Pag-init ng dielectric

Ano ang dielectric heating

Ang dielectric heating ay tumutukoy sa pag-init ng mga dielectric at semiconductors sa isang alternating electric field sa ilalim ng impluwensya kung saan ang pinainit na materyal ay polarized. Ang polarization ay isang proseso ng paglilipat ng mga nauugnay na singil, na humahantong sa paglitaw ng isang electric moment sa bawat macroscopic volume element.

Ang polariseysyon ay nahahati sa elastic at relaxation: ang elastic (walang inertia) ay tumutukoy sa enerhiya ng electric field, at ang relaxation (inertial) ay tumutukoy sa init na inilabas sa pinainit na materyal. Sa relaxation polarization sa pamamagitan ng isang panlabas na electric field, ang trabaho ay ginagawa upang madaig ang mga puwersa ng panloob na mga bono ("friction") ng mga atomo, molekula, sisingilin na mga complex. Ang kalahati ng gawaing ito ay na-convert sa init.

Ang kapangyarihan na inilabas sa isang dielectric ay karaniwang tinutukoy sa isang yunit ng lakas ng tunog at kinakalkula ng formula

kung saan ang γ ay ang kumplikadong conjugate conductance ng materyal, ang EM ay ang lakas ng electric field sa materyal.

Kumplikadong pagpapadaloy

Dito, ang εr ay ang kabuuang kumplikadong dielectric na pare-pareho.

Ang tunay na bahagi ng ε', na tinatawag na dielectric constant, ay nakakaapekto sa dami ng enerhiya na maaaring maimbak sa isang materyal. Ang haka-haka na bahagi ng ε «, na tinatawag na loss factor, ay isang sukatan ng enerhiya (init) na nawala sa materyal.

Isinasaalang-alang ng loss factor ang enerhiya na nawala sa materyal dahil sa parehong polarization at leakage currents.

Sa pagsasagawa, ang mga kalkulasyon ay gumagamit ng isang halaga na tinatawag na loss angle tangent:

Tinutukoy ng tangent ng anggulo ng pagkawala ang ratio ng enerhiya na ginugol sa pag-init sa naka-imbak na enerhiya ng mga electromagnetic oscillations.

Isinasaalang-alang ang nasa itaas, ang volumetric na tiyak na aktibong kapangyarihan, W / m3:

o

Kaya, ang tiyak na lakas ng lakas ng tunog ay proporsyonal sa parisukat ng lakas ng patlang ng kuryente sa pinainit na materyal, ang dalas at ang kadahilanan ng pagkawala.

Ang lakas ng electric field sa pinainit na materyal ay nakasalalay sa inilapat na boltahe, ang dielectric constant ε ', ang lokasyon at hugis ng mga electrodes na bumubuo sa field. Para sa ilan sa mga pinakakaraniwang kaso sa pagsasanay, ang lokasyon ng mga electrodes, ang lakas ng electric field ay kinakalkula ng mga formula na ipinapakita sa Figure 1.

kanin. 1. Sa pagkalkula ng lakas ng electric field: a - cylindrical capacitor, b - flat single-layer capacitor, c, d - flat multilayer capacitor na may pag-aayos ng mga layer ng mga materyales, ayon sa pagkakabanggit, sa transverse at kasama ang electric field .

Dapat tandaan na ang limitasyon ng maximum na halaga ng Em ay limitado sa pamamagitan ng lakas ng kuryente ng pinainit na materyal. Ang boltahe ay hindi dapat lumampas sa kalahati ng breakdown boltahe.Ang kapasidad para sa mga buto ng mga pananim na butil at gulay ay kinukuha sa hanay (5 … 10) 103 V / m, para sa kahoy — (5 … 40) 103 V / m, polyvinyl chloride — (1 … 10 ) 105 V / m.

Ang koepisyent ng pagkawala ε « ay nakasalalay sa komposisyon ng kemikal at istraktura ng materyal, ang temperatura at nilalaman ng kahalumigmigan nito, sa dalas at lakas ng electric field sa materyal.

Mga katangian ng dielectric heating ng mga materyales

Ang dielectric heating ay ginagamit sa iba't ibang industriya at agrikultura.

