Pisikal na batayan ng mga pamamaraan para sa mataas na dalas ng pag-init ng mga dielectric (dielectric drying)
Sa mga prosesong pang-industriya na teknolohikal, madalas na kinakailangan upang magpainit ng mga materyales na kabilang sa pangkat ng mga dielectric at semiconductors. Ang mga karaniwang kinatawan ng naturang mga materyales ay iba't ibang uri ng goma, kahoy, tela, plastik, papel, atbp.
Para sa electric heating ng naturang mga materyales, ginagamit ang mga pag-install na gumagamit ng kakayahan ng dielectrics at semiconductors upang sakupin kapag nakalantad sa isang alternating electric field.
Ang pag-init ay nangyayari dahil sa kasong ito ang bahagi ng enerhiya ng electric field ay hindi na mababawi, na nagiging init (dielectric heating).
Mula sa isang pisikal na pananaw, ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pagkonsumo ng enerhiya ng pag-aalis mga singil sa kuryente sa mga atomo at molekula, na sanhi ng pagkilos ng isang alternating electric field.
Dahil sa sabay-sabay na pag-init ng buong dami ng produkto pag-init ng dielectric lalo na inirerekomenda para sa mga aplikasyon na nangangailangan ng pantay at banayad na pagpapatayo.Ang solusyon na ito ay pinakaangkop para sa pagpapatuyo ng mga produktong sensitibo sa init sa mga industriya ng pagkain, pang-industriya at medikal upang mapanatili ang lahat ng kanilang mga ari-arian.
Mahalagang tandaan na ang epekto ng isang electric field sa isang dielectric o semiconductor ay nangyayari kahit na walang direktang electrical contact sa pagitan ng mga electrodes at ng materyal. Kinakailangan lamang na ang materyal ay nasa lugar ng electric field na kumikilos sa pagitan ng mga electrodes.
Ang paggamit ng mga high-frequency electric field para magpainit ng mga dielectric ay iminungkahi noong 1930s. Halimbawa, ang US Patent 2,147,689 (na isinampa sa Bell Telephone Laboratories noong 1937) ay nagsasaad: "Ang kasalukuyang imbensyon ay nauugnay sa isang heating device para sa dielectrics, at ang layunin ng kasalukuyang imbensyon ay ang magpainit ng mga naturang materyales nang pantay-pantay at makabuluhang sabay-sabay."
Ang pinakasimpleng diagram ng isang aparato para sa pagpainit na may isang dielectric sa anyo ng dalawang flat electrodes kung saan ang isang alternating boltahe ay inilapat at isang pinainit na materyal na inilagay sa pagitan ng mga electrodes ay ipinapakita sa figure.
Dielectric heating circuit
Ang diagram na ipinakita ay electric kapasitor, kung saan ang pinainit na materyal ay kumikilos bilang isang insulator sa pagitan ng mga plato.
Ang dami ng enerhiya na hinihigop ng aktibong sangkap na materyal ng kapangyarihan ay tinutukoy at matatagpuan sa sumusunod na ratio:
P = USe·I becausephi = USe2·w C tg delta,
kung saan UTo - boltahe sa mga plato ng kapasitor; Ang C ay ang kapasidad ng kapasitor; tg delta — dielectric loss angle.
Injection delta (anggulo ng dielectric losses) complementary angle fi hanggang 90 ° (fi ay ang displacement angle sa pagitan ng active at reactive power component) at dahil sa lahat ng dielectric heating device ang anggulo ay malapit sa 90 °, maaari nating ipagpalagay na ang cosine phi humigit-kumulang katumbas ng tangent delta.
Para sa isang perpektong lossless capacitor, ang anggulo fi= 90 °, i.e. ang kasalukuyang at boltahe na mga vector ay magkaparehong patayo at ang circuit ay may purong reaktibong kapangyarihan.
