автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Повышение эффективности электрического технологического освещения птичников родительского стада

На правах рукописи

ШАНЦИН ВИКТОР АЛЕКСАНДРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОСВЕЩЕНИЯ ПТИЧНИКОВ РОДИТЕЛЬСКОГО СТАДА

Специальность 05.20.02 - Электротехнология и электрооборудование в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

МОСКВА - 2004

Работа выполнена на кафедре электротехнологии в сельском хозяйстве Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Баев Виктор Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Воробьёв Виктор Андреевич

кандидат технических наук, профессор Живописцев Евгений Николаевич

Ведущая организация Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ)

Защита состоится 21 июня 2004 г. в 13 ч. на заседании диссертационного совета Д 220.044.02 в Московском государственном агроинженерном университете им. В.П. Горячкина, по адресу: 127550, г. Москва. Ул. Тимирязевская 58 (1-ый уч. корпус, Большой зал)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «МГАУ имени В.П. Горячкина»

Автореферат разослан 13 мая 2004 г.

диссертационного совета

Учёный секретарь

Запиши лов В. И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Особенностью современного птицеводства является его промышленный характер, что позволяет комплексно механизировать и автоматизировать производственные процессы при широком использовании электротехнологий. 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.

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 га таких факторов является свет. Изменения освещеп-иости, продолжительности освещения и спектрального состава света непо-средстветю 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. В частности до настоящего времени решены не все вопросы оптимизации систем электрического освещения. Для этого необходимо, прежде всего, провести исследование спектральной чувствительности зрения птиц, что позволит сформулировать требования к спектральному составу источника света, к техническим средствам регулирования его светового потока. Решение задачи оптимизации технологического освещения складывается из, как можно, более полного удовлетворения физиологических требований птицы к свету и из исследования и разработки технических средств регулирования и управления осветительной установкой.

Цель п задача исследования. На основе изложенного целью исследования является повышение эффективности электрического технологического освещения птичников родительского стада.

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 отойств-^временны ^ ¿^ктриче-' ских 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.

Объект и предмет исследовании.

Объектом исследования явилась система технологического электрического освещения птичника родительского стада.

Предметом исследования - спектральная чувствительность глаз кур; электро-, светотехнические параметры й 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 накаливания при различных способах изменения напряжения питания; их светоотдача для глаз курицы и человека; характеристики тиристорного регулятора освещения;

б) в производственных условиях - разработанные однофазные и трёхфазные 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 А.Г., Рогожкиной Е.И., Рябовым А.Г., Сазоновым И.Г. 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 несшгусоидалыюй 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 освещенности 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 куркшюго 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 тиристорный регулятор освещения обладает функциональной возможностью устранять на нагрузке асимметрию трёхфазного напряжения сети, что позволяет выравнивать освещённость по всей площади технологического помещения птичника.

На защиту выносятся следующие основные результаты работы:

1. Уточнённая характеристика спектральной чувствительности глаза курицы, её математическая модель и методики их получения,

2. Обоснование выбор наиболее эффективного источника света для системы технологического освещения птичников родительского стада,

3. Методики определения освещённости для глаза птицы при использовании различных источников света и широком регулировании яркости ламп накаливания с учётом особенностей зрения кур;

4. Функциональная и принципиальная схемы электрошюго 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-преподавательского 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 агропромышлегаюм 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 паучно-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., Воробьева В.А., Гуревича ММ., Гутурова М.М, Ев-реинова М.Г., Живописцева Е.Н., Жилинского Ю.М., Иоффе Р.С., Карпова В.Н., Климова А.А., Козинского В.А., Косицына О.А., Кудрявцева И.Ф., Кумина В.Д., Листова П.П., Луизова А.В., Лямцова АК.» Мартынен-ко И.И., Мешкова В.В., Пигарева Н.В., Пресмана АС, Прищепа Л.Г., Рохлина Г.Н., Свентицкого И.И., Славина P.M., 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 объем 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.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы и дана её общая характеристика.

В первой главе «Электрическое освещение как фактор повышения эффективности птицеводства. Цель и задачи исследования» показано, что видимый свет оказывает значительное влияние на рост и развитие молодняка и продуктивность кур, что он представляет собой сложный физический фактор, характеризующийся такими параметрами как длительность освещения, периодичность, освещённость, спектральный состав, пульсация светового потока. Установлено, что воздействие перечисленных парамет-

ров на продуктивность кур в основном зависит от возраста и назначения птицы. Проявление половых рефлексов, рост и развитие потомства, смена перьевого покрова, жироотложение, обмен веществ, функция эндокринных органов определяются у птицы световым режимом.

В первые недели жизни цыплят, когда идет интенсивное наращивание костно-мышечной массы, доминирующими параметрами системы технологического освещения являются длительность и периодичность освещения с постоянной высокой освещенностью 25 — 30 лк на уровне кормушки. Основными воздействующими факторами в этот период жизни кур являются режим и рацион кормления и оптимальные параметры микроклимата — влажность, загазованность и температура. На кур-бройлеров свет оказывает управляющее воздействие, которое более точно может быть определено как сигнальное, а энергия освещения не играет существегаюй роли, начиная с некоторого порога. Свет при этом управляет, активизирует или тормозит фотобиологические процессы в организме, и решающее значение приобретает совпадение с биологическими ритмами времени подачи или снятия светового воздействия. Поэтому в птичниках для выращивания бройлеров к источникам света системы технологического освещения предъявляются требования, которым удовлетворяют большинство источников видимого излучения: высокая светоотдача, сплошной широкий спектр видимого излучения, простота управления, большой срок службы.

