डाइलेक्ट्रिक्स (ढांकता हुआ सुखाने) के उच्च आवृत्ति ताप के तरीकों का भौतिक आधार

औद्योगिक तकनीकी प्रक्रियाओं में, अक्सर डाइलेक्ट्रिक्स और सेमीकंडक्टर्स के समूह से संबंधित सामग्रियों को गर्म करना आवश्यक होता है। ऐसी सामग्रियों के विशिष्ट प्रतिनिधि विभिन्न प्रकार के रबर, लकड़ी, कपड़े, प्लास्टिक, कागज आदि हैं।

ऐसी सामग्रियों के विद्युत ताप के लिए, प्रतिष्ठानों का उपयोग किया जाता है जो एक वैकल्पिक विद्युत क्षेत्र के संपर्क में आने पर ढांकता हुआ और अर्धचालक की क्षमता का उपयोग करते हैं।

ताप इसलिए होता है क्योंकि इस मामले में विद्युत क्षेत्र की ऊर्जा का हिस्सा अपरिवर्तनीय रूप से खो जाता है, गर्मी (ढांकता हुआ ताप) में बदल जाता है।

भौतिक दृष्टिकोण से, इस घटना को विस्थापन ऊर्जा की खपत से समझाया गया है विद्युत शुल्क परमाणुओं और अणुओं में, जो एक वैकल्पिक विद्युत क्षेत्र की क्रिया के कारण होता है।

उत्पाद की संपूर्ण मात्रा के एक साथ गर्म होने के कारण ढांकता हुआ हीटिंग विशेष रूप से समान और कोमल सुखाने की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए अनुशंसित।यह समाधान खाद्य, औद्योगिक और चिकित्सा उद्योगों में गर्मी के प्रति संवेदनशील उत्पादों को सुखाने के लिए उनके सभी गुणों को संरक्षित करने के लिए सबसे उपयुक्त है।

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि एक ढांकता हुआ या अर्धचालक पर विद्युत क्षेत्र का प्रभाव इलेक्ट्रोड और सामग्री के बीच सीधे विद्युत संपर्क की अनुपस्थिति में भी होता है। यह केवल जरूरी है कि सामग्री इलेक्ट्रोड के बीच कार्यरत विद्युत क्षेत्र के क्षेत्र में हो।

1930 के दशक में डाइलेक्ट्रिक्स को गर्म करने के लिए उच्च आवृत्ति वाले विद्युत क्षेत्रों का उपयोग प्रस्तावित किया गया था। उदाहरण के लिए, यू.एस. पेटेंट 2,147,689 (1937 में बेल टेलिफ़ोन प्रयोगशालाओं में दायर) कहता है: "वर्तमान आविष्कार डाइलेक्ट्रिक्स के लिए एक हीटिंग डिवाइस से संबंधित है, और वर्तमान आविष्कार का उद्देश्य ऐसी सामग्रियों को समान रूप से और काफी हद तक एक साथ गर्म करना है।"

दो फ्लैट इलेक्ट्रोड के रूप में एक ढांकता हुआ के साथ हीटिंग के लिए एक उपकरण का सबसे सरल आरेख जिसमें एक वैकल्पिक वोल्टेज लगाया जाता है और इलेक्ट्रोड के बीच रखी गई गर्म सामग्री को चित्र में दिखाया गया है।

ढांकता हुआ हीटिंग सर्किट

दिखाया गया आरेख है विद्युत संधारित्र, जिसमें गर्म सामग्री प्लेटों के बीच एक विसंवाहक के रूप में कार्य करती है।

सक्रिय शक्ति घटक सामग्री द्वारा अवशोषित ऊर्जा की मात्रा निर्धारित की जाती है और निम्न अनुपात में पाई जाती है:

P = USe·I क्योंकि phi = USe2·w C tg डेल्टा,

जहां यूटीओ - संधारित्र की प्लेटों पर वोल्टेज; सी संधारित्र का समाई है; टीजी डेल्टा - ढांकता हुआ नुकसान कोण।

इंजेक्शन डेल्टा (ढांकता हुआ नुकसान का कोण) पूरक कोण 90 ° तक (फाई सक्रिय और प्रतिक्रियाशील शक्ति घटकों के बीच विस्थापन कोण है) और चूंकि सभी ढांकता हुआ ताप उपकरणों में कोण 90 ° के करीब है, हम मान सकते हैं कि कोसाइन phi लगभग स्पर्शरेखा डेल्टा के बराबर है।

एक आदर्श दोषरहित संधारित्र के लिए, कोण f= 90 °, यानी करंट और वोल्टेज वैक्टर परस्पर लंबवत होते हैं और सर्किट में विशुद्ध रूप से होता है प्रतिक्रियाशील ऊर्जा.