Ang pagkakaroon ng isang dielectric loss angle maliban sa zero ay isang hindi kanais-nais na kababalaghan para sa maginoo na mga capacitor dahil ito ay nagiging sanhi ng pagkalugi ng enerhiya.
Sa mga pag-install ng dielectric heating, tiyak na ang mga pagkalugi na ito ay kumakatawan sa isang kapaki-pakinabang na epekto. Ang pagpapatakbo ng naturang mga pag-install na may loss angle delta = 0 ay hindi posible.
Para sa mga flat parallel electrodes (flat capacitor), ang power per unit volume ng materyal sa pagitan ng mga electrodes ay maaaring kalkulahin ng formula
Py = 0.555·e daTgdelta,
kung saan ang f ay ang dalas, MHz; Ru - tiyak na hinihigop na kapangyarihan, W / cm3, e - lakas ng electric field, kv / cm; Ang da = e / do ay ang relatibong dielectric na pare-pareho ng materyal.
Ito ay YAng paghahambing ay nagpapakita na ang kahusayan ng dielectric heating ay tinutukoy ng:
-
mga parameter ng electric field na nabuo ng pag-install (e at f);
-
elektrikal na katangian ng mga materyales (dielectric loss padaplis at relatibong dielectric na pare-pareho ng materyal).
Tulad ng ipinapakita ng pagsusuri ng formula, ang kahusayan ng pag-install ay tumataas sa pagtaas ng lakas at dalas ng electric field. Sa pagsasagawa, ito ay posible lamang sa loob ng ilang mga limitasyon.
Sa isang dalas na mas mataas kaysa sa 4-5 MHz, ang kahusayan ng kuryente ng high-frequency generator-converter ay bumababa nang husto, kaya ang paggamit ng mas mataas na mga frequency ay lumalabas na hindi kumikita sa ekonomiya.
Ang pinakamataas na halaga ng lakas ng electric field ay tinutukoy ng tinatawag na breakdown field strength para sa bawat partikular na uri ng naprosesong materyal.
Kapag naabot ang lakas ng patlang ng pagkasira, mayroong alinman sa isang lokal na paglabag sa integridad ng materyal, o ang paglitaw ng isang electric arc sa pagitan ng mga electrodes at sa ibabaw ng materyal. Sa pagsasaalang-alang na ito, ang lakas ng larangan ng pagtatrabaho ay dapat palaging mas mababa kaysa sa pagkasira.
Ang mga de-koryenteng katangian ng materyal ay nakasalalay hindi lamang sa pisikal na kalikasan nito, kundi pati na rin sa mga variable na parameter na nagpapakilala sa estado nito - temperatura, halumigmig, presyon, atbp.
Ang mga parameter na ito ay nagbabago sa panahon ng teknolohikal na proseso, na dapat isaalang-alang kapag kinakalkula ang mga dielectric heating device. Tanging sa tamang pagsasaalang-alang ng lahat ng mga salik na ito sa kanilang pakikipag-ugnayan at pagbabago, ang matipid at teknolohikal na kapaki-pakinabang na paggamit ng mga dielectric heating device sa industriya ay masisiguro.
Ang high-frequency glue press ay isang device na gumagamit ng dielectric heating, halimbawa, upang pabilisin ang gluing ng kahoy. Ang aparato mismo ay halos isang regular na pagpindot sa pandikit. Gayunpaman, mayroon din itong mga espesyal na electrodes para sa paglikha ng isang high-frequency electric field sa bahaging idikit. Mabilis na pinapataas ng field (sa loob ng ilang sampu-sampung segundo) ang temperatura ng produkto, kadalasan hanggang 50 — 70 ° C. Ito ay makabuluhang nagpapabilis sa pagpapatuyo ng pandikit.
Hindi tulad ng high-frequency heating, ang microwave heating ay dielectric heating na may frequency na higit sa 100 MHz, at ang mga electromagnetic wave ay maaaring ilabas mula sa isang maliit na emitter at idirekta sa isang bagay sa pamamagitan ng espasyo.
