Выбор напряженности электрического поля при диэлектрическом нагреве
В соответствии с аналитическим выражением объемная плотность мощности определяется параметрами электрического поля (напряженностью E, частотой f) и электрофизическими показателями нагреваемого материала (er, tgd).
При выборе напряженности электрического поля исходят из того, что для каждого нагреваемого материала существует определенная напряженность EПР, при превышении которой происходит электрический пробой материала. Пробивная напряженность многих материалов составляет несколько киловольт на миллиметр.
При нагреве материала без воздушного зазора рабочая напряженность, В/м,
E = EПР /(1,5...2).
Воздушный зазор между нагреваемым материалом и обкладками рабочего конденсатора приводит к тому, что напряжение, поданное на конденсатор, перераспределяется между воздушным зазором и материалом. При этом рабочую напряженность электрического поля в материале выбирают в зависимости от пробивной напряженности воздуха. Допустимая напряженность электрического поля в воздушном зазоре составляет (6... 9) 103 В/см, а напряженность в материале
E = E3 / er
Е э - напряженность электрического поля в воздушном зазоре, В/см;
er — относительная диэлектрическая проницаемость материала.
Рис. 3. Распределение напряжения на пластинах рабочего конденсатора
при l = l (а) и при l < l/4 (б)
Увеличивая частоту поля, можно выделить в материале требуемую объемную плотность мощности при пониженной напряженности поля. Это повышает надежность работы нагреваемой установки, уменьшает вероятность возникновения пробоя в рабочем конденсаторе и, следовательно, порчи нагреваемого материала. Однако повышение частоты ограничивается равномерным распределением напряженности поля по всей длине электродов рабочего конденсатора, сложностью согласования параметров источника питания и нагрузки, а также глубиной проникновения электромагнитной энергии в материал. Первое ограничение на верхний предел частоты вызвано соотношением конструктивных параметров диэлектрического нагревательного устройства с длиной l волны, соответствующей частоты f, между которыми существует известная связь:
|
|
|
l = c / (Ö (er × f),
где с = 3 × 108 м/с — скорость света в свободном пространстве.
С увеличением линейного размера нагреваемого материала возникают стоячие волны, изменяющие распределение напряжения по длине электродов рабочего конденсатора и, следовательно, напряженности поля в материале. При условии, что больший размер электрода 2а находится в кратных соотношениях с длиной l стоячей волны, напряжение в некоторых точках достигает максимума Umax, а в других Umin = 0 (рис.7.7,а). При 2а<l/4напряжение по длине l электрода изменяется от Umin до U тах (рис. 7.7,6), что соответствует более равномерному распределению напряженности.
|
|
|
Напряженность, В/м, электрического поля в любой точке по
длине электрода
Ei = ЕMAX cos (2pl / l)
ЕMAX - максимальная напряженность электрического поля в точке, соот-ветствующей Umах, В/м,
Для точки, находящейся на расстоянии /=a,
Еа — напряженность электрического поля для точки, находящейся на расстоянии l=а, В/м.
Отношение Еа / Етах характеризует неравномерность распределения электрического поля в рабочем конденсаторе. Если она задана требованиями технологического процесса, то из формулы (7.45) определяют значение k = 2a/l, а по отношению (7.43)—максимальную частоту, удовлетворяющую этим требованиям,
2а - наибольший относительно точек подключения питания линейный размер электрода рабочего конденсатора.
Чтобы снизить неравномерность напряженности поля в материале, рабочий конденсатор присоединяют к источнику питания посередине электродов. При этом размер 2а равен половине длины электродов.
Верхнее значение частоты определяется также глубиной проникновения электромагнитной волны в материал и возможностью согласования параметров нагрузки и генератора для максимальной передачи энергии в рабочий конденсатор.
|
|
|
Дата добавления: 2015-12-20; просмотров: 18; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!