डायलेक्ट्रिक हीटिंग

डायलेक्ट्रिक हीटिंग म्हणजे काय

डायलेक्ट्रिक हीटिंग म्हणजे डायलेक्ट्रिक्स आणि सेमीकंडक्टर्सचे वैकल्पिक इलेक्ट्रिक फील्डमध्ये गरम करणे ज्याच्या प्रभावाखाली गरम सामग्रीचे ध्रुवीकरण केले जाते. ध्रुवीकरण ही संबंधित शुल्काच्या विस्थापनाची प्रक्रिया आहे, ज्यामुळे प्रत्येक मॅक्रोस्कोपिक व्हॉल्यूम घटकावर विद्युत क्षण दिसू लागतो.

ध्रुवीकरण लवचिक आणि विश्रांतीमध्ये विभागले गेले आहे: लवचिक (जडपणाशिवाय) विद्युत क्षेत्राची ऊर्जा निर्धारित करते आणि विश्रांती (जडत्व) गरम केलेल्या सामग्रीमध्ये सोडलेली उष्णता निर्धारित करते. बाह्य विद्युत क्षेत्राद्वारे विश्रांती ध्रुवीकरणामध्ये, अणू, रेणू, चार्ज केलेल्या कॉम्प्लेक्सच्या अंतर्गत बंधांच्या ("घर्षण") शक्तींवर मात करण्यासाठी कार्य केले जाते. यातील निम्मे काम उष्णतेमध्ये रूपांतरित होते.

डायलेक्ट्रिकमध्ये सोडलेली शक्ती सामान्यत: व्हॉल्यूमच्या युनिटला संदर्भित केली जाते आणि सूत्रानुसार गणना केली जाते

जेथे γ हे सामग्रीचे जटिल संयुग्मित प्रवाहकत्व आहे, EM ही सामग्रीमधील विद्युत क्षेत्राची ताकद आहे.

जटिल वहन

येथे, εr एकूण जटिल डायलेक्ट्रिक स्थिरांक आहे.

ε' चा खरा भाग, ज्याला डायलेक्ट्रिक स्थिरांक म्हणतात, सामग्रीमध्ये साठवल्या जाऊ शकणार्‍या ऊर्जेच्या प्रमाणात प्रभावित करते. ε « चा काल्पनिक भाग, ज्याला तोटा कारक म्हणतात, हे पदार्थामध्ये विरघळलेल्या ऊर्जेचे (उष्णतेचे) माप आहे.

नुकसान घटक ध्रुवीकरण आणि गळती या दोन्ही प्रवाहांमुळे सामग्रीमध्ये उधळलेली ऊर्जा विचारात घेते.

सराव मध्ये, गणना नुकसान कोन स्पर्शिका नावाचे मूल्य वापरते:

नुकसान कोनाची स्पर्शिका विद्युत चुंबकीय दोलनांच्या संचयित उर्जेशी गरम करण्यासाठी खर्च केलेल्या उर्जेचे गुणोत्तर निर्धारित करते.

वरील विचारात घेता, व्हॉल्यूमेट्रिक विशिष्ट सक्रिय शक्ती, W/m3:

किंवा

अशाप्रकारे, विशिष्ट व्हॉल्यूम पॉवर ही गरम सामग्रीमधील विद्युत क्षेत्राच्या ताकदीच्या चौरस, वारंवारता आणि नुकसान घटकाच्या प्रमाणात असते.

तापलेल्या पदार्थातील विद्युत क्षेत्राची ताकद लागू व्होल्टेज, डायलेक्ट्रिक स्थिरांक ε ', फील्ड तयार करणाऱ्या इलेक्ट्रोड्सचे स्थान आणि आकार यावर अवलंबून असते. व्यवहारातील काही सामान्य प्रकरणांसाठी, इलेक्ट्रोडचे स्थान, विद्युत क्षेत्राची ताकद आकृती 1 मध्ये दर्शविलेल्या सूत्रांद्वारे मोजली जाते.

तांदूळ. 1. विद्युत क्षेत्राच्या ताकदीची गणना करण्यासाठी: a — दंडगोलाकार कॅपेसिटर, b — फ्लॅट सिंगल-लेयर कॅपेसिटर, c, d — फ्लॅट मल्टीलेयर कॅपेसिटर, अनुक्रमे ट्रान्सव्हर्समध्ये आणि इलेक्ट्रिक फील्डच्या बाजूने सामग्रीच्या थरांची मांडणी .

