डायलेक्ट्रिक्सच्या उच्च-फ्रिक्वेंसी हीटिंगसाठी पद्धतींचा भौतिक आधार (डायलेक्ट्रिक ड्रायिंग)

औद्योगिक तांत्रिक प्रक्रियांमध्ये, डायलेक्ट्रिक्स आणि सेमीकंडक्टर्सच्या गटाशी संबंधित सामग्री गरम करणे आवश्यक असते. अशा सामग्रीचे विशिष्ट प्रतिनिधी विविध प्रकारचे रबर, लाकूड, फॅब्रिक्स, प्लास्टिक, कागद इ.

अशा सामग्रीच्या इलेक्ट्रिक हीटिंगसाठी, इंस्टॉलेशन्सचा वापर केला जातो ज्यामध्ये डायलेक्ट्रिक्स आणि सेमीकंडक्टर्सची क्षमता वैकल्पिक इलेक्ट्रिक फील्डच्या संपर्कात आल्यावर जप्त करण्यासाठी वापरली जाते.

गरम होते कारण या प्रकरणात विद्युत क्षेत्राच्या ऊर्जेचा काही भाग अपरिवर्तनीयपणे गमावला जातो, उष्णता (डायलेक्ट्रिक हीटिंग) मध्ये बदलतो.

भौतिक दृष्टिकोनातून, ही घटना विस्थापन उर्जेच्या वापराद्वारे स्पष्ट केली जाते विद्युत शुल्क अणू आणि रेणूंमध्ये, जे पर्यायी विद्युत क्षेत्राच्या क्रियेमुळे होते.

उत्पादनाच्या संपूर्ण व्हॉल्यूमच्या एकाचवेळी गरम झाल्यामुळे डायलेक्ट्रिक हीटिंग विशेषत: समान आणि सौम्य कोरडे आवश्यक असलेल्या अनुप्रयोगांसाठी शिफारस केली जाते.हे समाधान अन्न, औद्योगिक आणि वैद्यकीय उद्योगांमध्ये उष्णता-संवेदनशील उत्पादने कोरडे करण्यासाठी त्यांच्या सर्व गुणधर्मांचे जतन करण्यासाठी सर्वात योग्य आहे.

हे लक्षात घेणे महत्त्वाचे आहे की डायलेक्ट्रिक किंवा सेमीकंडक्टरवर विद्युत क्षेत्राचा प्रभाव इलेक्ट्रोड आणि सामग्री दरम्यान थेट विद्युत संपर्क नसतानाही होतो. हे फक्त आवश्यक आहे की सामग्री इलेक्ट्रोड्स दरम्यान कार्य करणार्या विद्युत क्षेत्राच्या क्षेत्रामध्ये असणे आवश्यक आहे.

डायलेक्ट्रिक्स गरम करण्यासाठी उच्च-फ्रिक्वेंसी इलेक्ट्रिक फील्डचा वापर 1930 मध्ये प्रस्तावित करण्यात आला होता. उदाहरणार्थ, यूएस पेटंट 2,147,689 (1937 मध्ये बेल टेलिफोन लॅबोरेटरीजमध्ये दाखल) म्हणते: "सध्याचा शोध डायलेक्ट्रिक्ससाठी गरम यंत्राशी संबंधित आहे आणि सध्याच्या शोधाचा उद्देश अशा सामग्रीला एकसमान आणि मोठ्या प्रमाणात एकाच वेळी गरम करणे आहे."

दोन सपाट इलेक्ट्रोडच्या रूपात डायलेक्ट्रिकसह गरम करण्यासाठी उपकरणाचा सर्वात सोपा आकृती, ज्यावर पर्यायी व्होल्टेज लागू केला जातो आणि इलेक्ट्रोड्सच्या दरम्यान ठेवलेली गरम सामग्री आकृतीमध्ये दर्शविली आहे.

डायलेक्ट्रिक हीटिंग सर्किट

दाखवलेला आकृतीबंध आहे इलेक्ट्रिक कॅपेसिटर, ज्यामध्ये गरम केलेली सामग्री प्लेट्स दरम्यान इन्सुलेटर म्हणून कार्य करते.

