Pemanasan dielektrik

Apakah pemanasan dielektrik

Pemanasan dielektrik merujuk kepada pemanasan dielektrik dan semikonduktor dalam medan elektrik berselang-seli di bawah pengaruh bahan yang dipanaskan terkutub. Polarisasi ialah proses anjakan cas yang berkaitan, yang membawa kepada kemunculan momen elektrik pada setiap unsur isipadu makroskopik.

Polarisasi dibahagikan kepada keanjalan dan kelonggaran: elastik (tanpa inersia) menentukan tenaga medan elektrik, dan kelonggaran (inersia) menentukan haba yang dibebaskan dalam bahan yang dipanaskan. Dalam polarisasi kelonggaran oleh medan elektrik luaran, kerja dilakukan untuk mengatasi daya ikatan dalaman ("geseran") atom, molekul, kompleks bercas. Separuh daripada kerja ini ditukar kepada haba.

Kuasa yang dikeluarkan dalam dielektrik biasanya dirujuk kepada unit isipadu dan dikira dengan formula

di mana γ ialah konduktans konjugat kompleks bahan, EM ialah kekuatan medan elektrik dalam bahan.

Pengaliran kompleks

Di sini, εr ialah jumlah pemalar dielektrik kompleks.

Bahagian sebenar ε', dipanggil pemalar dielektrik, mempengaruhi jumlah tenaga yang boleh disimpan dalam bahan. Bahagian khayalan ε «, dipanggil faktor kehilangan, ialah ukuran tenaga (haba) yang terlesap dalam bahan.

Faktor kehilangan mengambil kira tenaga yang hilang dalam bahan disebabkan oleh kedua-dua polarisasi dan arus bocor.

Dalam amalan, pengiraan menggunakan nilai yang dipanggil tangen sudut kehilangan:

Tangen sudut kehilangan menentukan nisbah tenaga yang dibelanjakan untuk pemanasan kepada tenaga tersimpan ayunan elektromagnet.

Memandangkan perkara di atas, kuasa aktif khusus isipadu, W / m3:

atau

Oleh itu, kuasa isipadu tentu adalah berkadar dengan kuasa dua kekuatan medan elektrik dalam bahan yang dipanaskan, kekerapan dan faktor kehilangan.

Kekuatan medan elektrik dalam bahan yang dipanaskan bergantung kepada voltan yang digunakan, pemalar dielektrik ε ', lokasi dan bentuk elektrod yang membentuk medan. Untuk beberapa kes yang paling biasa dalam amalan, lokasi elektrod, kekuatan medan elektrik dikira dengan formula yang ditunjukkan dalam Rajah 1.

nasi. 1. Untuk pengiraan kekuatan medan elektrik: a - kapasitor silinder, b - kapasitor lapisan tunggal rata, c, d - kapasitor berbilang lapisan rata dengan susunan lapisan bahan, masing-masing, dalam melintang dan sepanjang medan elektrik .

Perlu diingatkan bahawa nilai maksimum mengehadkan Em dihadkan oleh kekuatan elektrik bahan yang dipanaskan. Voltan tidak boleh melebihi separuh daripada voltan kerosakan.Kapasiti untuk benih tanaman bijirin dan sayur-sayuran diambil dalam julat (5 … 10) 103 V / m, untuk kayu — (5 … 40) 103 V / m, polivinil klorida — (1 … 10 ) 105 V / m.

Pekali kehilangan ε « bergantung pada komposisi kimia dan struktur bahan, suhu dan kandungan lembapannya, pada kekerapan dan kekuatan medan elektrik dalam bahan.

Ciri pemanasan dielektrik bahan

Pemanasan dielektrik digunakan dalam pelbagai industri dan pertanian.

Ciri-ciri utama pemanasan dielektrik adalah seperti berikut.

1. Haba dibebaskan dalam bahan yang dipanaskan itu sendiri, yang memungkinkan untuk mempercepatkan pemanasan sebanyak puluhan dan ratusan kali (berbanding dengan pemanasan perolakan). Ini amat ketara untuk bahan yang mempunyai kekonduksian haba yang rendah (kayu, bijirin, plastik, dsb. ).

2. Pemanasan dielektrik adalah selektif: kuasa isipadu tertentu dan, dengan itu, suhu setiap komponen bahan tidak homogen adalah berbeza. Fungsi ini digunakan dalam pertanian, contohnya dalam pembasmian kuman bijirin dan penjerukan ulat sutera,

3. Semasa pengeringan dielektrik, haba dibebaskan di dalam bahan dan oleh itu suhu di tengah lebih tinggi daripada di pinggir. Kelembapan di dalam bahan bergerak dari basah ke kering dan dari panas ke sejuk. Jadi, semasa pengeringan perolakan, suhu di dalam bahan lebih rendah daripada di pinggir, dan aliran lembapan akibat kecerunan suhu menghalang lembapan daripada bergerak ke permukaan. Ini sangat mengurangkan keberkesanan pengeringan perolakan. Dalam pengeringan dielektrik, lembapan berubah-ubah disebabkan oleh perbezaan suhu dan kandungan lembapan bertepatan.Ini adalah kelebihan utama pengeringan dielektrik.

4. Apabila memanaskan dan mengeringkan dalam medan elektrik dengan frekuensi tinggi, pekali kehilangan berkurangan dan, dengan itu, kuasa aliran haba. Untuk mengekalkan kuasa pada tahap yang diperlukan, anda perlu menukar frekuensi atau voltan yang dibekalkan kepada kapasitor.