हे लक्षात घ्यावे की Em चे मर्यादित कमाल मूल्य गरम केलेल्या सामग्रीच्या विद्युत शक्तीद्वारे मर्यादित आहे. व्होल्टेज ब्रेकडाउन व्होल्टेजच्या अर्ध्यापेक्षा जास्त नसावे.धान्य आणि भाजीपाला पिकांच्या बियाण्याची क्षमता (5 … 10) 103 V/m, लाकडासाठी — (5 … 40) 103 V/m, पॉलीव्हिनिल क्लोराईड — (1 … 10) 105 V/m या श्रेणीत घेतली जाते.

नुकसान गुणांक ε « सामग्रीची रासायनिक रचना आणि रचना, त्याचे तापमान आणि आर्द्रता सामग्री, सामग्रीमधील विद्युत क्षेत्राची वारंवारता आणि ताकद यावर अवलंबून असते.

सामग्रीची डायलेक्ट्रिक हीटिंग वैशिष्ट्ये

डायलेक्ट्रिक हीटिंगचा वापर विविध उद्योग आणि शेतीमध्ये केला जातो.

डायलेक्ट्रिक हीटिंगची मुख्य वैशिष्ट्ये खालीलप्रमाणे आहेत.

1. गरम झालेल्या सामग्रीमध्येच उष्णता सोडली जाते, ज्यामुळे दहापट आणि शेकडो वेळा (संवहनशील हीटिंगच्या तुलनेत) गरम होण्याचा वेग वाढवणे शक्य होते. हे विशेषतः कमी थर्मल चालकता (लाकूड, धान्य, प्लास्टिक इ.) असलेल्या सामग्रीसाठी लक्षणीय आहे. ).

2. डायलेक्ट्रिक हीटिंग निवडक आहे: विशिष्ट व्हॉल्यूमेट्रिक पॉवर आणि त्यानुसार, एकसमान सामग्रीच्या प्रत्येक घटकाचे तापमान भिन्न असते. हे कार्य शेतीमध्ये वापरले जाते, उदाहरणार्थ धान्य निर्जंतुक करणे आणि रेशीम किडे पिकवणे,

3. डायलेक्ट्रिक कोरडे असताना, सामग्रीच्या आत उष्णता सोडली जाते आणि म्हणून मध्यभागी तापमान परिघापेक्षा जास्त असते. सामग्रीमधील ओलावा ओल्यापासून कोरड्याकडे आणि उष्णतेकडून थंडकडे जातो. तर, संवहनी कोरडे असताना, सामग्रीच्या आतील तापमान परिघापेक्षा कमी असते आणि तापमान ग्रेडियंटमुळे ओलावाचा प्रवाह पृष्ठभागावर जाण्यापासून रोखतो. हे संवहनी कोरडेपणाची प्रभावीता मोठ्या प्रमाणात कमी करते. डायलेक्ट्रिक ड्रायिंगमध्ये, तापमानातील फरक आणि आर्द्रता एकरूप झाल्यामुळे ओलावा प्रवाही होतो.डायलेक्ट्रिक कोरडेपणाचा हा मुख्य फायदा आहे.

4. उच्च वारंवारतेसह इलेक्ट्रिक फील्डमध्ये गरम आणि कोरडे केल्यावर, नुकसान गुणांक कमी होतो आणि त्यानुसार, उष्णता प्रवाहाची शक्ती. आवश्यक स्तरावर शक्ती ठेवण्यासाठी, आपल्याला कॅपेसिटरला पुरवलेली वारंवारता किंवा व्होल्टेज बदलण्याची आवश्यकता आहे.

डायलेक्ट्रिक हीटिंग इंस्टॉलेशन्स

उद्योग एक किंवा अनेक प्रकारच्या उत्पादनांच्या उष्णतेच्या उपचारांसाठी तसेच सामान्य वापरासाठी स्थापनेसाठी दोन्ही विशेष उच्च-फ्रिक्वेंसी इंस्टॉलेशन्स तयार करतो. हे फरक असूनही, सर्व उच्च-फ्रिक्वेंसी इंस्टॉलेशन्समध्ये समान स्ट्रक्चरल आकृती आहे (चित्र 2).

