Dielektriskā apkure

Kas ir dielektriskā apkure

Dielektriskā karsēšana attiecas uz dielektriķu un pusvadītāju sildīšanu mainīgā elektriskajā laukā, kura ietekmē tiek polarizēts sakarsētais materiāls. Polarizācija ir saistīto lādiņu pārvietošanas process, kas noved pie elektriskā momenta parādīšanās katrā makroskopiskā tilpuma elementā.

Polarizāciju iedala elastīgajā un relaksācijā: elastīgā (bez inerces) nosaka elektriskā lauka enerģiju, bet relaksācija (inerciālā) nosaka siltumu, kas izdalās karsētajā materiālā. Relaksācijas polarizācijā ar ārēju elektrisko lauku tiek veikts darbs, lai pārvarētu atomu, molekulu, lādētu kompleksu iekšējo saišu ("berzes") spēkus. Puse no šī darba tiek pārvērsta siltumā.

Dielektrikā izdalītā jauda parasti tiek attiecināta uz tilpuma vienību un tiek aprēķināta pēc formulas

kur γ ir materiāla kompleksā konjugētā vadītspēja, EM ir elektriskā lauka stiprums materiālā.

Sarežģīta vadīšana

Šeit εr ir kopējā kompleksā dielektriskā konstante.

ε' reālā daļa, ko sauc par dielektrisko konstanti, ietekmē enerģijas daudzumu, ko var uzglabāt materiālā. ε « iedomātā daļa, ko sauc par zudumu koeficientu, ir materiālā izkliedētās enerģijas (siltuma) mērs.

Zaudējuma koeficients ņem vērā enerģiju, kas izkliedēta materiālā gan polarizācijas, gan noplūdes strāvu dēļ.

Praksē aprēķinos tiek izmantota vērtība, ko sauc par zaudējuma leņķa tangensu:

Zaudējuma leņķa tangenss nosaka apkurei iztērētās enerģijas attiecību pret elektromagnētisko svārstību uzkrāto enerģiju.

Ņemot vērā iepriekš minēto, tilpuma īpatnējā aktīvā jauda, ​​W / m3:

vai

Tādējādi īpatnējā tilpuma jauda ir proporcionāla elektriskā lauka intensitātes kvadrātam karsētajā materiālā, frekvencei un zudumu koeficientam.

Elektriskā lauka stiprums apsildāmajā materiālā ir atkarīgs no pielietotā sprieguma, dielektriskās konstantes ε ', elektrodu, kas veido lauku, atrašanās vietas un formas. Dažiem praksē izplatītākajiem gadījumiem, elektrodu atrašanās vietu, elektriskā lauka stiprumu aprēķina pēc 1. attēlā parādītajām formulām.

Rīsi. 1. Elektriskā lauka stipruma aprēķinam: a — cilindrisks kondensators, b — plakans vienslāņa kondensators, c, d — plakans daudzslāņu kondensators ar materiālu slāņu izvietojumu attiecīgi šķērsvirzienā un gar elektrisko lauku. .

Jāņem vērā, ka Em ierobežojošo maksimālo vērtību ierobežo apsildāmā materiāla elektriskā izturība. Spriegums nedrīkst pārsniegt pusi no pārrāvuma sprieguma.Graudu un dārzeņu kultūru sēklu jauda tiek ņemta diapazonā (5 … 10) 103 V / m, koksnei - (5 ... 40) 103 V / m, polivinilhlorīdam - (1 ... 10 ) 105 V / m.

Zaudējumu koeficients ε « ir atkarīgs no materiāla ķīmiskā sastāva un struktūras, tā temperatūras un mitruma satura, no elektriskā lauka biežuma un stipruma materiālā.

Materiālu dielektriskās sildīšanas īpašības

Dielektriskā apkure tiek izmantota dažādās nozarēs un lauksaimniecībā.

Dielektriskās sildīšanas galvenie raksturlielumi ir šādi.

1. Pašā sakarsētajā materiālā izdalās siltums, kas dod iespēju desmitiem un simtiem reižu paātrināt uzsilšanu (salīdzinājumā ar konvektīvo sildīšanu) Īpaši tas ir jūtams materiāliem ar zemu siltumvadītspēju (koksne, graudi, plastmasa u.c.). ).

2. Dielektriskā karsēšana ir selektīva: nehomogēna materiāla katras sastāvdaļas īpatnējā tilpuma jauda un attiecīgi temperatūra ir atšķirīga. Šo funkciju izmanto lauksaimniecībā, piemēram, graudu dezinficēšanai un zīdtārpiņu kodināšanai,

3. Dielektriskās žāvēšanas laikā materiāla iekšienē izdalās siltums un tāpēc temperatūra centrā ir augstāka nekā perifērijā. Mitrums materiāla iekšpusē pārvietojas no mitra uz sausu un no karsta uz aukstu. Tātad konvektīvās žāvēšanas laikā materiāla iekšpusē temperatūra ir zemāka nekā perifērijā, un mitruma plūsma temperatūras gradienta dēļ neļauj mitrumam pārvietoties uz virsmu. Tas ievērojami samazina konvektīvās žāvēšanas efektivitāti. Dielektriskajā žāvēšanas laikā mitruma plūsmas temperatūras starpības un mitruma satura dēļ sakrīt.Šī ir galvenā dielektriskās žāvēšanas priekšrocība.

4. Sildot un žāvējot elektriskajā laukā ar augstu frekvenci, samazinās zudumu koeficients un attiecīgi arī siltuma plūsmas jauda. Lai saglabātu jaudu vajadzīgajā līmenī, jāmaina kondensatoram piegādātā frekvence vai spriegums.

