విద్యుద్వాహకాలను (విద్యుద్వాహక ఎండబెట్టడం) అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ తాపన పద్ధతుల యొక్క భౌతిక ఆధారం
పారిశ్రామిక సాంకేతిక ప్రక్రియలలో, డైలెక్ట్రిక్స్ మరియు సెమీకండక్టర్ల సమూహానికి చెందిన పదార్థాలను వేడి చేయడం తరచుగా అవసరం. అటువంటి పదార్థాల యొక్క సాధారణ ప్రతినిధులు వివిధ రకాల రబ్బరు, కలప, బట్టలు, ప్లాస్టిక్స్, కాగితం మొదలైనవి.
అటువంటి పదార్థాల ఎలెక్ట్రిక్ హీటింగ్ కోసం, ప్రత్యామ్నాయ విద్యుత్ క్షేత్రానికి గురైనప్పుడు డీఎలెక్ట్రిక్స్ మరియు సెమీకండక్టర్ల సామర్థ్యాన్ని ఉపయోగించుకునే సంస్థాపనలు ఉపయోగించబడతాయి.
ఈ సందర్భంలో విద్యుత్ క్షేత్రం యొక్క శక్తిలో కొంత భాగం తిరిగి పొందలేని విధంగా పోతుంది, వేడిగా మారుతుంది (విద్యుద్వాహక తాపనము) ఎందుకంటే తాపనము ఏర్పడుతుంది.
భౌతిక దృక్కోణం నుండి, ఈ దృగ్విషయం స్థానభ్రంశం శక్తి వినియోగం ద్వారా వివరించబడింది విద్యుత్ ఛార్జీలు పరమాణువులు మరియు అణువులలో, ఇది ప్రత్యామ్నాయ విద్యుత్ క్షేత్రం యొక్క చర్య వలన ఏర్పడుతుంది.
ఉత్పత్తి యొక్క మొత్తం వాల్యూమ్ యొక్క ఏకకాల తాపన కారణంగా విద్యుద్వాహక తాపన ప్రత్యేకంగా సమానంగా మరియు మృదువైన ఎండబెట్టడం అవసరమయ్యే అనువర్తనాల కోసం సిఫార్సు చేయబడింది.ఈ పరిష్కారం ఆహారం, పారిశ్రామిక మరియు వైద్య పరిశ్రమలలో వేడి-సెన్సిటివ్ ఉత్పత్తులను ఎండబెట్టడం కోసం వారి అన్ని లక్షణాలను సంరక్షించడానికి ఉత్తమంగా సరిపోతుంది.
విద్యుద్వాహక లేదా సెమీకండక్టర్పై విద్యుత్ క్షేత్రం యొక్క ప్రభావం ఎలక్ట్రోడ్లు మరియు పదార్థానికి మధ్య ప్రత్యక్ష విద్యుత్ సంబంధం లేనప్పుడు కూడా సంభవిస్తుందని గమనించడం ముఖ్యం. ఎలక్ట్రోడ్ల మధ్య పనిచేసే విద్యుత్ క్షేత్రం యొక్క ప్రాంతంలో పదార్థం ఉండటం మాత్రమే అవసరం.
విద్యుద్వాహకాలను వేడి చేయడానికి అధిక-పౌనఃపున్య విద్యుత్ క్షేత్రాల ఉపయోగం 1930లలో ప్రతిపాదించబడింది. ఉదాహరణకు, US పేటెంట్ 2,147,689 (1937లో బెల్ టెలిఫోన్ లాబొరేటరీస్కు దాఖలు చేయబడింది) ఇలా పేర్కొంది: "ప్రస్తుత ఆవిష్కరణ విద్యుద్వాహకాలను వేడి చేసే పరికరానికి సంబంధించినది మరియు ప్రస్తుత ఆవిష్కరణ యొక్క లక్ష్యం అటువంటి పదార్థాలను ఏకరీతిగా మరియు గణనీయంగా ఏకకాలంలో వేడి చేయడం."
రెండు ఫ్లాట్ ఎలక్ట్రోడ్ల రూపంలో డైఎలెక్ట్రిక్తో వేడి చేయడానికి పరికరం యొక్క సరళమైన రేఖాచిత్రం, దీనికి ప్రత్యామ్నాయ వోల్టేజ్ వర్తించబడుతుంది మరియు ఎలక్ట్రోడ్ల మధ్య వేడిచేసిన పదార్థం చిత్రంలో చూపబడింది.
విద్యుద్వాహక తాపన సర్క్యూట్
చూపిన రేఖాచిత్రం విద్యుత్ కెపాసిటర్, దీనిలో వేడిచేసిన పదార్థం ప్లేట్ల మధ్య అవాహకం వలె పనిచేస్తుంది.
యాక్టివ్ పవర్ కాంపోనెంట్ మెటీరియల్ ద్వారా శోషించబడిన శక్తి మొత్తం నిర్ణయించబడుతుంది మరియు కింది నిష్పత్తిలో కనుగొనబడుతుంది:
P = USe·I ఎందుకంటేphi = USe2·w C tg డెల్టా,
ఎక్కడ UTo - కెపాసిటర్ యొక్క ప్లేట్లపై వోల్టేజ్; C అనేది కెపాసిటర్ యొక్క కెపాసిటెన్స్; tg డెల్టా - విద్యుద్వాహక నష్టం కోణం.