Но интенсивное жироотложение тормозит половое созревание, поэтому цыплятам яичных пород с третьей недели содержания освещённость в птичнике плавно снижают до 5 лк к шестой неделе жизни и поддерживают этот уровень в течение двенадцати последующих недель. Это способствует лучшему развитию костно-мышечных тканей и внутренних органов. Постепенное увеличение в течение четырех недель технологической освещенности до 25 лк на уровне кормушки действует на глаз и через зритель-пый перв на гипофиз, вызывает в нем усиленное образование гонадотроп-ного гормона и таким путем активизирует деятельность желез внутренней секреции. Поэтому в птичниках родительского стада предъявляются повышенные требования к параметрам технологического освещения, таким как длительность, освещенность, спектральный состав, пульсация светового потока, которые неразрывно связаны с источником света и его характеристиками.

Эффективность осветительной установки во многом зависит от применяемых источников оптического излучения, адаптированных под спектральную чувствительность зрения человека, а особенности зрения птиц при этом не учитываются, поскольку нет научно обоснованной и общепризнанной характеристики спектральной чувствительности глаза курицы, что создает погрешности в оценке качества освещения при его проектировании, реализации, применении, измерении и регулировании.

Во второй главе «Спектральная чувствительность зрения птиц - основа выбора источника света и построения осветительных установок в птицеводстве» рассмотрены методики уточнения и получения математической модели спектральной чувствительности глаза курицы и светового эквивалента потока излучения для зрения птиц, что позволило сформулировать основы построения осветительных установок в птицеводстве и разработать принципы создания измерительных приборов для оценки светового потока в птичнике.

Из всех известных методов определения спектральной чувствительности глаз животных наиболее приближенным к реальным условиям работы глаза является способ определения спектральной чувствительности зрительной системы птиц по реакции зрачкового сужения или по площади раскрытия зрачка. Согласно разработанной методике Рябовым А.Г. определены относительные спектральные чувствительности для глаз трёх особей птиц. Данные функции видности получены с помощью набора цветных стёкол, обладающих широкой полосой пропускания, по сравнению с интерференционными фильтрами. Получить высокоинтенсивные монохроматические излучения достаточно трудно с технической и экономической точек зрения.

Для получения функции относительной эффективности сложных спектров излучения может быть использован метод последовательных приближений. В работе Рябова А. Г. функция видности кур определялась для средних значений на уровне 0,5 длин волн исследуемых источников излучений. Принимая указанную характеристику за исходную и используя понятие эффективности распределённого по спектру излучения, производим её уточнение по алгоритму, приведённому на рис 1, поскольку функция видности получена с помощью широкополосных, а не монохроматических фильтров.

Характеристики пропускания светофильтров и излучения источника света позволили рассчитать спектральные характеристики опорных излучений ф,(?с):

ф)=\ф)<р(х)ах. (1)

Эффективность 1 -го излучения для птиц с использованием функции относительной эффективности определялась:

Зная эффективность К,- по функции относительной эффективности N1$.) определяется длина волны Я.1 монохроматического излучения, равного по эффективности опорному излучению:

К{ => N,(1) =>А.

(3)

Рис. 1. Алгоритм расчёта последовательным приближением относительной спектральной световой эффективности для глаз птиц

Функция Ы^) рассчитывалась по соотношениям видности К^ для каждого излучения с длиной волны! которая определялась методом зрачковой реакции:

К^/КЛты. (4)

Полученные соотношения (4) остаются неизменными, изменяются только длины волн:

н

К д, /К

Л шах

=>М2(Х).

(5)

Полученная новая функция N2 (А.) вновь подвергается проверке, в

результате которой получается характеристика N3 (X), N4 (Л.).....Н, (X).

Расчет функции К(Я.) завершаем при значениях очередного распределения, отличающегося от предыдущего не более чем на 5%. Показателем корректности указанного метода служит сходимость результатов расчета.

По результатам проверки экспериментальных данных построены функции спектральной чувствительности для глаз птицы и для сравнения такая же для глаза человека, которые представленные на рис 2.

Рис 2. Функцци спектральной чувствительности: В = для глаз человека и N = ^Х)

для глаз птиц

Глаз курицы, как систему фотоприемников со своими цветовыми фильтрами, можно представить колебательным контуром, что позволяет построить математическую модель его спектральной чувствительности. После несложных преобразований чувствительность колебательного контура в относительных единицах можно выразить известной математической формулой через добротность, приняв коэффициент связи равным коэффициенту затухания, что характерно для контуров со слабыми связями и одним максимумом амплитудно-частотной характеристики:

К = (*2+<*2)2

(6)

где к - коэффициент связи колебательных контуров; (1 - коэффициент затухания (1/5 - добротность контура); в -расстройка контура.

В свою очередь расстройка контура определяется из выражения:

XI-X2

А.-Л ' (7)

собственная длина волны контура; длина волны вынуждающих

колебаний.

Математический расчёт колебательного контура по полученной формуле не возможен, так как неизвестными являются его добротность и расстройка. Примем полученную кривую спектральной чувствительности глаз кур в диапазоне 570 / 640 нм за достоверную из-за малого разброса результатов экспериментальных данных относительно неё. Поскольку график имеет колоколообразный 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 расчёта может составлять 1 /2% па 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 поэтому уточнение кривой видности для коротковолновой и длинноволновой частей характеристики проведено по выше изложенной методике раздельно. Расчёты выполнены на ЭВМ с использованием прикладной программы MathCAD 2001 Pro:

- для коротковолновой области излучений (400 / 600 нм) к = 0,086; d = 0,112; Хс=600 нм, тогда

г _3j976_

Д~Г ^ V ' (8)

[100. е2 +0,515 J +3,711

- дая длинноволновой области излучений (600 * 800 нм) к= 0,003; d= 0,183; Хс= 600 нм, тогда

К И.215

[ 100-е2 +3,349]2 (9)

По выведенным формулам (8 и 9) построены графики уточнённой спектральных чувствительностей глаз кур, которые приведены па рис. 2.