Ang mga modernong microwave oven ay gumagamit ng mga electromagnetic wave sa mas mataas na frequency kaysa sa high frequency heaters. Ang mga karaniwang home microwave ay gumagana sa 2.45 GHz range, ngunit mayroon ding 915 MHz microwaves. Nangangahulugan ito na ang wavelength ng mga radio wave na ginagamit sa pagpainit ng microwave ay mula 0.1 cm hanggang 10 cm.
Ang henerasyon ng mga microwave oscillations sa microwave ovens ay nagaganap may mga magnetron.
Ang bawat dielectric heating installation ay binubuo ng isang frequency converter generator at isang electrothermal device — isang capacitor na may espesyal na hugis na mga plate. Dahil ang dielectric heating ay nangangailangan ng mataas na dalas (mula sa daan-daang kilohertz hanggang sa mga yunit ng megahertz).
Ang pinakamahalagang gawain ng teknolohiya para sa pagpainit ng mga dielectric na materyales na may mataas na dalas na mga alon ay upang matiyak ang kinakailangang mode sa buong proseso ng pagproseso.Ang solusyon sa problemang ito ay kumplikado sa pamamagitan ng katotohanan na ang mga de-koryenteng katangian ng mga materyales ay nagbabago sa panahon ng pagpainit, pagpapatayo o bilang resulta ng iba pang mga pagbabago sa estado ng materyal. Ang kinahinatnan nito ay isang paglabag sa thermal regime ng proseso at isang pagbabago sa mode ng pagpapatakbo ng lamp generator.
Ang parehong mga kadahilanan ay may mahalagang papel. Samakatuwid, kapag ang pagbuo ng isang teknolohiya para sa pagpainit ng mga dielectric na materyales na may mataas na dalas na alon, ang mga katangian ng naprosesong materyal ay dapat na maingat na pag-aralan at ang pagbabago sa mga katangiang ito ay dapat na masuri sa buong teknolohikal na ikot.
Ang dielectric constant ng isang materyal ay nakasalalay sa mga pisikal na katangian nito, temperatura, halumigmig at mga parameter ng electric field. Ang dielectric constant ay kadalasang bumababa habang ang materyal ay natuyo at sa ilang mga kaso ay maaaring magbago ng sampu-sampung beses.
Para sa karamihan ng mga materyales, ang frequency dependence ng dielectric constant ay hindi gaanong binibigkas at dapat isaalang-alang lamang sa ilang mga kaso. Para sa balat, halimbawa, ang pag-asa na ito ay makabuluhan sa rehiyon ng mababang dalas, ngunit habang tumataas ang dalas, nagiging hindi gaanong mahalaga.
Tulad ng nabanggit na, ang dielectric na pare-pareho ng mga materyales ay nakasalalay sa pagbabago ng temperatura na palaging kasama ng mga proseso ng pagpapatayo at pag-init.
Ang tangent ng anggulo ng pagkalugi ng dielectric ay hindi rin nananatiling pare-pareho sa panahon ng pagproseso, at ito ay may makabuluhang epekto sa kurso ng proseso ng teknolohikal, dahil ang delta tangent ay nagpapakilala sa kakayahan ng materyal na sumipsip ng enerhiya ng isang alternating electric field.
Sa isang malaking lawak, ang tangent ng dielectric loss angle ay nakasalalay sa moisture content ng materyal. Para sa ilang mga materyales, ang tangent delta ay nagbabago ng ilang daang beses mula sa paunang halaga nito sa pagtatapos ng proseso ng machining. Kaya, halimbawa, para sa sinulid, kapag ang halumigmig ay nagbabago mula 70 hanggang 8%, ang tangent ng anggulo ng pagsipsip ay bumababa ng 200 beses.
Ang isang mahalagang katangian ng materyal ay pagkasira ng stress ng electric field pinahihintulutan ng materyal na ito.