उच्च-फ्रिक्वेंसी उपकरणाच्या कार्यरत कॅपेसिटरमध्ये सामग्री गरम केली जाते 1. उच्च-फ्रिक्वेंसी व्होल्टेज कार्यरत कॅपेसिटरला इंटरमीडिएट ऑसीलेटिंग सर्किट्स 2 च्या ब्लॉकद्वारे पुरवले जाते, जे पॉवर रेग्युलेशन आणि जनरेटर रेग्युलेशनसाठी डिझाइन केलेले आहे 3. दिवा जनरेटर बदलतो सेमीकंडक्टर रेक्टिफायर 4 कडून प्राप्त झालेला डायरेक्ट व्होल्टेज, उच्च वारंवारता पर्यायी व्होल्टेजमध्ये. त्याच वेळी, रेक्टिफायरकडून प्राप्त झालेल्या सर्व उर्जेपैकी किमान 20 ... 40% दिवा जनरेटरमध्ये खर्च केला जातो.

दिव्याच्या एनोडमध्ये बहुतेक ऊर्जा नष्ट होते, जी पाण्याने थंड करणे आवश्यक आहे. दिव्याचा एनोड पृथ्वीच्या संदर्भात 5 … 15 kV पुरवला जातो, म्हणून थंड पाण्याचा पृथक् पुरवठा करण्याची प्रणाली खूप गुंतागुंतीची आहे. ट्रान्सफॉर्मर 5 नेटवर्क व्होल्टेज 6 ... 10 केव्ही पर्यंत वाढविण्यासाठी आणि जनरेटर आणि इलेक्ट्रिकल नेटवर्कमधील प्रवाहकीय कनेक्शन डिस्कनेक्ट करण्यासाठी डिझाइन केले आहे. ब्लॉक 6 चा वापर इन्स्टॉलेशन चालू आणि बंद करण्यासाठी, क्रमाक्रमाने तांत्रिक ऑपरेशन्स करण्यासाठी आणि आपत्कालीन मोडपासून संरक्षण करण्यासाठी केला जातो.

डायलेक्ट्रिक हीटिंग इंस्टॉलेशन्स जनरेटरची शक्ती आणि वारंवारता, प्रक्रिया केलेली सामग्री हलविण्यासाठी आणि ठेवण्यासाठी तसेच त्यावर यांत्रिक प्रभावासाठी डिझाइन केलेल्या सहाय्यक उपकरणांच्या निर्मितीमध्ये एकमेकांपासून भिन्न असतात.

तांदूळ. 2. उच्च-फ्रिक्वेंसी इन्स्टॉलेशनचे ब्लॉक आकृती: 1 — लोड कॅपेसिटरसह उच्च-फ्रिक्वेंसी डिव्हाइस, 2 — पॉवर रेग्युलेटरसह इंटरमीडिएट ऑसीलेटिंग सर्किट्सचा एक ब्लॉक, कॅपेसिटन्स आणि इंडक्टन्स ट्रिम करणे, 3 — एनोड आणि नेटवर्क वेगळे करणारे दिवा जनरेटर सर्किट्स, 4 — सेमीकंडक्टर रेक्टिफायर : 5 — स्टेप-अप ट्रान्सफॉर्मर, c — इंस्टॉलेशनला असामान्य ऑपरेटिंग मोड्सपासून संरक्षण देणारा ब्लॉक.

उद्योग विविध उद्देशांसाठी मोठ्या प्रमाणात उच्च-फ्रिक्वेंसी इंस्टॉलेशन्स तयार करतो. उत्पादनांच्या उष्णतेच्या उपचारांसाठी, सीरियल उच्च-फ्रिक्वेंसी जनरेटर वापरले जातात, ज्यासाठी विशेष उपकरणे तयार केली जातात.

डायलेक्ट्रिकसह गरम करण्यासाठी जनरेटर निवडणे त्याची शक्ती आणि वारंवारता निश्चित करण्यासाठी खाली येते.