Весь последующий материал работы основан на использовании уточнённой математической обработкой спектральной чувствительности глаз кур.

Математическая обработка имеющихся экспериментальных данных показала, что максимум спектральной чувствительности глаза птицы лежит в красной области (600 нм), в то время как у человека в жёлто-зелёной области (555 нм) видимого спектра излучений. К коротковолновой области спектра (синий цвет) глаз птицы практически не чувствителен и спектр видимых длин волн для них находится в диапазоне от 480 до 760 нм, в то

время как у человека - от 410 до 720.

Функция спектральной световой эффективности для глаз кур отличается от функции видности человеческого глаза вследствие чего световой эквивалент потока излучения для зрения кур Км в этом случае определится из выражения:

где (¡ЯР - энергетическая светимость абсолютно чёрного тела в узком ин-э

тервале спектрального диапазона от

Расчет проводился на вычислительной машине по специально составленной программе с шагом квантования 5 им. Тогда по (10) световой эквивалент потока излучения для глаз кур будет иметь значение Км = 496,8 к лм/(св-Вт). Для зрения человека известный световой эквивалент потока излучения имеет значите К = 683,4 К лм/(св-Вт). .

Полученная уточненная спектральная чувствительность и найденный световой эквивалент потока излучения для глаза курицы показывают, что с точки зрения требований к источникам света тепловые источники, к которым относятся лампы накаливания, являются более эффективными для зрения кур, чем для зрения человека.

В существующих осветительных установках освещённость в птичниках измеряется люксметром, спектральная чувствительность фотоэлемента которого отличается от стандартизованной спектральной чувствительности глаза «среднего» человека большей широтой, а по сравнению со спектральной чувствительностью глаза курицы различие ещё значительнее. Это обязательно необходимо учитывать при измерении освещённости от различных источников света, а особенно при её регулировании изменением напряжения питания ламп накаливания.

Применение корригирующих под спектральные чувствительности глаз человека и курицы светофильтров к селеновому фотоэлементу люксметра, проградуированного с помощью лампы накаливания, позволит сразу привести освещенность, полученную от источников света с любым спектральным составом излучения, к эффективной для глаза птицы при освещении лампами накаливания, питающимися номинальным напряжением. Как показали расчёты такие светофильтры можно составить из стёкол марок ЖЗС-6 и ОС-13 толщиной 1,0 и 5,0 мм соответственно.

В измерениях освещённости в птичнике, при регулировании интенсивности излучения ламп накаливания тиристорными регуляторами напряжения, необходимо учитывать измените спектрального состава излучения, вводя в показания обычного люксметра поправочный множи-

тель, зависящий от единичной мощности применяемых ламп и глубины снижения напряжения и определяемый по предлагаемым диаграммам

Рис.3. Номограммы, для определения действительной освещённости в птичнике люксметром, при использовании системы технологического освещения с тиристорным регулятором напряжения и лампами накаливания Рном = 100 Вт и Оном ~ 240 В

Для примера на диаграмме показано определение действительной освещённости Е = 8.2 лк при напряжении на лампах накаливания 80 В и показаниях люксметра 6 лк.

В третьей главе «Применимость современных источников света для освещения птицеводческих помещений» проведён анализ параметров и характеристик наиболее широко распространенных источников видимого излучения. Для каждого источника света определены эффективность его потока излучения Рд для глаз курицы Кц по формуле:

(11)

где <р<Х) - спектральная интенсивность излучения источника света вое;

Ы(Х) - спектральная чувствительность глаз птиц вое

Несмотря на более высокую эффективность светового излучения люминесцентных ламп, рекомендуемых птицеводству, лампа накаливания является наилучшим источником света для технологического освещения кур-несушек, поскольку она имеет:

— наиболее благоприятный спектральный состав излучения для глаз кур;

— наименьшую пульсацию светового потока, что снижает стрессовое состояние кур;

— хорошие регулировочные свойства, т е. широкий диапазон регулирова-

ния светового потока, что позволяет удовлетворить любые требования к технологической освещенности в птичниках родительского стада, в том числе имитировать режим «Рассвета - Заката»;

— высокую надежность в работе, что снижает возможность стрессовых ситуаций;

— простоту эксплуатации, что снижает эксплуатационные затраты.

Экспериментально установлено, что спектральный состав излучения ламп накаливания при регулировании технологической освещенности изменением питающего напряжения не зависит от их единичной мощности, что позволяет использовать в осветительной установке лампы различной мощности, рассчитанные на одинаковое номинальное напряжение.

При уменьшении напряжения питания световая отдача ламп накаливания для глаз птицы снижается меньше, чем для глаз человека, что необходимо учитывать при контроле и измерении технологического уровня ос-вещешюсти стандартным люксметром.

Выявлено, что для повышения продуктивности кур-несушек, за счет ликвидации стрессовых ситуаций от выхода из строя ламп накаливания необходимо увеличить срок службы источников света уменьшением питающего напряжение на 9 %, а для сохранения при этом нормированного уровня освещенности увеличить на 21 % установленную мощность технологического освещения, рассчитанного на номинальное напряжение.

Четвёртая глава- «Регулятор освещения для птицеводческих помещений» посвящена разработке и исследованию тиристорного регулятора напряжения на лампах накаливания, управляющего технологическим освещением в птичнике.

