Разработка стенда для исследования характеристик газоразрядных ламп высокого давления применяемых в оранжереях

Размещено на http://allbest.ru

РАЗРАБОТКА СТЕНДА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ЛАМП ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ПРИМЕНЯЕМЫХ В ОРАНЖЕРЕЯХ

Долгих Павел Павлович

Солохина Елена Юрьевна

Аннотация: В процессе эксплуатации растениеводческих ламп в оранжереях и зимних садах происходят изменения их энергетических и светотехнических характеристик, влияющие на режимы выращивания и содержания растений. Зная закономерности изменения этих характеристик инженерный персонал, обслуживающий данные установки, всегда может разработать выгодную стратегию управления с минимальными рисками. В работе рассматривается комплекс измерительного оборудования и методика проведения эксперимента, разработанные авторами, позволяющие оценить вклад питающего напряжения, тока и мощности в энергетическую составляющую фотосинтезного потока разрядных ламп высокого давления. Представленная в статье концепция исследований позволяет повысить точность измерений и расширить функциональные возможности, по сравнению с имеющимися аналогами. Произведена оценка сметной стоимости материалов и оборудования для создания стенда.

Ключевые слова: оранжерея, микроклимат, светотехническое оборудование, растениеводческие лампы, энергетические характеристики, измерительное оборудование, методика исследований.

DEVELOPMENT OF A STAND TO STUDY THE CHARACTERISTICS OF HIGH- PRESSURE DISCHARGE LAMPS USED IN GREENHOUSES

Dolgikh Pavel P.

Solokhina Elena Y.

Abstract: During the operation of plant-growing lamps in greenhouses and winter gardens, changes in their energy and lighting characteristics occur, affecting the modes of cultivation and maintenance of plants. Knowing the patterns of changes in these characteristics, the engineering personnel servicing these installations can always develop a profitable management strategy with minimal risks. The paper considers a set of measuring equipment and experimental methods developed by the authors to assess the contribution of supply voltage, current and power to the energy component of the photosynthetic flow of high-pressure discharge lamps. The research concept presented in the article makes it possible to increase the accuracy of measurements and expand the functionality, compared with existing analogues. The estimated cost of materials and equipment for the creation of the stand was estimated.

Keywords: greenhouse, microclimate, lighting equipment, plant-growing lamps, energy characteristics, measuring equipment, research methodology.

Как известно, искусственные экосистемы, такие как оранжереи, являются неотъемлемой частью городской среды, и предназначены для выращивания декоративных растений, овощей, фруктов. С точки зрения архитектурной конструкции оранжерея - это каркасное сооружение со сплошным остеклением, где поддерживается определенный режим температуры, влажности и облученности с помощью инженерных систем и оборудования. Данные сооружения должны обеспечивать условия не хуже, чем при выращивании в естественной среде.

Специалисты, обслуживающие такие системы, должны четко разбираться в деталях настройки оборудования, знать основы и принципы работы приборов и систем, обеспечивающих требуемые условия для сохранности и культивирования растений. Основным фактором, влияющим на процесс фотосинтеза, является фотосинтетически активная радиация, для создания и регулирования которой применяют современное светотехническое оборудование.

Действующими нормативными документами [6, 7] предусмотрены требования к интенсивности, продолжительности и спектральному составу излучения. Однако, установленные в [2] нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения, вносят свои коррективы в режимы работы светотехнического оборудования, что может негативно влиять на культивирование растений. Поэтому необходимо иметь специальные измерительные стенды для настройки режимов работы растениеводческих ламп.

Известно оборудование для исследования дуговой ртутной люминесцентной лампы высокого давления типа ДРЛ [1], содержащее газоразрядную лампу высокого давления, дроссель, автотрансформатор, выключатель, реостат, ваттметр, выключатель кнопочный, переключатель, амперметр, вольтметр для измерения напряжения на дросселе, вольтметр для измерения напряжения на лампе в момент разгорания, вольтметр для измерения напряжения на лампе в рабочем режиме, датчик люксметра, люксметр.

Недостатком известного оборудования является невозможность изучения нескольких характеристик ламп одновременно, низкая точность измерения и узкие функциональные возможности.

Цель исследования - разработка оборудования для определения характеристик источников излучения, применяемых для регулирования физиологических процессов растений в оранжереях.

Задачи исследования: 1. Провести анализ факторов, влияющих на характеристики растениеводческих ламп; 2. Определиться с составом оборудования, необходимого для проведения измерений и разработать модель стенда; 3. Разработать методику проведения экспериментальных исследований; 4. Составить смету затрат на оборудование.

Особенностями, которые необходимо учитывать при эксплуатации растениеводческих ламп, являются повышенные требования к спектральному составу и интенсивности излучения, изменяющиеся по известным причинам, к которым относятся: ресурсные изменения, зависящие от срока эксплуатации [5], отклонение питающего напряжения [4], схемы питания источников излучения [3].

На рисунке 1 представлен стенд для исследования характеристик разрядных ламп высокого давления (РЛВД), применяемых в оранжереях.