सक्रिय उर्जा घटक सामग्रीद्वारे शोषलेल्या ऊर्जेचे प्रमाण निर्धारित केले जाते आणि खालील गुणोत्तरामध्ये आढळते:

P = USe·I कारणphi = USe2·w C tg डेल्टा,

जेथे UTo — कॅपेसिटरच्या प्लेट्सवरील व्होल्टेज; सी कॅपेसिटरची कॅपेसिटन्स आहे; टीजी डेल्टा - डायलेक्ट्रिक नुकसान कोन.

इंजेक्शन डेल्टा (डायलेक्ट्रिक नुकसानाचा कोन) 90 ° पर्यंत पूरक कोन fi (fi हा सक्रिय आणि प्रतिक्रियाशील शक्ती घटकांमधील विस्थापन कोन आहे) आणि सर्व डायलेक्ट्रिक हीटिंग उपकरणांमध्ये कोन 90 ° च्या जवळ असल्याने, आम्ही असे गृहीत धरू शकतो की कोसाइन phi अंदाजे स्पर्शिका डेल्टाच्या बरोबरीचे.

आदर्श लॉसलेस कॅपेसिटरसाठी, कोन fi = 90 °, म्हणजे वर्तमान आणि व्होल्टेज वेक्टर परस्पर लंब असतात आणि सर्किटमध्ये पूर्णपणे प्रतिक्रियाशील शक्ती.

पारंपारिक कॅपेसिटरसाठी शून्याव्यतिरिक्त डाईलेक्ट्रिक लॉस एंगलची उपस्थिती ही एक अवांछित घटना आहे कारण यामुळे उर्जेची हानी होते.

डायलेक्ट्रिक हीटिंग इंस्टॉलेशन्समध्ये, हेच तोटे आहेत जे एक उपयुक्त परिणाम दर्शवतात. नुकसान कोन डेल्टा = 0 सह अशा स्थापनेचे ऑपरेशन शक्य नाही.

सपाट समांतर इलेक्ट्रोडसाठी (फ्लॅट कॅपेसिटर), इलेक्ट्रोड्समधील सामग्रीच्या प्रति युनिट व्हॉल्यूमची शक्ती सूत्राद्वारे मोजली जाऊ शकते.

Py = 0.555·e daTgdelta,

जेथे f वारंवारता आहे, MHz; रु — विशिष्ट शोषलेली शक्ती, W/cm3, e — विद्युत क्षेत्राची ताकद, kv/cm; da = e/do हा सामग्रीचा सापेक्ष डायलेक्ट्रिक स्थिरांक आहे.

हे Y आहे तुलना दर्शवते की डायलेक्ट्रिक हीटिंगची कार्यक्षमता याद्वारे निर्धारित केली जाते:

• इंस्टॉलेशनद्वारे व्युत्पन्न केलेल्या इलेक्ट्रिक फील्डचे पॅरामीटर्स (e आणि f);

• साहित्याचे विद्युत गुणधर्म (डायलेक्ट्रिक नुकसान स्पर्शिका आणि सामग्रीचा सापेक्ष डायलेक्ट्रिक स्थिरांक).

सूत्राचे विश्लेषण दर्शविल्याप्रमाणे, विद्युत क्षेत्राच्या वाढत्या ताकद आणि वारंवारतेसह स्थापनेची कार्यक्षमता वाढते. व्यवहारात, हे काही मर्यादेतच शक्य आहे.

4-5 मेगाहर्ट्झपेक्षा जास्त वारंवारतेवर, उच्च-फ्रिक्वेंसी जनरेटर-कन्व्हर्टरची विद्युत कार्यक्षमता झपाट्याने कमी होते, म्हणून उच्च फ्रिक्वेन्सीचा वापर आर्थिकदृष्ट्या फायदेशीर ठरतो.

विद्युत क्षेत्राच्या ताकदीचे सर्वोच्च मूल्य प्रत्येक विशिष्ट प्रकारच्या प्रक्रिया केलेल्या सामग्रीसाठी तथाकथित ब्रेकडाउन फील्ड सामर्थ्याद्वारे निर्धारित केले जाते.

जेव्हा ब्रेकडाउन फील्डची ताकद गाठली जाते, तेव्हा एकतर सामग्रीच्या अखंडतेचे स्थानिक उल्लंघन किंवा इलेक्ट्रोड आणि सामग्रीच्या पृष्ठभागाच्या दरम्यान इलेक्ट्रिक आर्कची घटना घडते. या संदर्भात, कार्यरत क्षेत्राची ताकद नेहमी ब्रेकडाउनपेक्षा कमी असणे आवश्यक आहे.

