работ отечественных [93, 107, 146] и зарубежных [63, 165, 179] специалистов-зоотехников. Использование люминесцентных ламп позволяет увеличить привесы бройлеров на 1 -г- 2 % [7, 165], яйценоскость несушек на 0 + 7 % [123, 194] по сравнению с лампами накаливания. Значительного уменьшения смертности и потребления корма при этом не установлено. Но во всех этих работах отмечается отрицательное воздействие люминесцентных, ламп типа ЛД, ЛЕЦ, ЛХЕ, имеющих также высокую светоотдачу по сравнению с лампами накаливания, на продуктивность птицы. По всей видимости это связано с тем, что у перечисленных ламп интенсивность излучения больше в сине-зелёной части спектра, чем в длинноволновой, что неблагоприятно влияет на жизнедеятельность кур [9,171], особенно на несушек [6,195].
Как уже отмечалось в параграфе 1.3, уровень освещённости в птичнике для кур несушек при использовании люминесцентных ламп должен быть в 2,5 - -3,5 раза выше по сравнению с лампами накаливания [98]. Это объясняется тем, что красный участок спектра излучения люминесцентных ламп значительно слабее, чем у ламп накаливания [176] и этот недостаток компенсируется повышенной освещенностью за счёт большей светоотдачи. При выращивании бройлеров уровень освещённости с лампами ЛБ и ЛДЦ практически такой же, как и с лампами накаливания, а прирост живой массы в конце периода содержания на 1,5% больше, при этом затраты на электроэнергию уменьшаются на 60 % [165]. Это связано с тем, что у цыплят в начальной стадии жизни, а к ним как раз и относятся бройлеры, максимальная чувствительность глаза наблюдается при 560 нм [173] - именно в зоне спектра люминесцентных ламп с наибольшей эффективной светоотдачей.
Авторы выше перечисленных работ в поведенческих экспериментах над птицей избегали использовать в опытах дугоразрядные лампы высокого давления. Как видно из таблицы 3.1. у лампы ДРИ эффективность излучения для зрения птиц самая наивысшая и больше чем у ЛБ на 12,2 %. Лампа ДРИ, также как и ЛД, ЛЕЦ и ЛХЕ, обладает высокой общей эффективностью излучения за счет очень большой интенсивности в узком спектре излучения в месте и вблизи максимума спектральной чувствительности глаз птиц и маленькой интенсивностью во всём остальном диапазоне видимого излучения.
Кроме того, необходимо учитывать, что птица обладает в 3 - 4 раза лучшей, чем человек, зрительно-мышечной реакцией, тем самым интенсивней реагирует на изменения светового потока, особенно на его пульсацию. Как известно, не имеют пульсации светового потока только лампы накаливания, включенные по трёхфазной схеме [34, 57], а минимальный коэффициент пульсации из люминесцентных источников света ( Кп = 0,1 ) у ламп ЛБ [55 57,62,127].
Электрофизиологическими исследованиями установлено, что пульсация светового потока с частотой 100 Гц, характерная для источников света, питаемых от сети переменного тока, неблагоприятно влияет на биологическую ак 65 тивность мозга, угнетает а-ритм и препятствует адаптации к свету [121]. Воздействие пульсации возрастает с увеличением её глубины и уменьшается при повышении частоты. Более высокий коэффициент пульсации светового потока неприятен для человека [48], вызывает утомление зрения и головную боль [56], а для быстро раздражаемого организма, как курица, он является одним из факторов возникновения стресса у птиц [52]. Это в свою очередь приводит к снижению продуктивности, особенно у птиц родительского стада, увеличению потребления корма и смертности.
Важнейшим требованием к осветительной установке в птицеводстве является возможность регулирования в течении периода содержания птицы освещённости в птичнике в диапазоне 30 5 лк [84, 88, 98, 99, 107, 148]. Для регулирования мощности излучения ламп накаливания форма переменного напряжения значения не имеет, важно лишь действующее его значение. Для разрядных же ламп играет роль и то и другое. Поэтому для изменения освещённости в птичнике с лампами накаливания с кратностью регулирования 1:10 можно применить фазоимпульсный регулятор напряжения. Для управления же потоком излучения люминесцентных ламп необходимо использовать регулируемый преобразователь частоты. В настоящее время стоимость такого преобразователя мощностью до 10 кВт в 1,8 - 2,2 раза больше стоимости фазоимпульсного регулятора напряжения мощностью 15 кВт [162].