стенд растениеводческие лампы оранжерея физиологический растение

Рисунок 1 - Стенд для исследования характеристик РЛВД, применяемых в оранжереях

Стенд содержит переднюю панель 1, с мнемонической схемой 2. На передней панели 1 расположены выключатель 3, вольтметр 4 для измерения напряжения на автотрансформаторе 5, вольтметр 6 для измерения напряжения в момент пуска на газоразрядной лампе 7, клеммы 8 для подключения электронного осциллографа 9, кнопочный выключатель 10, вольтметр 11 для измерения напряжения на дросселе 12, реостат 13, ваттметр 14, переключатель 15, амперметр 16. На штативе 17 с помощью горизонтальной штанги 18 подвешен светильник 19 с газоразрядной лампой 7, подключенной с помощью кабеля 20. К краю передней панели 1 закреплен подвижный рычаг 21 с датчиком 22 спектрометра PAR 23. На передней панели 1 расположен электронный секундомер 24. Сигнализация о работе измерительного стенда осуществляется сигнальной лампой 25.

Стенд для исследования характеристик РЛВД работает следующим образом.

Для подготовки стенда к работе включают выключатель 3, находящийся на передней панели 1. Загорается сигнальная лампа 25. Газоразрядная лампа 7 установленная в светильнике 19, подвешенном на штативе 17 с помощью горизонтальной штанги 18 и подключенная кабелем 20 начнет разгораться. Через каждые 30 секунд, отслеживаемые по электронному секундомеру 24 и до установившегося режима, характеризующегося установившимися значениями тока и напряжения на газоразрядной лампе 7 , необходимо измерять силу тока по амперметру 16, мощность схемы по ваттметру 14, причем переключатель 15 включен в верхнее положение I (рисунок 1), мощность газоразрядной лампы 7, причем переключатель 15 включен в нижнее положение II, напряжение на газоразрядной лампе 7 с помощью вольтметра 6, причем на момент измерения пользуются кнопочным выключателем 10, напряжение на дросселе 12 вольтметром 11 и спектральные характеристики с помощью датчика 22 спектрометра PAR 23. Для снятия вольтамперных характеристик необходимо снижать ток газоразрядной лампы 7 реостатом 13 от максимально возможного для исследуемой газоразрядной лампы 7 до ее погасания. Измерения проводят через каждые 0,2 ампера, отслеживая по амперметру 16. После повторного разгорания газоразрядной лампы 7, снижая напряжение на мнемонической схеме 2 с помощью автотрансформатора 5 от 250 В ступенями по 10 В, снять зависимость параметров газоразрядной лампы 7 от напряжения питания, отслеживая показания по вольтметру 4. Динамические вольтамперные характеристики газоразрядной лампы 7 снимают с помощью электронного осциллографа 9, подключаемого к клеммам 8.

В таблице 1 приведена смета затрат на материалы и оборудование для создания стенда.

Таблица 1 - Смета затрат на материалы и оборудование

Выводы по работе.

1. Анализ факторов, влияющих на характеристики растениеводческих ламп, позволил установить отклонение напряжения питающей сети, как один из значимых.

2. Необходимый состав оборудования и материалов позволил разработать концепцию стенда.

3. Разработанная методика проведения экспериментальных исследований позволила установить последовательность действий при определении характеристик исследуемых ламп.

4. Составленная смета затраты на материалы и оборудование позволила определить капиталовложения, которые составили 30340 рублей.

Повышение точности измерения электрических и светотехнических характеристик РЛВД достигается за счет следующих преимуществ:

1. Наличие мнемонической схемы на передней панели стенда облегчает понимание процесса измерений.

2. Расширение функциональных возможностей достигается тем, что измерительный стенд позволяет одновременно проводить изучение электрических и светотехнических характеристик газоразрядных ламп.

3. Расположение всех измерительных приборов на передней панели дает возможность экспериментатору осуществлять все измерения одному, не затрачивая больших усилий, что повышает точность измерений и облегчает снятие характеристик.

Стенд прост по конструкции, надежен в эксплуатации и может быть использован в производстве в экспериментальных лабораториях и в учебном процессе.

Список литературы:

1. Баев, В.И. Светотехника: практикум по электрическому освещению и облучению: учеб. пособие для академического бакалавриата / В. И. Баев. 2-е изд. перераб и доп. - Москва: Издательство Юрайт, 2018. - 195 с.

2. ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения: Национальный стандарт Российской Федерации: дата введения 2014-07-01 / Федеральное агентство по техническому регулированию. - Изд. официальное. - Москва: Стандартинформ, 2014. - 24 с.

3. Гулин, С. В. О работе разрядных ламп с регулируемым питанием в селекционных установках / С. В. Гулин, В. Н. Карпов, В. И. Карлин // Светотехника. - 1986. - № 6. - С. 11-13.

4. Гулин, С.В. Оценка влияния нестабильности питающего напряжения на эффективность функционирования облучательных установок в сооружениях защищенного грунта / С. В. Гулин, А. Г. Пиркин // Известия Санкт-петербургского государственного аграрного университета. - 2015. - № 40. - С. 256-261.

5. Долгих, П.П. Энергосберегающие электронные пускорегулирующие аппараты для облучательных установок теплиц / П. П. Долгих, Я. А. Кунгс, Н.В. Цугленок. - Красноярск: Изд. центр КрасГАУ, 2003. - 116 с.

6. ПНСТ 410-2020. Светокультура растений. Нормы искусственного освещения для зеленных культур: Предварительный национальный стандарт Российской Федерации: дата введения 2021-01-01 / Федеральное агентство по техническому регулированию. - Изд. официальное. - Москва: Стандартинформ, 2020. - 12 с.

7. РД-АПК 1.10.09.01-14. Методические рекомендации по технологическому проектированию теплиц и тепличных комбинатов для выращивания овощей и рассады: дата введения 2014-08-13 / Департамент научно-технологической политики и образования Минсельхоза России. - Изд. официальное. - Москва: Росинформагротех, 2013. - 109 с.

Размещено на Allbest.ru