शून्य के अलावा एक ढांकता हुआ नुकसान कोण की उपस्थिति पारंपरिक कैपेसिटर के लिए एक अवांछनीय घटना है क्योंकि यह ऊर्जा हानि का कारण बनती है।

ढांकता हुआ ताप प्रतिष्ठानों में, यह ठीक यही नुकसान हैं जो एक उपयोगी प्रभाव का प्रतिनिधित्व करते हैं। नुकसान कोण डेल्टा = 0 के साथ ऐसी स्थापनाओं का संचालन संभव नहीं है।

फ्लैट समानांतर इलेक्ट्रोड (फ्लैट कैपेसिटर) के लिए, इलेक्ट्रोड के बीच सामग्री की प्रति इकाई मात्रा की शक्ति सूत्र द्वारा गणना की जा सकती है

पाय = 0.555·ई डेटा डेल्टा,

जहाँ f आवृत्ति है, MHz; आरयू - विशिष्ट अवशोषित शक्ति, डब्ल्यू / सेमी 3, ई - विद्युत क्षेत्र की ताकत, केवी / सेमी; da = e / do सामग्री का सापेक्ष ढांकता हुआ स्थिरांक है।

यह है वाईतुलना से पता चलता है कि ढांकता हुआ हीटिंग की दक्षता निम्न द्वारा निर्धारित की जाती है:

• स्थापना (ई और एफ) द्वारा उत्पन्न विद्युत क्षेत्र के पैरामीटर;

• सामग्री के विद्युत गुण (ढांकता हुआ नुकसान स्पर्शरेखा और सामग्री के सापेक्ष ढांकता हुआ स्थिरांक).

जैसा कि सूत्र के विश्लेषण से पता चलता है, विद्युत क्षेत्र की बढ़ती ताकत और आवृत्ति के साथ स्थापना की दक्षता बढ़ जाती है। व्यवहार में, यह केवल कुछ सीमाओं के भीतर ही संभव है।

4-5 मेगाहर्ट्ज से अधिक आवृत्ति पर, उच्च-आवृत्ति जनरेटर-कनवर्टर की विद्युत दक्षता तेजी से घट जाती है, इसलिए उच्च आवृत्तियों का उपयोग आर्थिक रूप से लाभहीन हो जाता है।

विद्युत क्षेत्र की ताकत का उच्चतम मूल्य प्रत्येक विशिष्ट प्रकार की संसाधित सामग्री के लिए तथाकथित ब्रेकडाउन क्षेत्र की ताकत से निर्धारित होता है।

जब ब्रेकडाउन क्षेत्र की ताकत पहुंच जाती है, तो सामग्री की अखंडता का स्थानीय उल्लंघन होता है, या इलेक्ट्रोड और सामग्री की सतह के बीच विद्युत चाप की घटना होती है। इस संबंध में, कार्य क्षेत्र की ताकत हमेशा ब्रेकडाउन की तुलना में कम होनी चाहिए।

सामग्री के विद्युत गुण न केवल इसकी भौतिक प्रकृति पर निर्भर करते हैं, बल्कि इसकी स्थिति - तापमान, आर्द्रता, दबाव, आदि की विशेषता वाले चर मापदंडों पर भी निर्भर करते हैं।

ये पैरामीटर तकनीकी प्रक्रिया के दौरान बदलते हैं, जिन्हें ढांकता हुआ ताप उपकरणों की गणना करते समय ध्यान में रखा जाना चाहिए। उनकी बातचीत और परिवर्तन में इन सभी कारकों के सही विचार से ही उद्योग में ढांकता हुआ ताप उपकरणों का आर्थिक और तकनीकी रूप से लाभप्रद उपयोग सुनिश्चित किया जा सकता है।

एक उच्च आवृत्ति गोंद प्रेस एक उपकरण है जो ढांकता हुआ हीटिंग का उपयोग करता है, उदाहरण के लिए, लकड़ी की ग्लूइंग को तेज करने के लिए। डिवाइस अपने आप में एक नियमित ग्लू प्रेस है। हालाँकि, इसमें चिपके होने वाले हिस्से में एक उच्च-आवृत्ति विद्युत क्षेत्र बनाने के लिए विशेष इलेक्ट्रोड भी होते हैं। क्षेत्र जल्दी से (कुछ सेकंड के भीतर) उत्पाद का तापमान बढ़ाता है, आमतौर पर 50 - 70 डिग्री सेल्सियस तक। यह गोंद के सूखने को काफी तेज करता है।