Ang mga pangunahing katangian ng dielectric heating ay ang mga sumusunod.

1. Ang init ay inilabas sa mismong pinainit na materyal, na ginagawang posible upang mapabilis ang pag-init ng sampu at daan-daang beses (kumpara sa convective heating) Ito ay lalong kapansin-pansin para sa mga materyales na may mababang thermal conductivity (kahoy, butil, plastik, atbp. ).

2. Ang dielectric heating ay pumipili: ang tiyak na volumetric power at, nang naaayon, ang temperatura ng bawat bahagi ng isang hindi magkakatulad na materyal ay iba. Ginagamit ang function na ito sa agrikultura, halimbawa sa pagdidisimpekta ng butil at pag-aatsara ng mga uod,

3. Sa panahon ng dielectric drying, inilalabas ang init sa loob ng materyal at samakatuwid ang temperatura sa gitna ay mas mataas kaysa sa paligid. Ang kahalumigmigan sa loob ng materyal ay gumagalaw mula sa basa hanggang sa tuyo at mula sa mainit hanggang sa malamig. Kaya, sa panahon ng convective drying, ang temperatura sa loob ng materyal ay mas mababa kaysa sa paligid, at ang daloy ng kahalumigmigan dahil sa gradient ng temperatura ay pumipigil sa kahalumigmigan mula sa paglipat sa ibabaw. Lubos nitong binabawasan ang bisa ng convective drying. Sa dielectric drying, ang moisture fluxes dahil sa pagkakaiba ng temperatura at ang moisture content ay nag-tutugma.Ito ang pangunahing bentahe ng dielectric drying.

4. Kapag nagpainit at nagpapatuyo sa isang electric field na may mataas na dalas, ang pagkawala ng koepisyent ay bumababa at, nang naaayon, ang kapangyarihan ng daloy ng init. Upang mapanatili ang kapangyarihan sa kinakailangang antas, kailangan mong baguhin ang dalas o boltahe na ibinibigay sa kapasitor.

Mga pag-install ng dielectric heating

Ang industriya ay gumagawa ng parehong espesyal na mga pag-install na may mataas na dalas na inilaan para sa paggamot ng init ng isa o ilang mga uri ng mga produkto, pati na rin ang mga pag-install para sa pangkalahatang paggamit. Sa kabila ng mga pagkakaibang ito, ang lahat ng mga high-frequency na pag-install ay may parehong structural diagram (Larawan 2).

Ang materyal ay pinainit sa working capacitor ng high-frequency device 1. Ang high-frequency na boltahe ay ibinibigay sa working capacitor sa pamamagitan ng block ng intermediate oscillating circuits 2, na idinisenyo para sa power regulation at generator regulation 3. Ang lamp generator ay nagko-convert ng direktang boltahe na natanggap mula sa semiconductor rectifier 4, sa mataas na dalas na alternating boltahe. Kasabay nito, hindi bababa sa 20 ... 40% ng lahat ng enerhiya na natanggap mula sa rectifier ay ginugol sa generator ng lampara.

Karamihan sa enerhiya ay nawawala sa anode ng lampara, na dapat palamigin ng tubig. Ang anode ng lamp ay ibinibigay na may paggalang sa lupa 5 ... 15 kV, samakatuwid ang sistema ng nakahiwalay na supply ng paglamig ng tubig ay napaka-kumplikado. Ang Transformer 5 ay idinisenyo upang mapataas ang boltahe ng network sa 6 ... 10 kV at idiskonekta ang kondaktibong koneksyon sa pagitan ng generator at ng de-koryenteng network. Ginagamit ang Block 6 para i-on at i-off ang pag-install, sunud-sunod na magsagawa ng mga teknolohikal na operasyon at protektahan laban sa mga emergency mode.

Ang mga pag-install ng dielectric heating ay naiiba sa bawat isa sa kapangyarihan at dalas ng generator, sa pagtatayo ng mga pantulong na kagamitan na idinisenyo para sa paglipat at paghawak ng naprosesong materyal, pati na rin para sa mekanikal na epekto dito.

kanin. 2. Block diagram ng high-frequency installation: 1 — high-frequency device na may load capacitor, 2 — isang bloke ng intermediate oscillating circuits na may power regulator, trimming capacitances at inductances, 3 — lamp generator na may paghihiwalay ng anodes at network circuits, 4 — semiconductor rectifier : 5 — step-up transpormer, c — block na nagpoprotekta sa pag-install mula sa abnormal na mga operating mode.

