Електрична огорожа
Більше століття тому було виявлено, що за допомогою нешкідливого удару електричним струмом можна утримувати свійських тварин у загоні. Фермери та скотарі знайшли це відкриття гарне застосування. Завдяки високовольтному дроту, прокладеному вздовж периметра загону, стало можливим, не вдаючись до дорогої міцної огорожі, обмежити свободу пересування тварин.
На жаль, дуже часто в місцях розташування тваринницьких ферм відсутнє централізоване постачання електроенергії, необхідної для живлення огорожі. Останнім часом для вирішення цієї проблеми вдаються до використання акумуляторів. Але акумуляторні батареї потребують періодичного обслуговування та підзарядки, що робить весь пристрій дуже громіздким.
Втім, не варто хвилюватися. На допомогу прийшла сонячна енергія. Після встановлення невеликої фотоелектричної батареї відпадає необхідність зміни або підзарядки акумуляторних батарей.
Принципова схема пристрою
Для електричної огорожі потрібно лише малопотужне джерело живлення, що робить використання подібної огорожі більш практичним. Зарядний пристрій працює на основі автомобільної котушки запалювання.
Котушка працює в основному на тому самому принципі, що і в системі запалювання автомобіля. Коли контакти переривника (у нашому випадку контакти реле RLI) замикаються, через первинну обмотку котушки запалення починає текти струм, що викликає збільшення магнітного поля в осерді котушки.
При розмиканні контактів струм припиняється і магнітне поле починає спадати. Магнітне поле, що змінюється, викликає появу напруги у вторинній обмотці котушки. Оскільки відношення числа витків вторинної обмотки до витків первинної обмотки дуже велике, індукованенапруга також дуже велика, точніше 25 кВ. Такого потенціалу цілком достатньо, щоб відлякати будь-яких, навіть агресивних тварин.
Реле включається транзистором Q1 на короткий період (близько 15 мс). Протягом цього короткого інтервалу через котушку протікає струм, що створює магнітне поле в осерді. Тривалість включеного стану реле визначається очікуваним мультивібратором, зібраним на логічних елементах КМОП-структури, постійна часу замкнутого стану визначається величинами С2 і R3. Запуск здійснюється автоколивальним мультивібратором, зібраним на двох елементах IС1А і IС1В КМОП-структури. По суті цей генератор визначає кількість імпульсів за хвилину подібно до переривника автомобіля. Період проходження імпульсів регулюється резистором VRI в межах 30-64 імп/хв.
Останній мультивібратор також визначає тривалість робочого циклу зарядного пристрою. За найвищої частоти (64 імп/хв) робочий цикл займає 1,6% всього періоду роботи пристрою, за низької частоти (30 імп/хв) — 0,75%. Завдяки подібній комбінації короткого робочого циклу та використанню елементів КМОП-структури пристрій електричної огорожі споживає дуже мало електроенергії.
Конструкція
Схема електричної огорожі для простоти виконана із застосуванням друкарського монтажу. Хоча схема загалом не має якихось особливостей при монтажі, слід виявляти певну обережність, працюючи з КМОП-елементами. КМОП-елементи дуже чутливі до впливу статичної електрики та вимагають акуратного поводження. Найкраще спочатку закріпити на платі всі елементи, а потім уже акуратно вставити інтегральну мікросхему та припаяти її паяльником із заземленим жалом.
Мікросхема, навіть після встановлення наплату, дуже чутлива до електричних наведень та перешкод. Таким чином, котушку запалювання необхідно розмістити якнайдалі від плати. Високовольтний провід у жодному разі не повинен проходити поблизу плати!
Вибираючи котушку запалювання для схеми, пам'ятайте, що підійде лише звичайна котушка. Сучасні котушки для електронних транзисторних схем запалювання у згаданих умовах сильно іскритимуть у нашій схемі. Можна взяти будь-яку котушку від старої моделі автомобіля, проте необхідно знати деякі відмінності між різними типами котушок.
Деякі котушки (наприклад, від автомобіля Volkswagen) при включенні дають потужний імпульс струму, Подібні імпульси знижують термін служби контактів реле. Підібрати силу струму через контакти, що відповідає паспортній величині, можна за допомогою резистора R4, що обмежує струм через первинну обмотку запалювання котушки.