सामग्रीचे विद्युत गुणधर्म केवळ त्याच्या भौतिक स्वरूपावरच अवलंबून नाहीत, तर त्याच्या स्थितीचे वैशिष्ट्य दर्शविणारे परिवर्तनीय पॅरामीटर्सवर देखील अवलंबून असतात - तापमान, आर्द्रता, दाब इ.

हे पॅरामीटर्स तांत्रिक प्रक्रियेदरम्यान बदलतात, जे डायलेक्ट्रिक हीटिंग डिव्हाइसेसची गणना करताना विचारात घेतले पाहिजेत. केवळ या सर्व घटकांचा त्यांच्या परस्परसंवादात आणि बदलाचा योग्य विचार करून, उद्योगात डायलेक्ट्रिक हीटिंग उपकरणांचा आर्थिक आणि तांत्रिकदृष्ट्या फायदेशीर वापर सुनिश्चित केला जाऊ शकतो.

उच्च-फ्रिक्वेंसी ग्लू प्रेस हे एक उपकरण आहे जे डायलेक्ट्रिक हीटिंग वापरते, उदाहरणार्थ, लाकडाच्या ग्लूइंगला गती देण्यासाठी. डिव्हाइस स्वतःच एक नियमित गोंद प्रेस आहे. तथापि, त्यात चिकटवलेल्या भागामध्ये उच्च-फ्रिक्वेंसी इलेक्ट्रिक फील्ड तयार करण्यासाठी विशेष इलेक्ट्रोड देखील आहेत. फील्ड त्वरीत (काही दहा सेकंदात) उत्पादनाचे तापमान वाढवते, सामान्यतः 50 - 70 डिग्री सेल्सियस पर्यंत. यामुळे गोंद कोरडे होण्यास लक्षणीय गती येते.

उच्च-फ्रिक्वेंसी हीटिंगच्या विपरीत, मायक्रोवेव्ह हीटिंग हे 100 मेगाहर्ट्झपेक्षा जास्त वारंवारता असलेले डायलेक्ट्रिक हीटिंग असते आणि इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लहरी एका लहान उत्सर्जकातून उत्सर्जित केल्या जाऊ शकतात आणि स्पेसमधून एखाद्या वस्तूकडे निर्देशित केल्या जाऊ शकतात.

आधुनिक मायक्रोवेव्ह ओव्हन हाय फ्रिक्वेन्सी हीटर्सपेक्षा जास्त फ्रिक्वेन्सीवर इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लहरी वापरतात. ठराविक होम मायक्रोवेव्ह 2.45 GHz श्रेणीत कार्य करतात, परंतु 915 MHz मायक्रोवेव्ह देखील आहेत. याचा अर्थ मायक्रोवेव्ह हीटिंगमध्ये वापरल्या जाणार्‍या रेडिओ लहरींची तरंगलांबी 0.1 सेमी ते 10 सेमी आहे.

मायक्रोवेव्ह ओव्हनमध्ये मायक्रोवेव्ह ऑसिलेशनची निर्मिती होते मॅग्नेट्रॉन्ससह.

प्रत्येक डायलेक्ट्रिक हीटिंग इन्स्टॉलेशनमध्ये फ्रिक्वेंसी कन्व्हर्टर जनरेटर आणि इलेक्ट्रोथर्मल डिव्हाइस असते — विशेष आकाराच्या प्लेट्ससह कॅपेसिटर. कारण डायलेक्ट्रिक हीटिंगसाठी उच्च वारंवारता (शेकडो किलोहर्ट्झपासून मेगाहर्ट्झच्या युनिट्सपर्यंत) आवश्यक असते.

उच्च-फ्रिक्वेंसी करंट्ससह डायलेक्ट्रिक सामग्री गरम करण्यासाठी तंत्रज्ञानाचे सर्वात महत्त्वाचे कार्य म्हणजे संपूर्ण प्रक्रिया प्रक्रियेदरम्यान आवश्यक मोड सुनिश्चित करणे. या समस्येचे निराकरण या वस्तुस्थितीमुळे गुंतागुंतीचे आहे की गरम, कोरडे किंवा सामग्रीचे विद्युत गुणधर्म बदलतात. सामग्रीच्या स्थितीतील इतर बदलांच्या परिणामी. याचा परिणाम म्हणजे प्रक्रियेच्या थर्मल शासनाचे उल्लंघन आणि दिवा जनरेटरच्या ऑपरेशनच्या मोडमध्ये बदल.

