Резонансные электросистемы – приговор для сорняков

Для борьбы с сорняками традиционно используют гербициды. Однако,  они загрязняют окружающую среду. В настоящее время в ряде стран разрабатываются новые перспективные методы уничтожения сорной растительности. Такие способы относящиеся к классу нанотехнологий. Группа российских ученых Всероссийского научно-исследовательского института электрификации сельского хозяйства, которую возглавил академик Д.С. Стребков, разработала электрофизические методы воздействия на структуры растений на клеточном уровне. Своим опытом они поделились на международной научно-технической конференции «Энергосбережение – важнейшее условие инновационного развития АПК», которая прошла  в Минске.

 

Первые опытные и промышленные установки  для уничтожения сорняков появились в начале 70-х годов. Наиболее известна фирма “Lasco” CША, которая  разработала модификации агрегатов мощностью от 15 Вт (уничтожение сорняков) до 220 кВт (уничтожение деревьев). С 1975 года начата разработка подобных агрегатов во Франции (фирма “Evrard” – установки “J’Agrichoc”) и в Великобритании (установки “Bolter Destroyer”). Зарубежные агрегаты основаны на использовании энергии переменного однофазного тока высокого напряжения и предназначены для борьбы с сорняками на полях с малой засорённостью.

В России разработан электрокультиватор в Челябинском аграрно-инженерном университете (бывший ЧИМЭСХ), который основан на использовании переменного трехфазного тока промышленной частоты .

В этих электрокультиваторах реализован тепловой механизм воздействия на растительную ткань сорняков. Подобные воздействия характеризует высокая энергоёмкость процессов. Альтернативой рассмотренным техническим решениям является разработанная ВИЭСХом ,совместно с Брянской ГСХА (БСХИ) , энергоэффективная технология уничтожения сорняков электрическими импульсами высокого напряжения.

Применение импульсной электрообработки снижает энергоемкость процесса за счёт исключения теплового механизма воздействия на растительную ткань. Был разработан, испытан в лабораторных и хозяйственных условиях опытный образец высоковольтного импульсного культиватора.

Высоковольтный импульсный источник питания, применённый в опытном образце культиватора, состоит из шести модулей с параметрами:

-         выходное напряжение – 10-30 кВ;

-         частота следования разрядов – 800¸1200 Гц;

-         фронт импульса – не более 0,5¸1 мкс;

-         длительность импульса – 50-100 мкс;

-         энергия в импульсе – 0,4¸10 Дж.

-          

Производственные испытания высоковольтного источника питания показали высокую эффективность его работы. Уничтожение сорняков, не достигших фазы старения, составило 93,5–96,4 %.

Дальнейшая модернизация электроимпульсного электрокультиватора произведена в целях воздействий на сорные растения высокочастотных высоковольтных электрических импульсов на выходе генератора резонансной системы электропередачи электроэнергии. Для этого применяется однопроводниковый волноводный кабель.

Применение резонансной системы характеризуется существенным снижением потерь электроэнергии в передающей линии, уменьшением габаритных размеров и массы системы в целом.

Макет установки и общий вид сорных растений показаны на рис 1 (сорные растения до обработки), рис 2 (сорные растения после обработки), рис 3 (сорные растения спустя четыре дня после обработки).

 

Разработанный генератор (рис. 1,2) предполагается использовать в качестве экспериментального источника питания для отработки схем и исследования режимов работы резонансных электрических систем, а именно:

 - разработка методов увеличения передаваемой мощности;

- экспериментальное исследование режимов работы генераторов переменного тока повышенной частоты при работе с трехфазной резонансной сетью;

 - экспериментальное исследование работы генераторов переменного тока повышенной частоты при работе инвертора, нагруженного на последовательные или параллельные резонансные нагрузки;

- отработка методов конструирования инверторных мостов с точки зрения оптимизации температурных режимов;

 - отработка методов и макетирование программ управления силовыми ключами генератора при синтезе систем беспроводного резонансного электропитания с бесконтактной коммутацией энергопотребителей;

 

-наработка экспериментального материала с целью формирования перечня практических рекомендаций для создания надежного, не нуждающегося в сложном регламентном обслуживании оборудования для резонансных энергосистем.

 

Рис. 1. Размещение силовых элементов в генераторе

 

 

Рис. 3. Блок-схема электрических соединений компонентов генератора

 

Испытания проводили следующим образом: Вырезали не разрушенные пласты почвы вместе с сорняками и помещали их в ящик в испытательном зале. Заземленный электрод находился в почве на дне ящика, а высоковольтный касался верхушек сорных растений. Обработки подвергались осот, одуванчик, шандра обыкновенная и др. Высокое  напряжение синусоидальной формы через высоковольтный электрод подавалось непосредственно на верхние части растений.

Параметры обработки:

-частота -20 кГц,

-амплитуда напряжения 10 кВ.

- время обработки каждого растения -0,5-1,0 сек.

 

Сорные растения сразу после обработки теряли тургор и увядали. Через несколько дней растения засохли и больше не восстанавливались. Корневая система также была повреждена и корни загнивали.

 

Рис.1 Сорные растения до обработки

 

 

Рис.2 Общий вид сорных растений сразу после обработки.

 

 

Рис.3 Общий вид сорных растений через 4 дня после обработки.

 

Испытания показали, что применение резонансных систем в технологиях уничтожения сорняков электрическими импульсами высокого напряжения повышенной частоты характеризуется конкурентоспособными технико-экономическими показателями и имеет широкие перспективы применения в сельском хозяйстве при производстве экологически чистой продукции.