Анализ реальных условий работы осветительных установок в птичниках и изменяющихся параметров электроснабжения позволил сформулировать основные требования к регулятору освещения:

1) устройство должно позволять плавно вручную регулировать освещённость в птичнике от нуля до максимального значения;

2) по сигналу от программного реле времени «Включить освещение» устройство должно плавно, в течении 10-5-20 минут, в зависимости от заданной освещённости, увеличивать напряжение на лампах накаливания от нуля до заданного задатчиком «Освещённость» уровня, осуществляя имитацию режима «Рассвет»;

3) по сигналу от программного реле времени «Отключить освещение» устройство должно плавно, в течении 10 / 20 минут, в зависимости от заданной освещённости, уменьшать напряжение на лампах накаливания от установленного задатчиком «Освещённость» уровня до нуля, осуществляя имитацию режима «Закат»;

4) схема устройства должна быть разбита на блоки, выполненные на отдельных платах, что позволит быстро восстанавливать его работоспособность заменой вышедших из строя плат;

5) устройство должно управляться одним программно управляемым контактом любого программного реле;

6) схемные решения блоков регулятора должны быть максимально унифицированы, что позволит при необходимости легко переходить от однофазной к трехфазной конструкции регулятора напряжения;

7) трехфазный регулятор напряжения должен иметь специальный блок, позволяющий выравнивать выходное напряжение при асимметрии питающего напряжения.

Сформулированным выше требованиям отвечает регулятор освещения, блочно-функциональная схема которого представлена на рис 4

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

Рис.4. Блочно-функциональная схема регулятора освещения

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 фаз

осдвигающего блока

12 и первого генератора импульсов 9, 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, 11. 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.

Очень важными отличительными особенностями предложенного регулятора являются:

1) в схеме трёхфазного регулятора используется только один однофазный трансформатор питания, в то время как в известных регуляторах применяются трехфазные трансформаторы;

2) используется один блок «Рассвет-Закат», управляющий тремя фазами напряжения на нагрузке;

3) в схеме управления устаноачен один переменный резистор-задатчик трехфазного выходного напряжения, в то время как в трехфазных регуляторах, составленных из независимых блоков управления фазными напряжениями используются 3 синхронно работающих переменных сопротивления [106];

4) предложенная схема трёхфазного регулятора позволяет компенсировать устойчивую несимметрию напряжения до 8 %, которая может возникать в питающей сети на птицефабрике и тем самым выровнять освещённость в птичнике от трёхфазной осветительной установки.

В соответствии с рассмотренной блочно-функциопальной схемой регулятора разработана, изготовлена и исследована его принципиальная схема. Трехфазный регулятор разработан как отдельная конструкция с максимальной унификацией основных блоков.

В основу трехфазного регулятора положен принцип ведущей фазы (например "А") и копирующих двух других фаз со сдвигом импульсов

управления на 120 электрических градусов. Сдвиг по фазе осуществляется Я-С цепью с заданными значениями постоянной времени. Импульсная и силовая части всех фаз регулятора построены идентично. Схема регулятора приведена на рис. 5.

Рис 5. Блочно - принципиальная схема трёхфазного регулятора освещения

Силовая часть выполнена в виде блока Б2. В ней использованы встречно-параллельно включенные тиристоры У81-У36, которые управляются путем замыкания цепей управляющих электродов через токоогра-ничивающие резисторы Я9 (плата А1) и Я5 (платы А2). Для защиты силовых тиристоров от коммутационных перенапряжений параллельно им в каждую фазу включено по высокочастотному Ы-С звену. Трехфазная нагрузка (блок Б4) - лампы накаливания Ьвп, ЬЬц, ЬСд соединены в звезду. Управление нагрузкой осуществляется блоком Б5 в трех режимах: А - автоматическом, ПА - полуавтоматическом/ Р - ручном. Соответствующий режим задается переключателем рода работ 8Л2.

В автоматическом режиме А контакт программного реле времени РВ подключается па коммутацию промежуточного реле КУ платы Л3 и управляет регулятором через блок «Рассвет - Закат».

В полуавтоматическом режиме ПА контакт реле времени РВ подключается на обмотку пускателя КМ2, которое включает нагрузку Ьаи^ЬСц в обход тиристорного блока Б1. Для полного отделения тиристорного блока от сети перед переводом регулятора в положение ПА необходимо выключить автоматический выключатель При этом одновременно обес-точится катушка магнитного пускателя КМ1, что приведет к отключению тиристорного блока от нагрузки.

В ручном режиме Р контакт реле РВ выводится полностью из схемы управления, а управление освещением производится пускателем КМ2 через кнопочную станцию 8ВВ, 8ВТ. Питание регулятора напряжения осуществляется через блок Б1, состоящий Ш автоматического выключателя рР1, магнитного пускателя КМ1 и быстродействующих' предохранителей РШ-РШ для защиты тиристоров от токов перегрузки и короткого замыкания.

Разработанный регулятор освещения имеет линейно-убывающую регулировочную характеристику с широким диапазоном управляющего напряжения, что позволяет устанавливать любой заданный уровень освещенности в птичнике плавным изменением напряжения на лампах накаливания в диапазоне от нуля до номинального значения.

Передаточные характеристики предложенного регулятора в режимах «Рассвет-Закат» практически линейны, что позволяет плавно изменять уровень освещенности в птичнике в течение 15+20 минут при включении и выключении освещения, тем самым убрать предпосылки возникновения стресса у птиц, отрицательно сказывающегося на их продуктивности.

КПД регулятора на различных напряжениях питания имеет возрастающую экспоненциальную зависимость от выходного напряжения при его увеличении. Вместе с этим рост мощности осветительной нагрузки регулятора приводит к снижению крутизны экспоненты. Это объясняется тем, что постоянными при всех выходных напряжениях и не зависят от

постоянными при всех выходных напряжениях и не зависят от мощности нагрузки.