दोन्ही घटक महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावतात. म्हणून, उच्च-फ्रिक्वेंसी प्रवाहांसह डायलेक्ट्रिक सामग्री गरम करण्यासाठी तंत्रज्ञान विकसित करताना, प्रक्रिया केलेल्या सामग्रीच्या गुणधर्मांचा काळजीपूर्वक अभ्यास करणे आवश्यक आहे आणि या गुणधर्मांमधील बदलांचे संपूर्ण तांत्रिक चक्रात विश्लेषण करणे आवश्यक आहे.

सामग्रीचा डायलेक्ट्रिक स्थिरांक त्याच्या भौतिक गुणधर्मांवर, तापमान, आर्द्रता आणि विद्युत क्षेत्राच्या मापदंडांवर अवलंबून असतो. डायलेक्ट्रिक स्थिरांक सामान्यतः सामग्री सुकल्यावर कमी होतो आणि काही प्रकरणांमध्ये दहापट बदलू शकतो.

बर्‍याच सामग्रीसाठी, डायलेक्ट्रिक स्थिरांकाची वारंवारता अवलंबित्व कमी उच्चारले जाते आणि केवळ काही प्रकरणांमध्येच विचारात घेतले पाहिजे. त्वचेसाठी, उदाहरणार्थ, कमी-फ्रिक्वेंसी प्रदेशात हे अवलंबित्व लक्षणीय आहे, परंतु वारंवारता वाढते म्हणून ते नगण्य होते.

आधीच नमूद केल्याप्रमाणे, सामग्रीचा डायलेक्ट्रिक स्थिरांक तापमान बदलांवर अवलंबून असतो जो नेहमी कोरडे आणि गरम प्रक्रियेसह असतो.

प्रक्रियेदरम्यान डायलेक्ट्रिक नुकसानाच्या कोनाची स्पर्शिका देखील स्थिर राहत नाही आणि याचा तांत्रिक प्रक्रियेवर महत्त्वपूर्ण प्रभाव पडतो, कारण डेल्टा स्पर्शिका पर्यायी विद्युत क्षेत्राची उर्जा शोषून घेण्याची सामग्रीची क्षमता दर्शवते.

मोठ्या प्रमाणात, डायलेक्ट्रिक नुकसान कोनाची स्पर्शिका सामग्रीच्या आर्द्रतेवर अवलंबून असते. काही सामग्रीसाठी, मशिनिंग प्रक्रियेच्या शेवटी स्पर्शिकेचा डेल्टा त्याच्या सुरुवातीच्या मूल्यापेक्षा शंभर पटीने बदलतो. तर, उदाहरणार्थ, यार्नसाठी, जेव्हा आर्द्रता 70 ते 8% पर्यंत बदलते, तेव्हा शोषण कोनाची स्पर्शिका 200 पट कमी होते.

सामग्रीचे एक महत्त्वाचे वैशिष्ट्य आहे ब्रेकडाउन इलेक्ट्रिक फील्ड तणाव या सामग्रीद्वारे परवानगी आहे.

इलेक्ट्रिक फील्डच्या ब्रेकडाउन सामर्थ्यामध्ये वाढ कॅपेसिटर प्लेट्सवरील व्होल्टेज वाढविण्याची शक्यता मर्यादित करते आणि अशा प्रकारे स्थापित केल्या जाऊ शकणाऱ्या शक्तीची वरची मर्यादा निर्धारित करते.

सामग्रीचे तापमान आणि आर्द्रता, तसेच विद्युत क्षेत्राची वारंवारता वाढल्याने ब्रेकडाउन फील्डची ताकद कमी होते.

वाळवण्याच्या प्रक्रियेदरम्यान सामग्रीच्या इलेक्ट्रिकल पॅरामीटर्समधील बदलांसह देखील पूर्वनिर्धारित तांत्रिक मोड सुनिश्चित करण्यासाठी, जनरेटरचा ऑपरेटिंग मोड समायोजित करणे आवश्यक आहे. जनरेटरच्या ऑपरेटिंग मोडमध्ये योग्य बदल करून, संपूर्ण ऑपरेटिंग सायकल दरम्यान इष्टतम परिस्थिती प्राप्त करणे आणि स्थापनेची उच्च कार्यक्षमता प्राप्त करणे शक्य आहे.

