Электрическая изгородь

Более века тому назад было обнаружено, что с помощью безвредного удара электрическим током можно удерживать домашних животных в загоне. Фермеры и скотоводы нашли этому открытию хорошее применение. Благодаря высоковольтному проводу, проложенному вдоль периметра загона, стало возможным, не прибегая к дорогостоящей прочной изгороди, ограничить свободу передвижения животных.

К сожалению, очень часто в местах расположения животноводческих ферм отсутствует централизованное снабжение электроэнергией, необходимой для питания электрической изгороди. В последнее время для решения этой проблемы прибегают к использованию аккумуляторов. Но аккумуляторные батареи нуждаются в периодаческом обслуживании и подзарядке, что делает все устройство весьма громоздким.

Впрочем не стоит волноваться. На помощь пришла солнечная энергия. После установки небольшой фотоэлектрической батареи отпадает необходимость в смене или подзарядке аккумуляторных батарей. Для электрической изгороди требуется всего лишь маломощный источник питания, что делает использование подобной изгороди более практичным. Зарядное устройство функционирует на основе автомобильной катушки зажигания.

Катушка работает в основном на том же принципе, что и в системе зажигания автомобиля. Когда контакты прерывателя (в нашем случае контакты реле замыкаются, через первичную обмотку катушки зажигания начинает течь ток, вызывающий увеличение магнитного поля в сердечнике катушки

При размыкании контактов ток прекращается и магнитное поле начинает спадать. Изменяющееся магнитное поле вызывает появление напряжения во вторичной обмотке катушки. Поскольку отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной об* мотки очень велико, индуцируемое напряжение также очень велико, точнее 25 кВ. Такого потенциала вполне достаточно, чтобы отпугнуть любых, даже агрессивных животных.

Реле включается транзистором Q1 на короткий период времени (около 15 мс). В течение этого короткого интервала через катушку протекает ток, создающий магнитное поле в сердечнике. Длительность включенного состояния реле задается ждущим мультивибратором, собранным на логических элементах КМОП-структуры, постоянная времени замкнутого состояния определяется величинами С2 и R3. Запуск осуществляется автоколебательным мультивибратором, собранным на двух оставшихся элементах ІС1А и /С1В КМОП-структуры. По сути дела этот генератор определяет количество импульсов в минуту подобно прерывателю автомобиля. Период следования импульсов регулируется резистором ѴR1 в пределах 80—64 имп/мин.

Последний мультивибратор также определяет продолжительность рабочего цикла зарядного устройства. При самой высокой частоте (64 имп/мин) рабочий цикл занимает 1,6% всего периода работы устройства, при низкой частоте (30 имп/мин) — 0,75%. Благодаря подобной комбинации короткого рабочего цикла и использованию элементов КМОП-структуры устройство электрической изгороди потребляет очень мало электроэнергии.

Схема электрической изгороди для простоты выполнена с применением печатного монтажа. Хотя схема в общем не обладает какими-либо особенностями при монтаже, следует проявлять определенную осторожность, работая с КМОП-элементами.

КМОП-элементы очень чувствительны к воздействию статического электричества и требуют аккуратного обращения. Лучше всего сначала закрепить на плате все элементы, а затем уже аккуратно вставить интегральную микросхему и припаять ее паяльником с заземленным жалом. Микросхема, даже после установки на плату, весьма чувствительна к электрическим наводкам и помехам. Таким образом, катушку зажигания необходимо разместить как можно дальше от платы. Высоковольтный провод ни в коем случае не должен проходить вблизи платы!

Выбирая катушку зажигания для схемы, помните, что подойдет лишь обычная автомобильная катушка. Современные катушки для электронных транзисторных схем зажигания в упомянутых условиях будут сильно искрить в нашей схеме. Можно взять любую катушку от старой модели автомобиля, однако необходимо знать некоторые различия между разными типами катушек.

Некоторые катушки (например, от автомобиля Фольксваген) при включении дают мощный импульс тока. Подобные импульсы снижают срок службы контактов реле. Подобрать силу тока через контакты, отвечающую паспортной величине, можно с помощью резистора R4, ограничивающего ток через первичную обмотку катушки зажигания.

Для продления срока службы реле следует использовать конденсатор, которым комплектуется катушка зажигания. Если он у вас есть, поставьте его в схему вместо конденсатора СЗ. Этот конденсатор уменьшает искрение между контактами реле в момент разрыва электрической цепи.