На описанный алгоритм построения и работы трёхфазного тиристор-ного регулятора освещения получено авторское свидетельство

В пятой главе «Методики экспериментальных исследований» приведены разработки и решения по общим и частным вопросам методик экспериментальных исследований. Представлена экспериментальная установка для определения яркостной температуры спирали ламп накаливания и методика обработки результатов измерений

В процессе обработки экспериментальных данных с использованием прикладной программы Math CAD 2001 Pro была выведена эмпирическая зависимость изменения мощности лампы накаливания от изменения напряжения питания в относительных единицах:

. . 1.» . -од

P = U +0,0015-С/ ,

где Полученное уравнение справедливо для всего диапа-

зона напряжений в то время как общеизвестное аналогичное

уравнение справедливо для напряжений

Кроме этого изложена методика электрических измерений при исследовании работы регулятора напряжения с лампами накаливания.

В шестой главе «Технико-экономическая оценка предлагаемой осветительной установки» выполнено сравнение приведенных затрат на 1 тысячу кур несушек предлагаемой осветительной установки с приведенными затратами другой не модернизированной осветительной установки. Вычисления проведены на основе данных, полученных при испытании модернизированных систем освещения в 11 птичниках, что подтверждено актами на внедрение, согласно которым яйценоскость увеличилась на 3%, потребление корма уменьшилось на З%, смертность уменьшилась па 3%. Расчеты показали, что дополнительные капитальные вложения в размере 20287,5 рублей в предлагаемую систему технологического освещения птичника окупятся через 0,22 года и принесут экономический эффект в 26233,65 рублей на каждую тысячу кур несушек родительского стада в год.

1. Научно обоснованная и разработанная система технологического электрического освещения птичников кур несушек, состоящая из источников света - ламп накаливания, тиристорного регулятора напряжения с блоком «Рассвет - Закат», люксметра с корригированным под спектралыгую чувствительность глаз птиц фотоэлементом,

обеспечивает регулирование уровня освещенности и продолжи-

телыюсти светового и темнового периодов для различных возрастов, пород и назначений птицы, что повышает эффективность производства птицеводческой продукции.

2. Выбор источника света и построение осветительных установок для птицеводства должен проводиться на основе полученной спектральной чувствительности глаз птиц, которая имеет колоколообразную форму с максимумом, лежащим в красной области (600 нм), в то время как у человека в желто-зелёной области (555 нм) видимого спектра излучений. К коротковолновой области спектра (синий цвет) глаз птицы практически не чувствителен и спектр видимых длин волн для них находится в диапазоне от 480 до 760 нм, в то время как у человека - от 410 до 720.

3. Сравнительный анализ светотехнических параметров и регулировочных свойств наиболее широкоприменяемых современных источников видимого излучения показал, что наилучшим источником света для системы технологического освещения птичника кур-несушек, предназначенной для имитации режимов «Рассвета-Заката» и программного изменения освещенности, является лампа накаливания.

4. В измерениях освещённости в птичнике, при регулировании интенсивности излучения ламп накаливания тиристорными регуляторами напряжения, необходимо учитывать изменение спектрального состава излучения, или вводя в показания обычного люксметра поправочный множитель, зависящий от единичной мощности применяемых ламп и глубины снижения напряжения и определяемый по предлагаемым диаграммам, или используя специальный люксметр, фотоэлемент которого откорректирован под спектральную чувствительность глаза птицы.

5. Для обеспечения различных технологических режимов освещения птицы необходимы устройства, управляющие электрическими источниками света производственного помещения и состоящие из трех основных блоков: программного задатчика времени коммутации; имитации режимов «Рассвета-Заката»; регулирования яркости ламп.

6. Применение разработанного фазоимпульсного регулятора напряжения в системе технологического освещения птичника позволяет:

- устанавливать любой заданный уровень освещенности в птичнике плавным изменением напряжения на лампах накаливания в диапазоне от нуля до номинального значения при очень малых потерях энергии в предложенном устройстве;

- создавать имитацию режимов «Рассвет-Закат» при включении и выключении света;

- устранять на нагрузке асимметрию трёхфазного напряжения сети, что позволяет выравнивать освещённость по всей площади технологического помещения птичника

7. Дополнительные капитальные вложения в разработанную систему технологического освещения птичника родительского стада экономически выгодны и окупаются менее чем за полгода, при годовой прибыли на каждую тысячу кур-несушек родительского стада 26233,65 рублей в год.

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях:

1. Рябов А.Г., Шанцин В А. Определение спектральной чувствительности глаз птиц методом зрачковой реакции. // Сб. науч. Трудов, т.92 / Волгоградский СХИ. - 1985. - С. 34 - 38.

2. Шанцин В.А., Рябов А.Г. Определение чувствительности глаз животных к сложным спектрам излучения // Участие молодых учёных и специалистов в реализации комплексных программ и важнейших научно-технических проблем. Тез. Докл. Волгоград, 1985. - С. 164165.

3. Никифоров А.Г., Рогожкина ЕЙ., Шанцин В.А. Учет особенностей зрения птицы при нормировании освещения // Вклад молодых учёных и специалистов в ускорение экономического развития агропромышленного комплекса. Тез. докл. республиканской конференции. - Волгоград, 1988. - С. 104 - 106.

4. Рябов А.Г., Шанцин В.А, Никифоров А.Г. Рогожкина Е.И. Нормирование освещённости птичников по спектральным характеристикам зрения кур. // Механизация и автоматизация технологических процессов в агропромышленном комплексе. Тезисы докладов всесоюзной научно-практической конференции (10... 12 октября 1989г., Новосибирск) М. -: 1989 г. - С. 43 - 44

5. Рябов А.Г., Шапцин В.А., Никифоров А.Г. Рогожкина Е.И. Оценка эффективности излучения ламп накаливания. // Сб. науч. трудов «Применение электросберегающих режимов и электротехнологай в с х. производстве / Волгоградский СХИ. - 1991. - С. 44 - 52.

6. Шанцин В.А. Световой коэффициент потока излучения для зрения кур // Сб. пауч. трудов «Применение электросберегающих режимов и электротехнологий в сельскохозяйственном производстве / Волгоградский СХИ. - 1991. - С. 52 - 54.