Ang industriya ay gumagawa ng isang malaking bilang ng mga high-frequency na pag-install para sa iba't ibang layunin. Para sa paggamot ng init ng mga produkto, ginagamit ang mga serial high-frequency generator, kung saan ginawa ang mga espesyal na aparato.

Ang pagpili ng generator para sa pagpainit na may dielectric ay bumababa sa pagtukoy ng kapangyarihan at dalas nito.

Ang oscillating power Pg ng high-frequency generator ay dapat na mas malaki kaysa sa daloy ng init Ф kinakailangan para sa heat treatment ng materyal sa pamamagitan ng halaga ng mga pagkalugi sa working capacitor at ang block ng intermediate oscillating circuits:

kung saan ang ηk ay ang kahusayan ng gumaganang kapasitor, depende sa lugar ng ibabaw ng paglipat ng init, ang koepisyent ng paglipat ng init at ang pagkakaiba sa temperatura sa pagitan ng materyal at ang daluyan ηk = 0.8 ... 0.9, ηe ay ang kahusayan ng kuryente ng ang oscillating circuit ηe = 0.65 ... 0 , 7, ηl — kahusayan, isinasaalang-alang ang mga pagkalugi sa high-frequency connecting wires ηl = 0.9 … 0.95.

Power na natupok ng generator mula sa grid:

Narito ang ηg ay ang generator efficiency ηg = 0.65 … 0.85.

Ang kabuuang kahusayan ng isang high-frequency na pag-install ay tinutukoy ng produkto ng kahusayan ng lahat ng mga yunit nito at katumbas ng 0.3 ... ... 0.5.

Ang ganitong mababang kahusayan ay isang mahalagang kadahilanan na pumipigil sa malawakang paggamit ng dielectric heating sa produksyon ng agrikultura.

Ang pagganap ng enerhiya ng mga high frequency installation ay maaaring mapabuti sa pamamagitan ng paggamit ng init na naalis ng generator.

Ang dalas ng kasalukuyang kapag ang pag-init ng mga dielectric at semiconductors ay pinili batay sa kinakailangang daloy ng init F. Sa paggamot ng init ng mga produktong agrikultura, ang tiyak na daloy ng dami ay limitado sa pinahihintulutang rate ng pagpainit at pagpapatayo. Mula sa balanse ng mga puwersa sa kapasitor ng trabaho na mayroon kami

kung saan ang V ay ang dami ng pinainit na materyal, m3.

Ang pinakamababang dalas kung saan nagaganap ang teknolohikal na proseso sa isang naibigay na bilis:

kung saan ang Emax ay ang pinakamataas na pinahihintulutang lakas ng electric field sa materyal, V / m.

Habang tumataas ang dalas, bumababa ang Em at samakatuwid ay tumataas ang pagiging maaasahan ng proseso ng teknolohiya. Gayunpaman, may ilang mga limitasyon sa pagtaas ng dalas. Ito ay hindi praktikal na dagdagan ang dalas kung ang ratio ng pagkawala ay bumaba nang husto. Gayundin, habang tumataas ang dalas, lalong nagiging mahirap na tumugma sa mga parameter ng pagkarga at generator. Pinakamataas na dalas, Hz, kung saan ibinigay ang kasunduang ito:

kung saan ang L at C ay ang pinakamababang posibleng katumbas na halaga ng inductance at capacitance ng load circuit na may working capacitor.

Sa malalaking linear na sukat ng gumaganang kapasitor, ang pagtaas ng dalas ay maaaring humantong sa isang hindi pantay na pamamahagi ng boltahe sa elektrod at, samakatuwid, sa hindi pantay na pag-init. Ang maximum na pinapahintulutang dalas, Hz, para sa kundisyong ito

kung saan ang l ay ang pinakamalaking laki ng plato ng gumaganang kapasitor, m.