Рис. 1

Подавление высоковольтного импульса, возникающего в первичной обмотке, продлевает срок службы контактов. Кроме того, конденсатор и катушка образуют нечто вроде колебательного контура, затухающие колебания которого вызывают увеличение высокого напряжения на вторичной обмотке катушки.

Можно поискать высококачественные катушки, развивающие на вторичной обмотке большее напряжение по сравнению со стандартной катушкой. Тем не менее из опыта следует, что можно достичь хороших результатов, применив обычную катушку.

Теперь мы приблизились к той части конструкции, которая касается солнечной батареи. Как вы видели, были предприняты определенные усилия, чтобы свести к минимуму потребляемую схемой энергию. Это снижает требования к необходимой мощности солнечной батареи.

Первичным источником энергии в устройстве питания, подключаемого к проволочной изгороди, является герметичная свинцовокислотная аккумуляторная батарея, называемая гельным элементом. По характеристикам она идентична обычной свинцово-кислотной батарее с жидким электролитом, используемой в автомобилях. В отличие от обычных свинцово-кислотных элементов гельные элементы не нуждаются в уходе и могут устанавливаться в любом положении.

Батарея типа Powersonic PS-1260 или подобная ей имеет небольшие габариты (І5Х6Х 10 см3) и помещается в одном корпусе с электронной схемой. Для подзарядки аккумуляторов необходима солнечная батарея, которая должна развивать напряжение 12 В при токе 250 мА. В продаже имеется несколько типов батарей, удовлетворяющих этим условиям. При самостоятельном изготовлении солнечной батареи можно использовать расколотые на четыре части элементы диаметром 7,5 см.

Рис. 2

Рис. 3

В гл. 1 описано, как разделить солнечный элемент на 4 части. Чтобы получить напряжение, достаточное для заряда аккумуляторной батареи, потребуется соединить последовательно 35 таких «четвертушек».

Солнечная батарея такого размера будет генерировать около 3,6 Вт. Это соответствует в среднем 22 Вт в день или 1,6 А -ч. В нормальных условиях гельный элемент емкостью 6 А-ч способен снабдить энергией схему без подзаряда от солнечной батареи в течение около 10 дней в зависимости от частоты генерации высоковольтных импульсов, температуры батареи и т. д.

Для защиты аккумулятора от перезаряда необходим регулятор заряда. Для этой цели вполне подойдет регулятор, описанный в гл. 6. Используйте маломощный транзисторный вариант. Установка высоковольтного устройства для изгороди весьма проста. По всему периметру изгороди натяните проволоку, на которую затем будет подано высокое напряжение. Эта проволока, конечно, должна быть изолирована от земли. Для этой цели подходят керамические изоляторы, которые имеются в продаже в большинстве хозяйственных магазинов. Вместо них можно использовать горлышки от стеклянных бутылок.

Рис. 4

Высота подвески проволоки зависит от вида животных, содержащихся в загоне. Для коров и лошадей, как показывает опыт, необходимо установить проволоку на уровне груди. Частота импульсов также определяется видом животных. Во многих случаях для животных, помещенных в новый загон, требуется использовать высокую частоту. После периода «привыкания» животных к неволе частоту можно снизить.

Проволока присоединяется к высоковольтному выводу катушки зажигания. Надежным заземлением служат металлический штырь, воткнутый во влажную почву, или водопроводные трубы, проложенные в земле. Категорически запрещается для этой цели использовать газовые трубы.

Теперь подключите аккумулятры, установите частоту импульсов, направьте солнечную батарею на юг — и получилась электрическая изгородь!

Список деталей

Резисторы

R1—47 кОм

R2—22 кОм

R3— 1 МОм

R4—5 Ом, 1 Вт

ѴR1—50 кОм, переменное сопротивление

Конденсаторы

С1—4,7 мкф, 35 В

С2—0,02 мкф

СЗ—220 мкФ, 16 В

С4—220 мкф, 16 В

С5—0,001 мкФ

Полупроводники

D1 — 1N4002

IC1—CD4001, логический элемент И-НЕ

СД1 — светодиод

Q1—2N2222

Остальные детали

RL1 — реле

35 солнечных элементов, 250 мА

Катушка зажигания (см. текст)

Гельный элемент, 12В, 6А-ч (Ро-wersonic PS-1260)

Литература: Байерс Т. 20 конструкций с солнечными элементами: Пер. с англ.— М.: Мир, 1988 год.