उच्च-आवृत्ति हीटिंग के विपरीत, माइक्रोवेव हीटिंग 100 मेगाहर्ट्ज से अधिक आवृत्ति के साथ ढांकता हुआ हीटिंग है, और विद्युत चुम्बकीय तरंगों को एक छोटे उत्सर्जक से उत्सर्जित किया जा सकता है और अंतरिक्ष के माध्यम से किसी वस्तु पर निर्देशित किया जा सकता है।

आधुनिक माइक्रोवेव ओवन उच्च आवृत्ति वाले हीटरों की तुलना में बहुत अधिक आवृत्तियों पर विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उपयोग करते हैं। विशिष्ट घरेलू माइक्रोवेव 2.45 गीगाहर्ट्ज़ रेंज में काम करते हैं, लेकिन 915 मेगाहर्ट्ज माइक्रोवेव भी हैं। इसका मतलब है कि माइक्रोवेव हीटिंग में प्रयुक्त रेडियो तरंगों की तरंग दैर्ध्य 0.1 सेमी से 10 सेमी तक होती है।

माइक्रोवेव ओवन में माइक्रोवेव दोलनों का निर्माण होता है मैग्नेट्रॉन के साथ.

प्रत्येक ढांकता हुआ ताप स्थापना में एक आवृत्ति कनवर्टर जनरेटर और एक इलेक्ट्रोथर्मल डिवाइस होता है - विशेष रूप से आकार की प्लेटों वाला एक संधारित्र। क्योंकि ढांकता हुआ हीटिंग के लिए उच्च आवृत्ति (सैकड़ों किलोहर्ट्ज़ से मेगाहर्ट्ज़ की इकाइयों तक) की आवश्यकता होती है।

उच्च-आवृत्ति धाराओं के साथ ढांकता हुआ सामग्री को गर्म करने की तकनीक का सबसे महत्वपूर्ण कार्य संपूर्ण प्रसंस्करण प्रक्रिया के दौरान आवश्यक मोड सुनिश्चित करना है। इस समस्या का समाधान इस तथ्य से जटिल है कि सामग्री के विद्युत गुण हीटिंग, सुखाने या के दौरान बदलते हैं सामग्री की स्थिति में अन्य परिवर्तनों के परिणामस्वरूप। इसका परिणाम प्रक्रिया के थर्मल शासन का उल्लंघन है और दीपक जनरेटर के संचालन के तरीके में बदलाव है।

दोनों कारक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। इसलिए, उच्च-आवृत्ति धाराओं के साथ ढांकता हुआ सामग्री को गर्म करने के लिए एक तकनीक विकसित करते समय, संसाधित सामग्री के गुणों का सावधानीपूर्वक अध्ययन किया जाना चाहिए और इन गुणों में परिवर्तन का पूरे तकनीकी चक्र में विश्लेषण किया जाना चाहिए।

किसी सामग्री का ढांकता हुआ स्थिरांक उसके भौतिक गुणों, तापमान, आर्द्रता और विद्युत क्षेत्र के मापदंडों पर निर्भर करता है। ढांकता हुआ स्थिरांक आमतौर पर घटता है क्योंकि सामग्री सूख जाती है और कुछ मामलों में दसियों बार बदल सकती है।

अधिकांश सामग्रियों के लिए, ढांकता हुआ स्थिरांक की आवृत्ति निर्भरता कम स्पष्ट होती है और केवल कुछ मामलों में इसे ध्यान में रखा जाना चाहिए। त्वचा के लिए, उदाहरण के लिए, यह निर्भरता निम्न-आवृत्ति क्षेत्र में महत्वपूर्ण है, लेकिन जैसे-जैसे आवृत्ति बढ़ती है, यह नगण्य हो जाती है।

जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, सामग्री का ढांकता हुआ निरंतर तापमान परिवर्तन पर निर्भर करता है जो हमेशा सुखाने और हीटिंग प्रक्रियाओं के साथ होता है।

ढांकता हुआ नुकसान के कोण की स्पर्शरेखा भी प्रसंस्करण के दौरान स्थिर नहीं रहती है, और इसका तकनीकी प्रक्रिया के पाठ्यक्रम पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है, क्योंकि डेल्टा स्पर्शरेखा एक वैकल्पिक विद्युत क्षेत्र की ऊर्जा को अवशोषित करने के लिए सामग्री की क्षमता की विशेषता है।

काफी हद तक, ढांकता हुआ नुकसान कोण की स्पर्शरेखा सामग्री की नमी सामग्री पर निर्भर करती है। कुछ सामग्रियों के लिए, मशीनिंग प्रक्रिया के अंत तक स्पर्शरेखा डेल्टा अपने प्रारंभिक मूल्य से कई सौ गुना बदल जाता है। इसलिए, उदाहरण के लिए, यार्न के लिए, जब आर्द्रता 70 से 8% तक बदलती है, तो अवशोषण कोण की स्पर्शरेखा 200 गुना घट जाती है।

