Билет №14

1.Установки диэлектрического нагрева: устройство, расчет мощности, источники пи­тания.

Нагрев диэлектрических материалов основан на выделении энергии в объеме непроводящего тела при наложении на него пере­менного электрического поля. При помещении диэлектрика 1 в электрическое поле конденсатора 2 частицы диэлектрика поляризу­ются, заряжаются.

Различают электронную, атомную, дипольную и электролитическую поляризации. Если электрическое поле переменное, то возникнут колебания заряженных частиц, в диэлектрике возникнет ток смеще­ния. Ток проводимости отсутству­ет, так как отсутствуют в диэ­лектрике свободные электроны. Тепло в диэлектрике выделяется при колебании заряженных частиц под действием переменного элект­рического поля. Чем выше частота электрического поля, тем больше тепла выделяется в диэлектрике. Нагрев однородного диэлектрика характеризуется равномерным выд­елением мощности во всем объеме нагреваемого тела. Диэлектрический нагрев используется для следующих процес­сов:

1) сушка древесины, бумаги, керамики, фруктов, зерна;

2) сварка пластикатов и синтетических тканей (сварка труб
из винипласта, дождевых плащей, обуви, галантереи и пр.);

3)склеивание древесины (используется избирательность диэ­лектрического нагрева ~ нагревается клей до температуры его поляризации 260°С - вследствие более высокой диэлектрической про­ницаемости клея но сравнению с древесиной);

4} плавка диэлектриков и плохо проводящих материалов (крем­ний, германий, а также окислы MgO, ZnO₂,SiO₂ для получения огне­упоров).

Рабочие конденсаторы, так же, как и индукторы для поверх­ностной закалки, изготавливаются индивидуально в зависимости от формы нагреваемого изделия (рис.5.18).

Мощность, выделяющаяся в диэлектрике, определяется следующим образом:

Коэффициент диэлектрических потерь tg6 зависит от природы диэлектрика, наличия примесей, частоты f. Так, например, наличие влаги и увеличение температуры приводят к увеличению tgδ.

Электрическая емкость плоского конденсатора определяется по формуле

С = E_rE₀F / е ,

где Е_о - диэлектрическая постоянная; Е_г – диэлектрическая проницаемость нагреваемого материала, Ф/М; F - площадь пластины рабочего конденсатора, е - расстояние между пластинами, м.

Подставив (5.48) в (5.47), получим

где Е - напряженность электрического поля между пластинами конденсатора, кВ/м, Е = U/е ; V - объем нагреваемого тела, м³

V = F.e .

Удельная активная мощность, выделяющаяся в единице объема диэлектрика, определяется по формуле

Из формулы (5.50) видно, что практически единственным путем увеличения удельной мощности, т. е. скорости нагрева, является повышение частоты f, так как диэлектрическая проницаемость Е_г и тангенс угла диэлектрических потерь tgδ определяются материалом нагреваемого тела, а величина напряженности электрического поля ограничивается величиной пробивного напряжения. Учитывая, что tg мал, приходим к выводу, что эффективный нагрев диэлектриков осуществим только на высоких частотах в десятки и сотни мегагерц.

Источниками питания установок диэлектрического нагрева яв­ляются ламповые высокочастотные генераторы, устройство их такое же как и высокочастотных генераторов для поверхностного нагрева металлических изделий. Отличие в том, что в источниках питания установок диэлектрического нагрева нагрузкой является рабочий конденсатор, в котором находится нагреваемый материал (рис. 5.20).

В схеме, изображенной на рис.5.20, Ср - разделительный кон­денсатор, не пропускает постоянную составляющую в колебательный контур, Lp - разделительная индуктивность, не пропускает высоко­частотные колебания в выпрямитель. Установки диэлектрического нагрева питаются от сетей промышленной частоты 50 Гц, напряжени­ем 380 В, через повышающие трансформаторы.

Мощность установок от сотен ватт до нескольких сот киловатт, частоты от 1 до 300 мГц.