7. Трёхфазный регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное: А.с. № 1670757 / Рябов А.Г., Шанцин В. А., Ру-денков Н.М. (Волгоградский сельскохозяйственный институт) № 4701252/07Заявл. 06.04.89. Опубл. 15.08.1991,Бюл.№ 30. -С. 185.

8. Шанцин ВА Функция относительной спектральной световой эффективности излучения для зрения птиц // Механизация и электрификация сельского хозяйства. -№ 10,2001. - С. 14 - 16.

9. Рогожкина Е.И., Шанцин В.А., Рябов А.Г. Электрический регулятор освещения на птицефабриках // Журнал Механизация и электрификация сельского хозяйства. -№ 10,2001. - С. 16 - 17.

10. Шанцин В.А. Оценка эффективности системы освещения птичника с различными источниками света. // Проблемы научного обеспечения экономической эффективности орошаемого земледелия в рыночных условиях. Материалы международной научно -практической конференции 19-21 апреля 2001 г. - Волгоград, 2001. -С. 256-257.

11. Шанцин В.А., Рогожкина Е.И. Светофильтр к селеновому фотоэлементу, корригирующему его спектральную чувствительность под функцию видности кур. // Проблемы агропромышленного комплекса. Материалы международной научно-практической конференции «Проблемы АПК», посвященной 60-летию Победы под Сталинградом. -Волгоград, 2003. - С. 15 - 16.

12. Шанцин В.А., Рогожкина Е.И. КПД тиристорного регулятора освещения для птицеводства. // Основы достижения устойчивого развития сельского хозяйства. Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 60-летию образования Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии. -Волгоград, 2004. - С. 15 - 16.

Подписано к печати 6.05.04 г. Формат 60x84 1/16. Уч. - изд. л. 1. Тир. 100. Зак. 113 Типография Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии 400002, г. Волгоград, ул. Институтская 8.

Р110 14

Введение.

1. Электрическое освещение как фактор повышения эффективности птицеводства. Цель и задачи исследования.

1.1. Значение электрического освещения в птицеводстве.

1.2. Спектральный состав электрических источников света в птицеводстве.

1.3. Режимы электрического освещения в птицеводческих помещениях

• и их реализация.

Цель и задачи исследования.

2. Спектральная чувствительность зрения птиц - основа выбора источника света и построения осветительных установок в птицеводстве.

2.1. Спектральная чувствительность глаза курицы.

2.2. Уточнение характеристики спектральной чувствительности глаза курицы в коротковолновой и длинноволновой частях видимого спектра.

2.3. Определение светового эквивалента потока излучения для глаз кур.

2.4. Основы построения осветительных установок в птицеводстве.

2.5. Построение измерительных приборов для оценки светового потока в птицеводстве.

Краткие выводы.

3. Применимость современных источников света для освещения птицеводческих помещений.

3.1. Определение эффективного потока источников излучения.

3.2. Выбор оптимального источника света для системы технологического птичника.

3.3. Яркостная температура ламп накаливания при различных способах изменения напряжения питания.

3.4. Светоотдача ламп накаливания при изменении напряжения питания для глаз курицы и человека.

3.5. Коррекция удельной мощности осветительной установки по напряжению на зажимах ламп.

Краткие выводы.

4. Регулятор освещенности для птицеводческих помещений.

4.1. Обоснование необходимости и способа регулирования освещения в птичнике.

4.2. Разработка схемы регулятора освещения.

4.2.1. Блочно - функциональная схема трёхфазного тиристорного регулятора освещения.

4.2.2. Принципиальная электрическая схема трёхфазного регулятора освещения.

4.3. Принципиальные электрические схемы блоков регулятора.

4.3.1. Принципиальная схема ведущей платы А1.

4.3.2. Принципиальная схема ведомой платы A3.

4.3.3. Принципиальная схема блока «Рассвет - Закат» - плата А2.

4.4. Исследование основных характеристик регулятора освещения.

4.4.1. Регулировочная характеристика регулятора освещения.

4.4.2. Выходные характеристики регулятора освещения в режиме «Рассвет — Закат».

4.4.3. Зависимость К.П.Д. тиристорного регулятора освещения от напряжения на нагрузке.

Краткие выводы.ИЗ

5. Методика экспериментальных исследований.

5.1. Экспериментальное определение яркостной температуры спиралей ламп накаливания.

5.2. Методика обработки результатов экспериментальных измерений температур спиралей ламп накаливания.

5.3. Методика электрических измерений при исследовании работы регулятора напряжения и питаемых им ламп.

6. Технико-экономическая оценка предлагаемой системы освещения.

6.1. Выбор и характеристика сравниваемых вариантов.

6.2. Методика расчёта технико-экономических показателей внедрения регулятора освещения.

6.3. Технико - экономические показатели по результатам внедрения системы освещения на птицефабриках.

Краткие выводы.

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 более 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.

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 накаливания при различных способах изменения напряжения питания; их светоотдача для глаз курицы и человека; характеристики тиристорного регулятора освещения; б) в производственных условиях - разработанные однофазные и трёхфазные 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 А.Г., Рогожкиной Е.И., Рябовым А.Г., Сазоновым И.Г. 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 гт.

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 тиристорно-го 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 тиристорный регулятор освещения обладает функциональной возможностью устранять на нагрузке асимметрию трёхфазного напряжения сети, что позволяет выравнивать освещённость по всей площади технологического помещения птичника.

На защиту выносятся следующие основные результаты работы:

1. Уточнённая характеристика спектральной чувствительности глаза курицы, её математическое выражение и методики их получения;

2. Обоснование выбора наиболее эффективного источника света для системы технологического освещения птичников родительского стада;

3. Методики определения освещённости для глаза птицы при использовании различных источников света и широком регулировании яркости ламп накаливания с учётом особенностей зрения кур;

4. 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 ве-Ф дущих 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 О.А., 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 жур-£ налах.