सामग्री की एक महत्वपूर्ण विशेषता है ब्रेकडाउन विद्युत क्षेत्र तनाव इस सामग्री द्वारा अनुमत।

विद्युत क्षेत्र की टूटने की शक्ति में वृद्धि संधारित्र प्लेटों पर वोल्टेज को बढ़ाने की संभावना को सीमित करती है और इस प्रकार स्थापित की जा सकने वाली शक्ति की ऊपरी सीमा निर्धारित करती है।

सामग्री के तापमान और आर्द्रता में वृद्धि, साथ ही विद्युत क्षेत्र की आवृत्ति, टूटने वाले क्षेत्र की ताकत में कमी की ओर ले जाती है।

सुखाने की प्रक्रिया के दौरान सामग्री के विद्युत मापदंडों में परिवर्तन के साथ भी एक पूर्व निर्धारित तकनीकी मोड सुनिश्चित करने के लिए, जनरेटर के ऑपरेटिंग मोड को समायोजित करना आवश्यक है। जनरेटर के ऑपरेटिंग मोड में सही बदलाव के साथ, पूरे ऑपरेटिंग चक्र के दौरान इष्टतम स्थिति प्राप्त करना और स्थापना की उच्च दक्षता प्राप्त करना संभव है।

काम करने वाले कंडेनसर का डिज़ाइन गर्म भागों के आकार और आकार, गर्म सामग्री के गुणों, तकनीकी प्रक्रिया की प्रकृति और अंत में, उत्पादन के प्रकार से निर्धारित होता है।

सबसे सरल मामले में, इसमें एक दूसरे के समानांतर दो या दो से अधिक समतल प्लेटें होती हैं। प्लेटें क्षैतिज और लंबवत हो सकती हैं। फ्लैट इलेक्ट्रोड का उपयोग लकड़ी, स्लीपर, यार्न, ग्लूइंग प्लाईवुड को सुखाने के लिए प्रतिष्ठानों में किया जाता है।

ताप सामग्री की एकरूपता उपचारित वस्तु के पूरे आयतन में विद्युत क्षेत्र के वितरण की एकरूपता पर निर्भर करती है।

सामग्री की संरचना में असमानता की उपस्थिति, इलेक्ट्रोड और भाग की बाहरी सतह के बीच एक चर वायु अंतर, इलेक्ट्रोड के पास प्रवाहकीय द्रव्यमान (धारकों, समर्थन, आदि) की उपस्थिति से बिजली का असमान वितरण होता है मैदान।

इसलिए, व्यवहार में, काम करने वाले कैपेसिटर के लिए विभिन्न प्रकार के डिज़ाइन विकल्पों का उपयोग किया जाता है, जिनमें से प्रत्येक को एक निश्चित तकनीकी प्रक्रिया के लिए डिज़ाइन किया गया है।

उच्च-आवृत्ति वाले विद्युत क्षेत्र में ढांकता हुआ हीटिंग के लिए प्रतिष्ठान इन प्रतिष्ठानों में शामिल उपकरणों की अपेक्षाकृत उच्च लागत पर अपेक्षाकृत कम दक्षता रखते हैं। इसलिए, विभिन्न ताप विधियों के आर्थिक और तकनीकी संकेतकों के गहन अध्ययन और तुलना के बाद ही इस तरह की विधि का उपयोग उचित ठहराया जा सकता है।

सभी उच्च आवृत्ति ढांकता हुआ हीटिंग सिस्टम के लिए एक आवृत्ति कनवर्टर आवश्यक है। ऐसे कन्वर्टर्स की समग्र दक्षता को कैपेसिटर प्लेटों को आपूर्ति की गई शक्ति के पावर ग्रिड से प्राप्त शक्ति के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है।

उपयोगी क्रिया के गुणांक के मान 0.4 - 0.8 की सीमा में हैं। दक्षता की मात्रा आवृत्ति कनवर्टर पर लोड पर निर्भर करती है। एक नियम के रूप में, कनवर्टर की उच्चतम दक्षता सामान्य रूप से लोड होने पर प्राप्त की जाती है।

ढांकता हुआ ताप प्रतिष्ठानों के तकनीकी और आर्थिक संकेतक इलेक्ट्रोथर्मल डिवाइस के डिजाइन पर महत्वपूर्ण रूप से निर्भर करते हैं। उत्तरार्द्ध का उचित रूप से चयनित डिज़ाइन उच्च दक्षता और मशीन समय कारक सुनिश्चित करता है।

यह सभी देखें:

एक विद्युत क्षेत्र में डाइलेक्ट्रिक्स

ढांकता हुआ नुकसान क्या है और इसका क्या कारण है

मुख्य प्रकार के इलेक्ट्रिक हीटिंग