Сделай Сам Свою Работу на 5

Выбор частоты и напряженности электрического поля при диэлектрическом нагреве





 

В соответствии с выражением (5.42) объемная плотность мощности определяется параметрами электрического поля (напряженностью Е, частотой f) и электрофизическими показателями нагреваемого материала (εr. tgδ).

При выборе напряженности исходят из того, что для каждого нагреваемого материала существует определенная напряженность Епр, 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):

. (5.45)

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:

, (5.46)

где Ез - напряженность электрического поля в воздушном зазоре, В/см; εrдиэлектрическая проницаемость материала.



 

При выборе частоты электрического поля исходят из следующих соображений. С учетом заданных параметров нагреваемого материала энергетический баланс диэлектрического нагрева может быть записан с помощью уравнения:

, (5.47)

где ηт - термический коэффициент полезного действия; τ– время нагрева, с.

 

Минимальная частота, обеспечивающая требуемый режим нагрева без воздушного зазора в рабочем конденсаторе:

. (5.48)

При нагреве материала с воздушным зазором в рабочем конденсаторе

. (5.49)

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 λ волны, соответствующей частоты f, между которыми существует известная связь:



, (5.50)

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 находится в кратных соотношениях с длиной λ стоячей волны, напряжение в некоторых точках достигает максимума Umax, а в других Umin=0 (рис. 5.7,а). При 2а<λ/4 напряжение по длине l электрода изменяется от Umin до Umax (рис. 5.7,б), что соответствует более равномерному распределению напряженности.

Напряженность (В/м) электрического поля в любой точке по длине электрода:

, (5.51)

где Emax - максимальная напряженность электрического поля в точке, соответствующей Umaх, В/м.

 

Рис. 5.7. Распределение напряжения на пластинах рабочего конденсатора при l=λ (а) и при l<λ/4

 

Для точки, находящейся на расстоянии l = а:

, (5.52)

где Ea - напряженность электрического поля для точки на расстоянии l = а, В/м.

 

Отношение Еa/Emax характеризует неравномерность распределения электрического поля в рабочем конденсаторе. Если она задана требованиями технологического процесса, то из формулы (5.52) определяют значение k=2a/λ, а по отношению (5.50) – максимальную частоту, удовлетворяющую этим требованиям:



, (5.53)

где - наибольший относительно точек подключении питания линейный размер электрода рабочего конденсатора.

 

Чтобы снизить неравномерность напряженности поля в материале, рабочий конденсатор присоединяют к источнику питания посередине электродов. При этом размер равен половине длины электродов.

Верхнее значение частоты определяется также глубиной проникновения электромагнитной волны в материал, возможностью согласования параметров нагрузки и генератора для максимальной передачи энергии в рабочий конденсатор.

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.