Расчет мощности и частоты диэлектрических нагревателей

Плотность мощности, Вт/м³, в нагреваемом диэлектрике

e_о — электрическая постоянная (диэлектрическая проницаемость вакуума), равная 8,85×10^-12Ф/м;

e_г — относительная диэлектрическая проницаемость материала, e_г= 2...8;

tgd — тангенс угла потерь d = 90° — j, j —угол между векторами напряжения и тока нагрузки;

E — напряженность электрического поля, В/м; f — частота, Гц.

Из приведенного уравнения следует, что диэлектрическая проницаемость e_r и тангенс угла потерь tgd — основные характеристики диэлектрика, определяющие его нагрев в переменном электрическом поле.

Они зависят от частоты f изменения электрического поля, его напряженности, температуры диэлектрика и некоторых других факторов. Характер зависимости e_r и tgd от частоты показан на рис. 2.

При низких частотах смещение зарядов в диэлектрике (поляризация) успевает следовать за изменениями электрического поля, поэтому поглощение энергии незначительно. С повышением частоты скорость смещения зарядов возрастает, поглощение энергии увеличивается, поэтому tgd на некоторой частоте foдостигает максимального значения. При дальнейшем повышении частоты заряды не успевают смещаться, отслеживая изменения электрического поля, поэтому e_r уменьшается, поглощение энергии при малых смещениях снижается и, следовательно, уменьшается и tgd. В зависимости от структуры диэлектриков и характера поляризации кривая tgd может иметь несколько максимумов, а кривая e_r — несколько ступеней снижения.

Рис. 2. Зависимость e_r и tgd от частоты

Чтобы увеличить объемную плотность мощности, выделяющейся в диэлектрике, т.е. для интенсификации процесса нагрева, используют высокие и сверхвысокие частоты, а также высокие напряженности. Однако с повышением частоты уменьшается глубина проникновения электромагнитной волны в реальный диэлектрик. Глубину проникновения электромагнитной энергии, определяемую как расстояние z₀ от поверхности диэлектрика, на котором напряженность электрического поля убывает в е раз, находят по формуле

l— длина волны, соответствующая рабочей частоте.

Так как в большинстве случаев tg d << 1, то

В нашей стране для термообработки в СВЧ-диапазоне наиболее часто используют электромагнитные колебания на частотах 433, 915, 2375 МГц.

Мощность, Вт, потребляемая установкой из сети,

Ф_п — полезный тепловой поток, идущий на нагрев диэлектрика, Вт;

h_К — КПД конденсатора (h_К = 0,8...0,9);

h_Э — КПД колебательного контура ( h_Э _э = 0,65...0,67);

h_Л — КПД подводящих проводов (h_Л = 0,95...0,99);

h_Г — КПД генератора частоты (h_Г = 0,65...0,85).

Общий КПД установок h_ОБЩ = 0,3...0,5.

Выбор частоты поля

При выборе частоты электрического поля учитывают параметры нагреваемого материала. Тогда уравнение энергетического баланса диэлектрического нагрева имеет вид

r — плотность нагреваемого материала, кг/м³;

С —теплоемкость материала, Дж/(кг×°С);

Т₁, Т₂ — начальная и конечная температуры нагрева, °С;

t — время нагрева, с.

Минимальная частота (из верхнего выражения), Гц, установки для обеспечения требуемого режима

Из этого выражения могут быть определены также значения Е, h_K, t, T₂, Т₁ при остальных известных величинах.

Диэлектрические установки используют для равномерного и быстрого нагрева вещества по всему его объему. Возможен избирательный нагрев сыпучего вещества, например семян, зараженных насекомыми или бактериями. В этом случае, изменяя частоту, можно провести дезинсекцию семян. В ряде случаев возможно использование механического воздействия нагрева (изгибы и деформация при сушке древесины и т. п.).

Недостатки установок — низкий КПД и необходимость использования квалифицированного персонала при обслуживании и ремонте.

Пример обозначения установки диэлектрического нагрева ВЧГ-25/40 — высокочастотный генератор мощностью 25 кВт с рабочей частотой 40,68 МГц. Шкала мощностей установок: 4; 5; 10; 25; 40; 60; 100; 160 кВт.

Дата добавления: 2015-12-20; просмотров: 75; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 4 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!