Pemasangan pemanasan dielektrik

Industri ini menghasilkan kedua-dua pemasangan frekuensi tinggi khusus yang bertujuan untuk rawatan haba satu atau beberapa jenis produk, serta pemasangan untuk kegunaan umum. Walaupun terdapat perbezaan ini, semua pemasangan frekuensi tinggi mempunyai gambar rajah struktur yang sama (Rajah 2).

Bahan dipanaskan dalam kapasitor kerja peranti frekuensi tinggi 1. Voltan frekuensi tinggi dibekalkan kepada kapasitor kerja melalui blok litar berayun perantaraan 2, direka untuk peraturan kuasa dan peraturan penjana 3. Penjana lampu menukarkan voltan terus yang diterima daripada penerus semikonduktor 4, dalam voltan ulang-alik frekuensi tinggi. Pada masa yang sama, sekurang-kurangnya 20 ... 40% daripada semua tenaga yang diterima daripada penerus dibelanjakan dalam penjana lampu.

Kebanyakan tenaga hilang di anod lampu, yang mesti disejukkan dengan air. Anod lampu dibekalkan berkenaan dengan bumi 5 … 15 kV, oleh itu sistem bekalan terpencil air penyejuk adalah sangat kompleks. Transformer 5 direka untuk meningkatkan voltan rangkaian kepada 6 ... 10 kV dan memutuskan sambungan konduktif antara penjana dan rangkaian elektrik. Blok 6 digunakan untuk menghidupkan dan mematikan pemasangan, melakukan operasi teknologi secara berurutan dan melindungi daripada mod kecemasan.

Pemasangan pemanasan dielektrik berbeza antara satu sama lain dalam kuasa dan kekerapan penjana, dalam pembinaan peralatan tambahan yang direka untuk memindahkan dan memegang bahan yang diproses, serta untuk kesan mekanikal ke atasnya.

nasi. 2. Gambar rajah blok pemasangan frekuensi tinggi: 1 — peranti frekuensi tinggi dengan kapasitor beban, 2 — blok litar berayun perantaraan dengan pengatur kuasa, pemangkasan kapasitans dan aruhan, 3 — penjana lampu dengan pengasingan anod dan rangkaian litar, 4 — penerus semikonduktor : 5 — pengubah injak naik, c — blok melindungi pemasangan daripada mod pengendalian yang tidak normal.

Industri ini menghasilkan sejumlah besar pemasangan frekuensi tinggi untuk pelbagai tujuan. Untuk rawatan haba produk, penjana frekuensi tinggi bersiri digunakan, yang mana peranti khusus dihasilkan.

Memilih penjana untuk pemanasan dengan dielektrik bergantung kepada menentukan kuasa dan kekerapannya.

Kuasa ayunan Pg penjana frekuensi tinggi mestilah lebih besar daripada aliran haba Ф yang diperlukan untuk rawatan haba bahan dengan nilai kerugian dalam kapasitor kerja dan blok litar berayun perantaraan:

di mana ηk ialah kecekapan pemuat kerja, bergantung pada luas permukaan pemindahan haba, pekali pemindahan haba dan perbezaan suhu antara bahan dan medium ηk = 0.8 ... 0.9, ηe ialah kecekapan elektrik bagi litar berayun ηe = 0.65 ... 0 , 7, ηl — kecekapan, dengan mengambil kira kerugian dalam wayar penyambung frekuensi tinggi ηl = 0.9 … 0.95.

Kuasa yang digunakan oleh penjana dari grid:

Di sini ηg ialah kecekapan penjana ηg = 0.65 … 0.85.

Jumlah kecekapan pemasangan frekuensi tinggi ditentukan oleh produk kecekapan semua unitnya dan bersamaan dengan 0.3 ... ... 0.5.

Kecekapan rendah tersebut merupakan faktor penting yang menghalang penggunaan meluas pemanasan dielektrik dalam pengeluaran pertanian.

Prestasi tenaga pemasangan frekuensi tinggi boleh dipertingkatkan dengan menggunakan haba yang dilesapkan oleh penjana.

Kekerapan arus apabila memanaskan dielektrik dan semikonduktor dipilih berdasarkan aliran haba yang diperlukan F. Dalam rawatan haba produk pertanian, aliran isipadu tertentu dihadkan oleh kadar pemanasan dan pengeringan yang dibenarkan. Daripada keseimbangan daya dalam kapasitor kerja yang kita ada

di mana V ialah isipadu bahan yang dipanaskan, m3.

Kekerapan minimum di mana proses teknologi berlaku pada kelajuan tertentu:

di mana Emax ialah kekuatan medan elektrik maksimum yang dibenarkan dalam bahan, V / m.

Apabila kekerapan meningkat, Em berkurangan dan oleh itu kebolehpercayaan proses teknologi meningkat. Walau bagaimanapun, terdapat beberapa batasan untuk meningkatkan kekerapan. Adalah tidak praktikal untuk meningkatkan kekerapan jika nisbah kerugian menurun secara mendadak. Selain itu, apabila kekerapan meningkat, ia menjadi semakin sukar untuk dipadankan dengan parameter beban dan penjana. Kekerapan maksimum, Hz, di mana perjanjian ini disediakan:

di mana L dan C adalah nilai setara minimum yang mungkin bagi induktansi dan kapasitansi litar beban dengan kapasitor yang berfungsi.

Dengan dimensi linear yang besar bagi kapasitor kerja, peningkatan frekuensi boleh membawa kepada pengagihan voltan yang tidak sekata pada elektrod dan, oleh itu, kepada pemanasan yang tidak sekata. Kekerapan maksimum yang dibenarkan, Hz, untuk keadaan ini

di mana l ialah saiz plat terbesar bagi kapasitor kerja, m.