Dielektriline küte

Mis on dielektriline küte

Dielektriline kuumutamine tähendab dielektrikute ja pooljuhtide kuumutamist vahelduvas elektriväljas, mille mõjul kuumutatud materjal polariseerub. Polarisatsioon on seotud laengute nihkumise protsess, mis viib elektrimomendi ilmnemiseni igas makroskoopilises mahuelemendis.

Polarisatsioon jaguneb elastseks ja relaksatsiooniks: elastne (ilma inertsita) määrab elektrivälja energia ja relaksatsioon (inerts) määrab kuumutatud materjalis eralduva soojuse. Välise elektrivälja toimel relaksatsioonipolarisatsioonil tehakse tööd aatomite, molekulide, laetud komplekside sisemiste sidemete ("hõõrdumise") jõudude ületamiseks. Pool sellest tööst muundatakse soojuseks.

Dielektrikus vabanevat võimsust nimetatakse tavaliselt ruumalaühikuks ja see arvutatakse valemiga

kus γ on materjali kompleksne konjugeeritud juhtivus, EM on materjali elektrivälja tugevus.

Kompleksne juhtivus

Siin on εr kogu kompleksi dielektriline konstant.

ε' reaalosa, mida nimetatakse dielektriliseks konstandiks, mõjutab materjalis salvestatava energia hulka. ε « kujuteldav osa, mida nimetatakse kaduteguriks, on materjalis hajutatud energia (soojuse) mõõt.

Kadudegur võtab arvesse nii polarisatsiooni kui ka lekkevoolu tõttu materjalis hajuvat energiat.

Praktikas kasutatakse arvutustes väärtust, mida nimetatakse kadunurga puutujaks:

Kaonurga puutuja määrab kütmisele kulunud energia suhte elektromagnetvõnkumiste salvestatud energiasse.

Arvestades ülaltoodut, on mahuline eriaktiivvõimsus, W / m3:

või

Seega on erimahuvõimsus võrdeline kuumutatava materjali elektrivälja tugevuse, sageduse ja kaduteguri ruuduga.

Elektrivälja tugevus kuumutatud materjalis oleneb rakendatavast pingest, dielektrilisest konstandist ε ', välja moodustavate elektroodide asukohast ja kujust. Mõnede praktikas levinumate juhtumite, elektroodide asukoha, elektrivälja tugevuse arvutamiseks kasutatakse joonisel 1 näidatud valemeid.

Riis. 1. Elektrivälja tugevuse arvutamiseks: a — silindriline kondensaator, b — lame ühekihiline kondensaator, c, d — lame mitmekihiline kondensaator materjalikihtide paigutusega vastavalt risti ja piki elektrivälja .

Tuleb märkida, et Em-i piirväärtust piirab kuumutatava materjali elektriline tugevus. Pinge ei tohiks ületada poolt läbilöögipingest.Teravilja- ja köögiviljakultuuride seemnete võimsus on vahemikus (5 ... 10) 103 V / m, puidu puhul - (5 ... 40) 103 V / m, polüvinüülkloriid - (1 ... 10 ) 105 V / m.

Kaokoefitsient ε « sõltub materjali keemilisest koostisest ja struktuurist, selle temperatuurist ja niiskusesisaldusest, materjalis oleva elektrivälja sagedusest ja tugevusest.

Materjalide dielektrilised kuumutusomadused

Dielektrikkütet kasutatakse erinevates tööstusharudes ja põllumajanduses.

Dielektrilise kuumutamise peamised omadused on järgmised.

1. Soojus eraldub kuumutatud materjalis endas, mis võimaldab kiirendada kuumenemist kümneid ja sadu kordi (võrreldes konvektiivküttega) Eriti on see märgatav madala soojusjuhtivusega materjalide puhul (puit, tera, plast jne). ).

2. Dielektriline kuumutamine on selektiivne: mittehomogeense materjali iga komponendi mahu erivõimsus ja vastavalt ka temperatuur on erinev. Seda funktsiooni kasutatakse põllumajanduses, näiteks teravilja desinfitseerimiseks ja siidiusside marineerimiseks,

3. Dielektrilisel kuivatamisel eraldub soojust materjali sees ja seetõttu on temperatuur keskel kõrgem kui perifeerias. Materjali sees olev niiskus liigub märjalt kuivale ja kuumalt külmale. Seega on konvektiivkuivatamise ajal materjali sees madalam temperatuur kui perifeerias ja temperatuurigradiendist tulenev niiskuse vool ei lase niiskusel pinnale liikuda. See vähendab oluliselt konvektiivkuivatamise efektiivsust. Dielektrilisel kuivatamisel langevad temperatuuride erinevusest ja niiskusesisaldusest tingitud niiskusvood kokku.See on dielektrilise kuivatamise peamine eelis.

4. Kõrge sagedusega elektriväljas kuumutamisel ja kuivatamisel väheneb kaokoefitsient ja vastavalt ka soojusvoo võimsus. Võimsuse hoidmiseks vajalikul tasemel peate muutma kondensaatorile antavat sagedust või pinget.

Dielektrilised küttepaigaldised

Tööstus toodab nii spetsiaalseid kõrgsagedusseadmeid, mis on ette nähtud üht või mitut tüüpi toodete kuumtöötlemiseks, kui ka üldkasutatavaid seadmeid. Vaatamata nendele erinevustele on kõigil kõrgsagedusseadmetel sama struktuurskeem (joonis 2).