Ang pagtaas sa lakas ng pagkasira ng electric field ay naglilimita sa posibilidad ng pagtaas ng boltahe sa mga capacitor plate at sa gayon ay tinutukoy ang pinakamataas na limitasyon ng kapangyarihan na maaaring mai-install.
Ang pagtaas sa temperatura at halumigmig ng materyal, pati na rin ang dalas ng electric field, ay humahantong sa pagbawas sa lakas ng breakdown field.
Upang matiyak ang isang paunang natukoy na teknolohikal na mode kahit na may mga pagbabago sa mga de-koryenteng parameter ng materyal sa panahon ng proseso ng pagpapatayo, kinakailangan upang ayusin ang operating mode ng generator. Gamit ang tamang pagbabago sa operating mode ng generator, posible na makamit ang pinakamainam na kondisyon sa buong operating cycle at makamit ang mataas na kahusayan ng pag-install.
Ang disenyo ng gumaganang pampalapot ay tinutukoy ng hugis at sukat ng mga pinainit na bahagi, ang mga katangian ng pinainit na materyal, ang likas na katangian ng teknolohikal na proseso at, sa wakas, ang uri ng produksyon.
Sa pinakasimpleng kaso, ito ay binubuo ng dalawa o higit pang mga flat plate na kahanay sa bawat isa. Ang mga plato ay maaaring pahalang at patayo. Ang mga flat electrodes ay ginagamit sa mga pag-install para sa pagpapatuyo ng sawn timber, sleepers, yarns, gluing playwud.
Ang pagkakapareho ng mga materyales sa pag-init ay nakasalalay sa pagkakapareho ng pamamahagi ng electric field sa buong dami ng ginagamot na bagay.
Ang pagkakaroon ng inhomogeneity sa istraktura ng materyal, isang variable na puwang ng hangin sa pagitan ng elektrod at ang panlabas na ibabaw ng bahagi, ang pagkakaroon ng mga conductive masa (mga may hawak, suporta, atbp.) Malapit sa mga electrodes ay humantong sa isang hindi pantay na pamamahagi ng electric. patlang.
Samakatuwid, sa pagsasagawa, ang isang malawak na iba't ibang mga pagpipilian sa disenyo para sa mga gumaganang capacitor ay ginagamit, ang bawat isa ay idinisenyo para sa isang tiyak na proseso ng teknolohikal.
Ang mga pag-install para sa pagpainit na may dielectric sa isang high-frequency na electric field ay may medyo mababang kahusayan sa medyo mataas na halaga ng kagamitan na kasama sa mga pag-install na ito. Samakatuwid, ang paggamit ng naturang pamamaraan ay maaaring makatwiran lamang pagkatapos ng isang masusing pag-aaral at paghahambing ng mga pang-ekonomiya at teknolohikal na mga tagapagpahiwatig ng iba't ibang mga pamamaraan ng pag-init.
Kinakailangan ang isang frequency converter para sa lahat ng high frequency dielectric heating system. Ang pangkalahatang kahusayan ng naturang mga converter ay tinukoy bilang ang ratio ng kapangyarihan na ibinibigay sa mga capacitor plate sa kapangyarihan na natanggap mula sa power grid.
Ang mga halaga ng koepisyent ng kapaki-pakinabang na pagkilos ay nasa hanay na 0.4 - 0.8. Ang halaga ng kahusayan ay depende sa pagkarga sa frequency converter. Bilang isang tuntunin, ang pinakamataas na kahusayan ng converter ay nakakamit kapag ito ay karaniwang na-load.
Ang mga teknikal at pang-ekonomiyang tagapagpahiwatig ng mga pag-install ng dielectric heating ay makabuluhang nakasalalay sa disenyo ng electrothermal device. Ang wastong napiling disenyo ng huli ay nagsisiguro ng mataas na kahusayan at kadahilanan sa oras ng makina.
Tingnan din:
Mga dielectric sa isang electric field