Dielektriskās apkures iekārtas

Nozare ražo gan specializētas augstfrekvences iekārtas, kas paredzētas viena vai vairāku veidu produktu termiskai apstrādei, gan arī vispārējai lietošanai paredzētas iekārtas. Neskatoties uz šīm atšķirībām, visām augstfrekvences instalācijām ir vienāda konstrukcijas shēma (2. att.).

Materiāls tiek uzkarsēts augstfrekvences ierīces darba kondensatorā 1. Augstfrekvences spriegums tiek piegādāts darba kondensatoram caur starpposma svārstību ķēžu bloku 2, kas paredzēts jaudas regulēšanai un ģeneratora regulēšanai 3. Lampas ģenerators pārveido tiešspriegums, kas saņemts no pusvadītāju taisngrieža 4, augstfrekvences maiņspriegumā. Tajā pašā laikā vismaz 20 ... 40% no visas enerģijas, kas saņemta no taisngrieža, tiek iztērēta lampas ģeneratorā.

Lielākā daļa enerģijas tiek zaudēta pie lampas anoda, kas jāatdzesē ar ūdeni. Lampas anods tiek piegādāts attiecībā pret zemi 5 … 15 kV, tāpēc dzesēšanas ūdens izolētās padeves sistēma ir ļoti sarežģīta. Transformators 5 ir paredzēts, lai palielinātu tīkla spriegumu līdz 6 ... 10 kV un atvienotu vadošo savienojumu starp ģeneratoru un elektrisko tīklu. 6. bloku izmanto, lai ieslēgtu un izslēgtu instalāciju, secīgi veiktu tehnoloģiskās darbības un aizsargātu pret avārijas režīmiem.

Dielektriskās apkures iekārtas atšķiras viena no otras ar ģeneratora jaudu un frekvenci, palīgiekārtu konstrukciju, kas paredzētas apstrādātā materiāla pārvietošanai un noturēšanai, kā arī mehāniskai ietekmei uz to.

Rīsi. 2. Augstfrekvences instalācijas blokshēma: 1 — augstfrekvences iekārta ar slodzes kondensatoru, 2 — starpposma svārstību ķēžu bloks ar jaudas regulatoru, kapacitātes un induktivitātes apgriešana, 3 — lampas ģenerators ar anodu un tīkla atdalīšanu. ķēdes, 4 — pusvadītāju taisngriezis: 5 — pakāpju transformators, c — bloks, kas aizsargā iekārtu no neparastiem darbības režīmiem.

Nozare ražo lielu skaitu augstfrekvences iekārtu dažādiem mērķiem. Produktu termiskai apstrādei tiek izmantoti sērijveida augstfrekvences ģeneratori, kuriem tiek ražotas specializētas ierīces.

Ģeneratora izvēle apkurei ar dielektriķi ir atkarīga no tā jaudas un frekvences noteikšanas.

Augstfrekvences ģeneratora svārstību jaudai Pg jābūt lielākai par siltuma plūsmu Ф, kas nepieciešama materiāla termiskai apstrādei, pēc zudumiem darba kondensatorā un starpposma svārstību ķēžu blokā:

kur ηk ir darba kondensatora lietderības koeficients atkarībā no siltuma pārneses virsmas laukuma, siltuma pārneses koeficienta un temperatūras starpības starp materiālu un vidi ηk = 0,8 ... 0,9, ηe ir elektriskā lietderības koeficients svārstību ķēde ηe = 0,65 ... 0 , 7, ηl — efektivitāte, ņemot vērā zudumus augstfrekvences savienojošos vados ηl = 0,9 … 0,95.

Ģeneratora patērētā jauda no tīkla:

Šeit ηg ir ģeneratora efektivitāte ηg = 0,65 … 0,85.

Augstfrekvences iekārtas kopējo efektivitāti nosaka visu tās vienību efektivitātes reizinājums, un tā ir vienāda ar 0,3 ... ... 0,5.

Tik zema efektivitāte ir svarīgs faktors, kas neļauj plaši izmantot dielektrisko apkuri lauksaimnieciskajā ražošanā.

Augstfrekvences iekārtu energoefektivitāti var uzlabot, izmantojot ģeneratora izkliedēto siltumu.

Strāvas frekvence, sildot dielektriķus un pusvadītājus, tiek izvēlēta, pamatojoties uz nepieciešamo siltuma plūsmu F. Lauksaimniecības produktu termiskajā apstrādē īpatnējo tilpuma plūsmu ierobežo pieļaujamais karsēšanas un žāvēšanas ātrums. No spēku līdzsvara darba kondensatorā, kas mums ir

kur V ir apsildāmā materiāla tilpums, m3.

Minimālā biežums, kādā tehnoloģiskais process notiek noteiktā ātrumā:

kur Emax ir materiāla maksimālā pieļaujamā elektriskā lauka intensitāte, V / m.

Palielinoties frekvencei, Em samazinās un līdz ar to palielinās tehnoloģiskā procesa uzticamība. Tomēr biežuma palielināšanai ir daži ierobežojumi. Ir nepraktiski palielināt biežumu, ja zaudējumu attiecība strauji samazinās. Tāpat, palielinoties frekvencei, kļūst arvien grūtāk saskaņot slodzes un ģeneratora parametrus. Maksimālā frekvence, Hz, kādā tiek nodrošināta šī vienošanās:

kur L un C ir minimālās iespējamās slodzes ķēdes ar darba kondensatoru induktivitātes un kapacitātes ekvivalentās vērtības.

Ar lieliem darba kondensatora lineārajiem izmēriem frekvences palielināšanās var izraisīt nevienmērīgu sprieguma sadalījumu uz elektrodu un līdz ar to nevienmērīgu sildīšanu. Maksimālā pieļaujamā frekvence, Hz, šim nosacījumam

kur l ir darba kondensatora lielākais plāksnes izmērs, m.