Очевидно, что снижение освещённости в птичнике создается уменьшением напряжения на лампах накаливания за счёт увеличения угла отпирания тиристоров. Это приводит к появлению без токовых пауз, что, несомненно, увеличит пульсацию светового потока. Используя известные методики [56,62] нами определена зависимость коэффициента пульсации светового потока q ламп накаливания от угла отпирания тиристоров а при однофазном питании. Значения измеренных величин приведены в таблице 3.14 приложения 3 по которым построена зависимость q = f(ct), приведённая на рис. 3.8:
Разработка схемы регулятора освещения
На основании анализа данных обследования птичников, выполненных на птицефабрике «Волгоградская» [104] с учётом выше сформулированных требований к регулятору освещения, были приняты следующие решения: 1) основным источником света в птичниках должны быть лампы накаливания, что позволит управлять световым потоком изменением величины напряжения на их зажимах; 2) в пятидесяти из шестидесяти корпусов птичников птицефабрики принята напольная технология содержания кур, при которой мощность осветительной нагрузки должна быть около 3 кВт на корпус, что позволит управлять освещённостью с помощью однофазного регулятора напряжения [97]; 3) в десяти из шестидесяти корпусов птичников птицефабрики принята клеточная технология содержания кур, при которой мощность осветительной нагрузки должна быть около 15 кВт на корпус, что требует применения для управления освещённостью трёхфазного регулятора напряжения 97]; 4) круглосуточная регистрация напряжений на шинах 0,4 кВ подстанций птицефабрики самопишущими вольтметрами выявила несимметрию напряжений до 3,8 % в дневные и 2,5% в ночные часы, поэтому перераспределение однофазной регулируемой осветительной нагрузки позволит скомпенсировать 1,3%, но 2,5 % асимметрии напряжений поступают потребителям по ВЛ - 10 кВ; 5) так как несимметричный режим работы электрических сетей 0,38 кВ является объективной реальностью [80, 90], то трёхфазный регулятор напряжения должен иметь элементы схемы, выравнивающие выходное напряжение при асимметрии питающей сети; 6) обслуживающий персонал птичников не имеет специального технического образования, поэтому разрабатываемое устройство должно иметь минимальное количество вынесенных органов управления; 7) при сбое в работе электронного блока конструкция регулятора освещения должна иметь возможность быстрого перехода из автоматического режима регулирования напряжения на осветительной нагрузке к режиму подачи полного сетевого напряжения на лампы накаливания, чтобы не допустить перерыва технологического освещения и одновременно осуществить ремонт вышедшего из строя блока; 8) по команде любого программного реле времени на включение освещения тиристорный регулятор должен плавно увеличивать напряжение на лампах накаливания от нуля до заданного уровня и наоборот при отключении освещения плавно уменьшать напряжение на лампах накаливания от заданного уровня освещенности до нуля. Из выше сказанного следует, что для регулирования величины освещённости в птичниках могут использоваться как трёхфазные так и однофазные ти-ристорные регуляторы напряжения с фазоимпульсным управлением. Это означает, что необходимо разработать две разные конструкции регуляторов освещения — трёхфазную и однофазную. Задача имеет много различных способов реализации [18, 25, 40, 58, 81, 82, 102, 138, 140, 145], но более целесообразным является разработка трехфазного тиристорного регулятора с максимальной унификацией основных блоков, что позволит при необходимости легко перейти к однофазному варианту. Это значительно облегчит создание подразделения в службе энергетика и обучение персонала обслуживанию и ремонту регуляторов освещения. Использование одного контакта для включения и отключения освещения позволит осуществить программное управление всеми регуляторами птицефабрики с одного диспетчерского пульта по развитой телефонной сети или по беспроводным высокочастотным каналам связи.
Наиболее полно сформулированным выше требованиям отвечает регулятор освещения, блочно-функциональная схема которого представлена на рис 4.1:
Устройство содержит три блока управляемых ключевых элементов 1, 2, 3, каждый из которых состоит из двух, соединённых встречно - параллельно тиристоров и включенных между выводами для подключения сети А, В, С и выводами для подключения нагрузки а, в, с. Входы управления первого, второго и третьего блоков управляемых ключевых элементов 1, 2, 3 соединены со вторичными обмотками соответствующих первого, второго и третьего разделительных трансформаторов 5, 6, 7. Параллельно первому блоку управляемых ключевых элементов 1 подключен вход синхронизирующего блока питания 4, выход которого соединен с первым формирователем импульсов управления, выполненным в виде последовательно соединенных программного устройства 15, первого фазосдвигающего блока 12 и первого генератора импульсов .
Блочно-функциональная схема регулятора освещения которого подключен к первичной обмотке первого разделительного трансформатора 5. Второй и третий формирователи импульсов управления выполнены идентичными и представляют собой последовательное соединение соответствующих вторых и третьих фазосдвигающих блоков 13, 14 и генераторов импульсов 10, И. Первый и второй разделительные трансформаторы 5, 6 имеют дополнительную вторичную обмотку, соединенную с входом управления второго и третьего фазосдвигающих блоков 13 и 14 соответственно. Вход блока питания 8 соединен с одними из выводов для подключения сети, а его выход соединен со вторым и третьим формирователем импульсов.
В разработанном устройстве одна из фаз, например А, является независимой (ведущей), а две другие - В и С - зависимыми (ведомыми). Блоки фазовой синхронизации 12, 13, 14 каждой последующей фазы получают питание от выходных импульсов предыдущей фазы, которые совместно с генераторами импульсов 9, 10, 11 обеспечивают необходимый сдвиг по фазе управляющих импульсов ведомой фазы по отношению к ведущей фазе.