उच्च-फ्रिक्वेंसी जनरेटरची ऑसीलेटिंग पॉवर पीजी हे वर्किंग कॅपेसिटरमधील नुकसान आणि इंटरमीडिएट ऑसीलेटिंग सर्किट्सच्या ब्लॉकच्या मूल्याद्वारे सामग्रीच्या उष्णतेच्या उपचारांसाठी आवश्यक असलेल्या उष्णता प्रवाहापेक्षा जास्त असणे आवश्यक आहे:

जेथे ηk ही कार्यरत कॅपेसिटरची कार्यक्षमता आहे, उष्णता हस्तांतरण पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ, उष्णता हस्तांतरण गुणांक आणि सामग्री आणि मध्यम यांच्यातील तापमानातील फरक ηk = 0.8 ... 0.9, ηe ही विद्युत कार्यक्षमता आहे oscillating सर्किट ηe = 0.65 ... 0 , 7, ηl — कार्यक्षमता, उच्च-फ्रिक्वेंसी कनेक्टिंग वायर्समधील नुकसान लक्षात घेऊन ηl = 0.9 … 0.95.

ग्रिडमधून जनरेटरद्वारे वापरलेली वीज:

येथे ηg ही जनरेटर कार्यक्षमता ηg = ०.६५ … ०.८५ आहे.

उच्च-फ्रिक्वेंसी इंस्टॉलेशनची एकूण कार्यक्षमता त्याच्या सर्व युनिट्सच्या कार्यक्षमतेच्या उत्पादनाद्वारे निर्धारित केली जाते आणि ती 0.3 ... ... 0.5 च्या समान असते.

अशी कमी कार्यक्षमता हा एक महत्त्वाचा घटक आहे जो कृषी उत्पादनात डायलेक्ट्रिक हीटिंगचा व्यापक वापर प्रतिबंधित करतो.

जनरेटरद्वारे विसर्जित केलेली उष्णता वापरून उच्च वारंवारता स्थापनेची ऊर्जा कार्यक्षमता सुधारली जाऊ शकते.

डायलेक्ट्रिक्स आणि सेमीकंडक्टर गरम करताना विद्युत् प्रवाहाची वारंवारता आवश्यक उष्मा प्रवाह F वर आधारित निवडली जाते. कृषी उत्पादनांच्या उष्णतेच्या उपचारात, विशिष्ट खंड प्रवाह गरम आणि कोरडे होण्याच्या परवानगी दराने मर्यादित असतो. वर्क कॅपेसिटरमधील शक्तींच्या संतुलनापासून आमच्याकडे आहे

जेथे V हे गरम झालेल्या पदार्थाचे प्रमाण आहे, m3.

दिलेल्या गतीने तांत्रिक प्रक्रिया घडणारी किमान वारंवारता:

जेथे Emax ही सामग्रीमध्ये जास्तीत जास्त स्वीकार्य विद्युत क्षेत्राची ताकद आहे, V/m.

जसजशी वारंवारता वाढते, Em कमी होते आणि म्हणून तांत्रिक प्रक्रियेची विश्वासार्हता वाढते. तथापि, वारंवारता वाढवण्यासाठी काही मर्यादा आहेत. नुकसानाचे प्रमाण झपाट्याने कमी झाल्यास वारंवारता वाढवणे अव्यवहार्य आहे. तसेच, वारंवारता वाढते म्हणून, लोड आणि जनरेटरचे पॅरामीटर्स जुळणे अधिक कठीण होते. कमाल वारंवारता, Hz, ज्यावर हा करार प्रदान केला जातो:

जेथे L आणि C ही वर्किंग कॅपेसिटरसह लोड सर्किटची इंडक्टन्स आणि कॅपेसिटन्सची किमान संभाव्य समतुल्य मूल्ये आहेत.

कार्यरत कॅपेसिटरच्या मोठ्या रेखीय परिमाणांसह, वारंवारता वाढल्याने इलेक्ट्रोडवरील व्होल्टेजचे असमान वितरण होऊ शकते आणि म्हणून, असमान गरम होऊ शकते. या स्थितीसाठी कमाल स्वीकार्य वारंवारता, Hz

जेथे l कार्यरत कॅपेसिटरचा सर्वात मोठा प्लेट आकार आहे, m.