Установки диэлектрического нагрева

В установках для нагрева диэлектриков нагреваемый материал помещается в электрическое поле конденсатора и нагрев происходит за счет токов смещения. Эта группа установок широко применяется для клейки и сушки древесины, нагрева пресс-порошков, пайки и сварки пластиков, стерилизации продуктов и т. п. Питание осуществляется переменным током с частотой 20-40 МГц и выше. Установки относятся к электроприемникам II категории по степени надежности электроснабжения.

Использование электрического тока, проходящего через диэлектрики и полупроводники в переменном электрическом поле, является основой диэлектрического нагрева. В электрической цепи с реальным диэлектриком происходит сдвиг фаз между током и напряжением на угол меньше 90 º (рис. 3.9, а). Это равносильно тому, что в цепь включена емкость и активное сопротивление (рис. 3.9, б).

Рис. 3.9. Векторная диаграмма токов в диэлектрике а)

и схематическое представление диэлектрика б)

Угол называют углом потерь, а соотношение активной составляющей тока к емкостной равно тангенсу угла диэлектрических потерь

Мощность, требуемая для нагрева материала от температуры до за время ,

где – удельная теплоемкость материала; – его масса.

Это выражение справедливо при отсутствии охлаждения материала (без учета потерь).

Мощность диэлектрических потерь

где

Тогда

где – действующее значение напряжения; – емкостное сопротивление, Ом; – угловая частота, рад/с; с – эквивалентная емкость изоляции, Ф.

Диэлектрический нагрев имеет преимущества перед другими способами нагрева. Это быстрота, равномерность и высокая производительность. С энергетической точки зрения такой нагрев является наиболее эффективным, поскольку при его осуществлении вся энергия вносится в массу нагреваемого материала.

По технологическим признакам установки высокочастотного нагрева подразделяются на три вида.

Установки первого вида используются в процессах промышленной обработки крупных изделий, требующих быстрого нагрева в однородном электрическом поле: сушка волокон шерсти или хлопка, целлюлозы и лесоматериалов, обжиг крупных электроизоляторов и фарфоровых изделий, производство звуко- и теплоизоляционных материалов, сварка пластмасс и полимерных пленок.

Установки второго вида применяются для нагрева протяженных плоских изделий: сушка текстильного волокна, рисунков на тканях, бумаги, фотопленки, химических и фармацевтических препаратов, полимеризации клеев, нагрев каучука, пастеризация и т. д.

В установках третьего вида проводятся процессы, не требующие быстрого и однородного нагрева: размораживание продуктов, разогрев и быстрое приготовление блюд, обжиг простых керамических изделий, сушка грибов, чая и т. п.

Использование высококачественного нагрева позволяет повысить качество продукции, ускорить технологические процессы и получить при массовом производстве большую экономию, несмотря на высокую стоимость оборудования.

Контрольные вопросы

1. Что называется индукционным устройством?

2. От чего зависит глубина проникновения электромагнитной волны?

3. Поясните физический смысл уравнения Умова-Пойтинга?

4. Как изменится относительная магнитная проницаемость для немагнитных и ферромагнитных материалов?

5. Как классифицируются индукционные установки?

6. Что необходимо выполнить для улучшения индукционной печи?

7. Что такое индукционная единица?

8. Каковы особенности подключения индукционного трансформатора?

9. Как подключается индукционная единица?

10. Для чего в схемах индукционной печи применяют автотрансформатор?

11. Для чего необходим трансформатор собственных нужд?

12. В чём отличие индукционной канальной печи от других?

13. Приведите примеры схем индукционных печей.

14. Где применяют тигельные печи?

15. Назовите достоинства и недостатки канальных печей.

16. Назовите достоинства и недостатки тигельных печей.

17. Для чего по внешней стороне индуктора устанавливаются магнитопроводы?

18. Приведите примеры технологических схем индукционных установок.

19. Каковы особенности диэлектрического нагрева?

20. От чего зависит мощность диэлектрических потерь?

21. Назовите достоинства и недостатки диэлектрического нагрева.