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.

Общие выводы по работе

1. Научно обоснованная и разработанная система технологического электрического освещения птичников кур несушек обеспечивает регулирование уровня освещенности и продолжительности светового и темнового периодов для различных возрастов, пород и назначений птицы, что повышает эффективность производства птицеводческой продукции:.

2. Выбор источника света и построение осветительных установок для птицеводства должен проводиться на основе спектральной чувствительности глаз птиц, которая имеет колоколообразную форму с максимумом, лежащим в красной области (600 нм), в то время как у человека в жёлто-зелёной области (555 нм) видимого спектра излучений. К коротковолновой области спектра (синий цвет) глаз птицы практически не чувствителен и спектр видимых длин волн для них находится в диапазоне от 480 до 760 нм, в то время как у человека - от 410 до 720.

3. Сравнительный анализ светотехнических параметров и регулировочных свойств наиболее широко применяемых современных источников видимого излучения показал, что наилучшим источником света для системы технологического освещения птичника кур-несушек, предназначенной для имитации режимов «Рассвета-Заката» и программного изменения освещённости, является лампа накаливания.

4. В измерениях освещённости в птичнике, при регулировании интенсивности излучения ламп накаливания тиристорными регуляторами напряжения, необходимо учитывать изменение спектрального состава излучения, или вводя в показания обычного люксметра поправочный множитель, зависящий от единичной мощности применяемых ламп и глубины снижения напряжения и определяемый по предлагаемым диаграммам, или используя специальный люксметр, фотоэлемент которого откорректирован под спектральную чувствительность глаза птицы.

5. Для обеспечения различных технологических режимов освещения птицы необходимы устройства, управляющие электрическими источниками света производственного помещения, состоящие из трех основных блоков: программного задатчика времени коммутации; имитации режимов «Рассвета-Заката»; регулирования яркости ламп.

6. Применение разработанного фазоимпульсного регулятора напряжения в системе технологического освещения птичника позволяет:

- устанавливать любой заданный уровень освещенности в птичнике плавным изменением напряжения на лампах накаливания в диапазоне от нуля до номинального значения при очень малых потерях энергии в предложенном устройстве;

- создавать имитацию режимов «Рассвет-Закат» при включении и выключении света;

- устранять на нагрузке асимметрию трёхфазного напряжения сети, что позволяет выравнивать освещённость по всей площади технологического помещения птичника

7. Дополнительные капитальные вложения в разработанную систему технологического освещения птичника родительского стада экономически выгодны и окупаются менее чем за пол года. Экономический эффект на каждую тысячу кур-несушек родительского стада составляет 26233,65 рублей в год.

1. Аверьянов В.А., Беляева Н.М. Особенности цветовой среды при использовании люминесцентных ламп с узкополсным спектром излучения. // Светотехника. 1984, № И. С. 18-20.

2. Автоматизированные системы управления технологическими процессами. Идентификация и оптимальное управление. Справочник / Под ред.

3. Баев В.И. Включение ламп накаливания в работу. Научный вестник. Инженерные науки. Вып. 2 / Волгогр. гос. с. х. акад. - Волгоград, 1999. -С. 180-184.

4. Баев В.И. Практикум по электрическому освещению и облучению. — М.: ВО «Агропромиздат», 1991. — 175 с.

5. Баринов П., Кузнецов А. Влияние различных спектров освещения на рост, развитие и продуктивность кур // Сборник научных трудов / Саратовский СХИ. 1975. - вып. 48. С. 64 - 79.

6. Беремски Ч. Влияние на цвета на светлинага върху продуктивностга на бройлери, отглеждани в клетки. //Животновъдни науки, т. 16, №4,1979.1. C. 74 -77.

7. Благова В. Такой свет нужен птице. // Птицеводство. 2000, № 5. - С. 43.

8. Бодров В.И и др. Автоматика на сельскохозяйственных предприятиях: Справочник/ В.И. Бодров, В.И. Грошев, Ю.Л. Муромцев, Е.М. Наумов, С.В. Мищенко, В.И. Литовка. -М.: Россельхозиздат, 1978. 278 с.

9. Божко П.Е. Производство яиц и мяса птицы на промышленной основе. -Изд. 3-е, перераб. и доп. -М.: «Колос», 1984.- 366 с.

10. Бонгард М.М. Колориметрия на животных. Докл.АН СССР, 1955 Т 103, №2-С 239-242.

11. Бонгард М.М., Смирнов М.С. Кривые спектральной чувствительности приёмников, связанных с одиночными волокнами зрительного нерва лягушки. — Биофизика, 1957, т.2, №3. С. 336 — 342.

12. Бонгард М.М., Смирнов М.С. Цветовое зрение человека и животных. // Природа, № 2,1959. С. 13 - 20.

13. Бородин И.Ф., Недилько Н.М. Автоматизация технологических процессов. М.: Агропромиздат, 1986. - 368 с.

14. Брянский Л.Н., Дойников А.С. Краткий справочник метролога: Справочник. М.: Издательство стандартов, 1991. - 79 с.

15. Валеев Ф.Н. Устройство для управления освещением // Птицеводство — 1998, №2.-С. 26.

16. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных. Изд. 3-е, доп. - М.: Колос, 1967. — 159 с.

17. Вейнберг Т.И. Светофильтр для исправления спектральной чувствительности селенового фотоэлемента // Светотехника, № 6, 1958. С. 31.

18. Водянников В.Т. Экономика и организация сельской электроэнергетики. Уч. пособие для студентов, аспирантов и специалистов сельской энергетики. М.г МГАУ, 1998. - 211 с.