Для продовження терміну служби реле слід використовувати конденсатор, яким комплектується котушка запалювання. Якщо він у вас
тобто, поставте його у схему замість конденсатора СЗ. Цей конденсатор зменшує іскріння між контактами реле під час розриву електричної ланцюга. Пригнічення високовольтного імпульсу, що виникає в первинній обмотці, продовжує термін служби контактів. Крім того, конденсатор і котушка утворюють щось на кшталт коливального контуру, загасаючі коливання якого викликають збільшення високої напруги на вторинній обмотці котушки.
Можна пошукати високоякісні котушки, що розвивають на вторинній обмотці більшу напругу, порівняно зі стандартною котушкою. Тим не менш, з досвіду випливає, що можна досягти хороших результатів, застосувавши звичайну котушку.
Джерело електроенергії
Тепер ми наблизилися до тієї частини конструкції,що стосується сонячної батареї. Як ви бачили, були зроблені певні зусилля, щоб звести до мінімуму енергію, що споживається схемою. Це знижує вимоги до необхідної потужності сонячної батареї.
Первинним джерелом енергії пристрої живлення, що підключається до дротяної огорожі, є герметична свинцево-кислотна акумуляторна батарея, звана гельним елементом. За характеристиками вона ідентична звичайній свинцево-кислотній батареї з рідким електролітом, що використовується в автомобілях. На відміну від звичайних свинцево-кислотних елементів, гельні елементи не потребують догляду і можуть встановлюватися в будь-якому положенні.
Батарея типу Powersonic PS-1260 або подібна до неї має невеликі габарити (15х6х 10 см3) і поміщається в одному корпусі з електронною схемою.
Для заряджання акумуляторів необхідна сонячна батарея, яка повинна розвивати напругу 12 В при струмі 250 мА. У продажу є кілька типів батарей, які відповідають цим умовам.
При самостійному виготовленні сонячної батареї можна використовувати на чотири частини розколоті елементи діаметром 7,5 см.
У гол. I описано, як поділити сонячний елемент на 4 частини. Щоб отримати напругу, достатню для заряду акумуляторної батареї, потрібно з'єднати послідовно 35 таких «чверток».
Сонячна батарея такого розміру генеруватиме близько 3,6 Вт. Це відповідає загалом 22 Вт щодня чи 1,6 А-ч. В нормальних умовах гельний елемент ємністю 6 А-год здатний забезпечити енергією схему без підзаряду від сонячної батареї протягом близько 10 днів, залежно від частоти генерації високовольтних імпульсів, температури батареї і т.д.
Для захисту акумулятора від перезарядження потрібний регулятор заряду. Для цієїЦілі цілком підійде регулятор, описаний в гол. 6. Використовуйте малопотужний транзисторний варіант.
Установка високовольтного пристрою
Установка високовольтного пристрою для огорожі дуже проста. По всьому периметру огорожі натягніть дріт, на який потім буде подано високу напругу. Цей дріт, звичайно, має бути ізольований від землі. Для цієї мети підходять керамічні ізолятори, які є у продажу у більшості господарських магазинів. Замість них можна використовувати шийки від скляних пляшок.
Висота підвіски дроту залежить від виду тварин, які у загоні. Для корів та коней, як показує досвід, необхідно встановити дріт на рівні грудей. Частота імпульсів також визначається видом тварин. У багатьох випадках для тварин, поміщених у новий загін, потрібно використовувати високу частоту. Після періоду звикання тварин до неволі частоту можна знизити.
Дріт приєднується до високовольтного виводу котушки запалювання. Надійним заземленням служать металевий штир, устромлений у вологий ґрунт, або водопровідні труби, прокладені в землі. Категорично забороняється для цього використовувати газові труби.
Тепер підключіть акумулятри, встановіть частоту імпульсів, направте сонячну батарею на південь - і вийшла електрична огорожа!
Список деталей
Резистори R1-47 кОм R2-22 кОм R3-1 МОм R4-5 Ом, 1 Вт VRl-50 кОм, змінний опір
Конденсатори С1— 4,7 мкФ, 35 В С2—0,02 мкФ С3—220 мкФ, 16 В С4—220 мкФ, 16 В С5—0,001 мкФ
Напівпровідники D1 - 1N4002 ICl-CD4001, логічний елемент І-НЕ СД1 - світлодіод Ql-2N2222
Решта деталей RLI - реле 35 сонячних елементів, 250 мА Котушка запалювання (див. текст) Гельний елемент, 12В, 6А.ч(Роwersonic PS-I260)