कार्यरत कंडेनसरची रचना गरम केलेल्या भागांचे आकार आणि आकार, गरम केलेल्या सामग्रीचे गुणधर्म, तांत्रिक प्रक्रियेचे स्वरूप आणि शेवटी, उत्पादनाच्या प्रकाराद्वारे निर्धारित केले जाते.

सर्वात सोप्या बाबतीत, त्यात एकमेकांना समांतर दोन किंवा अधिक सपाट प्लेट्स असतात. प्लेट्स क्षैतिज आणि उभ्या असू शकतात. सॉन लाकूड, स्लीपर, धागे, ग्लूइंग प्लायवुड सुकविण्यासाठी फ्लॅट इलेक्ट्रोडचा वापर प्रतिष्ठापनांमध्ये केला जातो.

हीटिंग मटेरियलची एकसमानता उपचारित ऑब्जेक्टच्या संपूर्ण व्हॉल्यूममध्ये विद्युत क्षेत्राच्या वितरणाच्या एकसमानतेवर अवलंबून असते.

सामग्रीच्या संरचनेत असमानतेची उपस्थिती, इलेक्ट्रोड आणि भागाच्या बाह्य पृष्ठभागामध्ये बदलणारे हवेचे अंतर, इलेक्ट्रोड्सच्या जवळ प्रवाहकीय वस्तुमान (धारक, आधार इ.) ची उपस्थिती यामुळे इलेक्ट्रिकचे असमान वितरण होते. फील्ड

म्हणून, सराव मध्ये, कार्यरत कॅपेसिटरसाठी विविध प्रकारचे डिझाइन पर्याय वापरले जातात, त्यापैकी प्रत्येक विशिष्ट तांत्रिक प्रक्रियेसाठी डिझाइन केलेले आहे.

उच्च-फ्रिक्वेंसी इलेक्ट्रिक फील्डमध्ये डायलेक्ट्रिकसह गरम करण्यासाठी इंस्टॉलेशन्समध्ये या इंस्टॉलेशन्समध्ये समाविष्ट असलेल्या उपकरणांच्या ऐवजी उच्च किंमतीत तुलनेने कमी कार्यक्षमता असते. म्हणून, अशा पद्धतीचा वापर केवळ सखोल अभ्यास केल्यानंतर आणि वेगवेगळ्या हीटिंग पद्धतींच्या आर्थिक आणि तांत्रिक निर्देशकांची तुलना केल्यानंतरच न्याय्य ठरू शकतो.

सर्व उच्च वारंवारता डायलेक्ट्रिक हीटिंग सिस्टमसाठी वारंवारता कनवर्टर आवश्यक आहे. अशा कन्व्हर्टरची एकूण कार्यक्षमता कॅपेसिटर प्लेट्सना पुरवलेल्या पॉवर आणि पॉवर ग्रिडमधून मिळालेल्या पॉवरचे गुणोत्तर म्हणून परिभाषित केली जाते.

उपयुक्त क्रियेच्या गुणांकाची मूल्ये 0.4 - 0.8 च्या श्रेणीत आहेत. कार्यक्षमतेचे प्रमाण वारंवारता कनवर्टरवरील लोडवर अवलंबून असते. नियमानुसार, जेव्हा ते सामान्यपणे लोड केले जाते तेव्हा कन्व्हर्टरची सर्वोच्च कार्यक्षमता प्राप्त होते.

डायलेक्ट्रिक हीटिंग इंस्टॉलेशन्सचे तांत्रिक आणि आर्थिक निर्देशक इलेक्ट्रोथर्मल डिव्हाइसच्या डिझाइनवर लक्षणीय अवलंबून असतात. नंतरचे योग्यरित्या निवडलेले डिझाइन उच्च कार्यक्षमता आणि मशीन वेळ घटक सुनिश्चित करते.

हे देखील पहा:

विद्युत क्षेत्रात डायलेक्ट्रिक्स

डायलेक्ट्रिक नुकसान काय आहे आणि ते कशामुळे होते

इलेक्ट्रिक हीटिंगचे मुख्य प्रकार