19. Водянников В.Т. Экономическая оценка средств электрификации и автоматизации сельскохозяйственного производства и систем сельской энергетики. М.: МГАУ, 1997. - 180 с.

20. Вознесенский В Л. Первичная обработка экспериментальных данных. —1. Л.: Наука, 1969.-81 с.

21. Вракин В.Ф., Кашлев Н.В., Ефимова А.А. Морфофункциоиальиое состояние эпифиза и яичника кур при различных уровнях освещённости. // Изв. Тимирязевской с-х. академии. 1991, вып. 1. -С. 157 - 165.

22. Газизов Г.М., Валеев Ф.Н., Сайфулин Ф.М., Мухаметшин AM. Станция управления освещением СУО 1м // Птицеводство. - 1997, № 3. - С. 32 -33.

23. Гнюбкин В.Ф., Кондратов С.Л., Орлов О.Ю. О константности цветовос-приятия у серой жабы. — Биофизика, т.20, № 4,1975. С. 725 - 730.

24. Говардовский В.И. Метод определения зрительных пигментов in situ и их изучение у некоторых позвоночных. Биохимия и физиология, т. 11, 1975.-С. 346-352.

25. Голикова И.Ф., Девятых Э.В., Мещеряков Ю.А. Люминесцентные лампы с трёхполосным спектром излучения. // Светотехника. 1980, № 10. — С. 15 -16.

26. Гончаров A Excel 97 в примерах СПб.: 1997. - 336 с.

27. Гороховский Ю.Н., Баранов В.П. Свойства черно-белых фотографических плёнок. М.: Наука, 1970. -338 с.

28. Государственная система обеспечения единства измерений. Методики выполнения измерений. ГОСТ Р 8.563 96. Издание официальное. - М.: Издательство стандартов, 1996. - 19 с.

29. Гуревич М.М. Введение в фотометрию. Л.: Энергия, 1968. - 243 с.

30. Гуревич М.М. Фотометрия. Теория, методы и приборы. 2-е изд. Л.: Энергоиздат, 1983. - 218 с.

31. Гуторов М.М. Основы светотехники и источники света. — М.: Энергия, 1983.-384 с.

32. Давидов П.Д. Анализ и расчёт тепловых режимов полупроводниковых приборов. М.: Энергия, 1967. -144 с.

33. Данилова А.К. и др. Гигиена промышленного производства яиц /

34. А.К.Данилова, М.С.Найденский, И.СШпиц, В.СЯворский. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Россельхозиздат, 1987. - 279 с.

35. Дворжачек В., Овчукова С.А. Выбор осветительных приборов при рыночной экономике. // Механизация и электрификация с.х. — 1998. — № 4. — С. 20-22.

36. Джадд Д., Вышецкий Г. Цвет в науке и технике. М.: Мир, 1978. - 592 с.

37. Дмитриенко Л.П. Тиристорные релейные и регулирующие устройства. — М.: Энергоатомиздат, 1988. — 257 с.

38. Живописцев Е.Н., Косицын О.А. Электротехнология и электрическое освещение. М.: ВО «Агропромиздат», 1990. —303 с.

39. Жилинский Ю.М., Куминов В.Д. Электрическое освещение и облучение. -М.: Колос, 1982.-272 с.

40. Замятин В.Я. и др. Мощные полупроводниковые приборы. Тиристоры: Справочник / В.Я. Замятин, Б.В. Кондратьев, В.М. Петухов. М.: Радио и связь, 1988. -. 576 с.

41. Зелятров А. Влияние различных световых режимов на продуктивность бройлеров. — Достижения сельскохозяйственной науки и практики. — Сер. Животноводство и ветеринария, 1982, № 6. С. 18 - 27.

42. Изаков Ф.Я. и др. Механизация и электрификация птицеводства./ ФЛ.Изаков, Н.М.Быков, П.И.Леонтьев М.: Колос, 1982. - 398 с.

43. Излучательные свойства твёрдых материалов. Справочник./Под общ. ред. Шейндлина А.Е. М.: Энергия, 1974. - 472 с.

44. Измерение электрических и неэлектрических величин: Учебное пособие для вузов / Н.Н. Евтихеев, Я.А. Купершмидт, В.Ф. Популовский, В.Н. Скугоров; под ред. Н.Н. Евтихеева. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 352 с.

45. Кавтарашвили А., Марчев С., Кирдяшкина Г. Прерывистое освещение и его особенности. // Птицеводство. 2001, № 5. - С. 25 - 27.

46. Каталог цветного стекла. М.: Машиностроение, 1967. — 62 с.

47. Квиткин Ю.П., Федорченко М.Г., Кривцов И.Л. Стресс сельскохозяйственной птицы. М.: ВНИИТЭИСХ, 1977. - 57 с.

48. Кистень Г.Е., Терпилло Н.Н. Автоматическое управление дополнительным освещением на птицефермах // Механизация и электрификация сельского хозяйства. Киев: Урожай, 1965, вып. 4. С. 18.

49. Клыков М.Е., Овсепьянц Е.Г., Шкуро Н.Н. Пульсация светового потока источников света и методы её уменьшения. // Светотехника. 1985, № 2. — С. 18-20.

50. Кноринг Г.М. Осветительные установки. — Л.: Энергоатомиздат, 1981. — 284 с.

51. Козинский В.А. Электрическое освещение и облучение. М.: Агропром-издат,. 1991. -239 с.

52. Коммутатор трёхфазной нагрузки: А.с. №1210216 / Коровин Н.И., Терских Г. А. Специальное конструкторское бюро по приборостроению № 3762869/24 21 Заявл. 29.06.84. Опубл. 07.02.1986, Бюл. № 5. - С. 236.

53. Кондрашев СЛ., Гнюбкин В.Ф. Участие зелёных палочек сетчатки бес60