Materjali kuumutatakse kõrgsagedusseadme 1 töökondensaatoris. Kõrgsageduslik pinge antakse töökondensaatorile läbi vahevõnkeahelate ploki 2, mis on mõeldud võimsuse reguleerimiseks ja generaatori reguleerimiseks 3. Lambigeneraator muundab pooljuhtalaldist 4 saadud alalispinge kõrge sagedusega vahelduvpinges. Samal ajal kulub lambi generaatoris vähemalt 20 ... 40% kogu alaldist saadavast energiast.

Suurem osa energiast kaob lambi anoodil, mida tuleb jahutada veega. Lambi anood toidetakse maanduse suhtes 5…15 kV, seetõttu on jahutusvee isoleeritud etteande süsteem väga keeruline. Trafo 5 on ette nähtud võrgu pinge tõstmiseks 6 ... 10 kV-ni ja generaatori ja elektrivõrgu vahelise juhtiva ühenduse katkestamiseks. Plokki 6 kasutatakse paigaldise sisse- ja väljalülitamiseks, tehnoloogiliste toimingute järjestikuseks sooritamiseks ja kaitseks avariirežiimide eest.

Dielektrilised küttepaigaldised erinevad üksteisest generaatori võimsuse ja sageduse, töödeldud materjali teisaldamiseks ja hoidmiseks mõeldud abiseadmete konstruktsiooni, samuti mehaanilise mõju poolest.

Riis. 2. Kõrgsageduspaigaldise plokkskeem: 1 — koormuskondensaatoriga kõrgsagedusseade, 2 — võimsusregulaatoriga vahevõnkeahelate plokk, trimmivad mahtuvused ja induktiivsused, 3 — lambigeneraator anoodide ja võrgu eraldamisega ahelad, 4 — pooljuhtalaldi : 5 — astmeline trafo, c — plokk, mis kaitseb seadet ebatavaliste töörežiimide eest.

Tööstus toodab suurel hulgal kõrgsagedusseadmeid erinevatel eesmärkidel. Toodete kuumtöötlemiseks kasutatakse jadakõrgsagedusgeneraatoreid, mille jaoks valmistatakse spetsiaalseid seadmeid.

Dielektrikuga kütmiseks generaatori valimine taandub selle võimsuse ja sageduse määramisele.

Kõrgsagedusgeneraatori võnkevõimsus Pg peab olema suurem kui materjali kuumtöötlemiseks vajalik soojusvoog Ф töökondensaatori ja vahepealsete võnkeahelate ploki kadude võrra:

kus ηk on töökondensaatori kasutegur, olenevalt soojusülekande pinna pindalast, soojusülekandetegurist ning materjali ja keskkonna temperatuuride erinevusest ηk = 0,8 ... 0,9, ηe on soojuskandja elektriline kasutegur võnkeahel ηe = 0,65 ... 0 , 7, ηl — kasutegur, võttes arvesse kadusid kõrgsageduslikes ühendusjuhtmetes ηl = 0,9 … 0,95.

Generaatori poolt võrgust tarbitav võimsus:

Siin ηg on generaatori kasutegur ηg = 0,65 … 0,85.

Kõrgsageduspaigaldise koguefektiivsus määratakse kõigi selle üksuste efektiivsuse korrutisega ja võrdub 0,3 ... ... 0,5.

Selline madal efektiivsus on oluline tegur, mis takistab dielektrikkütte laialdast kasutamist põllumajandustootmises.

Kõrgsageduslike seadmete energiatõhusust saab parandada generaatori poolt hajutatud soojuse kasutamisega.

Voolu sagedus dielektrikute ja pooljuhtide kuumutamisel valitakse vajaliku soojusvoo F alusel. Põllumajandussaaduste kuumtöötlemisel on erimahuvooluhulk piiratud kuumutamise ja kuivatamise lubatud kiirusega. Meie töökondensaatori jõudude tasakaalust

kus V on kuumutatava materjali maht, m3.

Minimaalne sagedus, millega tehnoloogiline protsess teatud kiirusel toimub:

kus Emax on materjalis maksimaalne lubatud elektrivälja tugevus, V / m.

Sageduse kasvades Em väheneb ja seetõttu suureneb tehnoloogilise protsessi usaldusväärsus. Siiski on sageduse suurendamisel mõned piirangud. Kui kahjusuhe järsult langeb, ei ole sagedust otstarbekas suurendada. Samuti muutub sageduse kasvades järjest keerulisemaks koormuse ja generaatori parameetrite sobitamine. Maksimaalne sagedus, Hz, mille juures see leping on ette nähtud:

kus L ja C on töökondensaatoriga koormusahela induktiivsuse ja mahtuvuse minimaalsed võimalikud ekvivalentväärtused.

Töökondensaatori suurte lineaarsete mõõtmete korral võib sageduse suurenemine põhjustada pinge ebaühtlast jaotumist elektroodil ja seega ka ebaühtlast kuumutamist. Selle tingimuse maksimaalne lubatud sagedus, Hz

kus l on töökondensaatori suurim plaadi suurus, m.