ఇంజెక్షన్ డెల్టా (విద్యుద్వాహక నష్టాల కోణం) 90 ° వరకు కాంప్లిమెంటరీ యాంగిల్ fi (fi అనేది క్రియాశీల మరియు రియాక్టివ్ పవర్ భాగాల మధ్య స్థానభ్రంశం కోణం) మరియు అన్ని విద్యుద్వాహక తాపన పరికరాలలో కోణం 90 ° కి దగ్గరగా ఉంటుంది కాబట్టి, మేము కొసైన్ అని భావించవచ్చు. phi టాంజెంట్ డెల్టాకు దాదాపు సమానం.
ఆదర్శవంతమైన లాస్లెస్ కెపాసిటర్ కోసం, కోణం fi= 90 °, అంటే కరెంట్ మరియు వోల్టేజ్ వెక్టర్లు పరస్పరం లంబంగా ఉంటాయి మరియు సర్క్యూట్ పూర్తిగా రియాక్టివ్ పవర్.
సున్నా కాకుండా ఇతర విద్యుద్వాహక నష్టం కోణం ఉనికిని సంప్రదాయ కెపాసిటర్లకు అవాంఛనీయమైన దృగ్విషయం ఎందుకంటే ఇది శక్తి నష్టాలకు కారణమవుతుంది.
విద్యుద్వాహక తాపన సంస్థాపనలలో, ఉపయోగకరమైన ప్రభావాన్ని సూచించే ఈ నష్టాలు ఖచ్చితంగా ఉన్నాయి. నష్టం కోణం డెల్టా = 0 తో ఇటువంటి సంస్థాపనల ఆపరేషన్ సాధ్యం కాదు.
ఫ్లాట్ సమాంతర ఎలక్ట్రోడ్ల (ఫ్లాట్ కెపాసిటర్) కోసం, ఎలక్ట్రోడ్ల మధ్య పదార్థం యొక్క యూనిట్ వాల్యూమ్కు శక్తిని ఫార్ములా ద్వారా లెక్కించవచ్చు
Py = 0.555·e daTgdelta,
ఇక్కడ f అనేది ఫ్రీక్వెన్సీ, MHz; Ru - నిర్దిష్ట శోషించబడిన శక్తి, W / cm3, e - విద్యుత్ క్షేత్ర బలం, kv / cm; da = e / do అనేది పదార్థం యొక్క సాపేక్ష విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం.
ఇది YThe పోలిక విద్యుద్వాహక తాపన యొక్క సామర్థ్యం దీని ద్వారా నిర్ణయించబడుతుందని చూపిస్తుంది:
-
సంస్థాపన (e మరియు f) ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన విద్యుత్ క్షేత్రం యొక్క పారామితులు;
-
పదార్థాల విద్యుత్ లక్షణాలు (విద్యుద్వాహక నష్టం టాంజెంట్ మరియు పదార్థం యొక్క సాపేక్ష విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం).
ఫార్ములా యొక్క విశ్లేషణ చూపినట్లుగా, ఎలెక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ యొక్క పెరుగుతున్న బలం మరియు ఫ్రీక్వెన్సీతో సంస్థాపన యొక్క సామర్థ్యం పెరుగుతుంది. ఆచరణలో, ఇది కొన్ని పరిమితులలో మాత్రమే సాధ్యమవుతుంది.
4-5 MHz కంటే ఎక్కువ ఫ్రీక్వెన్సీ వద్ద, అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ జనరేటర్-కన్వర్టర్ యొక్క విద్యుత్ సామర్థ్యం బాగా తగ్గుతుంది, కాబట్టి అధిక పౌనఃపున్యాల ఉపయోగం ఆర్థికంగా లాభదాయకం కాదు.
ఎలెక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ బలం యొక్క అత్యధిక విలువ ప్రతి నిర్దిష్ట రకం ప్రాసెస్ చేయబడిన మెటీరియల్ కోసం బ్రేక్డౌన్ ఫీల్డ్ బలం అని పిలవబడే ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది.
బ్రేక్డౌన్ ఫీల్డ్ యొక్క బలం చేరుకున్నప్పుడు, పదార్థం యొక్క సమగ్రత యొక్క స్థానిక ఉల్లంఘన లేదా ఎలక్ట్రోడ్లు మరియు పదార్థం యొక్క ఉపరితలం మధ్య ఎలక్ట్రిక్ ఆర్క్ సంభవించడం. ఈ విషయంలో, పని క్షేత్రం యొక్క బలం ఎల్లప్పుడూ విచ్ఛిన్నం కంటే తక్కువగా ఉండాలి.
పదార్థం యొక్క విద్యుత్ లక్షణాలు దాని భౌతిక స్వభావంపై మాత్రమే కాకుండా, దాని స్థితిని వర్గీకరించే వేరియబుల్ పారామితులపై కూడా ఆధారపడి ఉంటాయి - ఉష్ణోగ్రత, తేమ, పీడనం మొదలైనవి.
ఈ పారామితులు సాంకేతిక ప్రక్రియలో మారుతాయి, విద్యుద్వాహక తాపన పరికరాలను లెక్కించేటప్పుడు ఇది పరిగణనలోకి తీసుకోవాలి. వారి పరస్పర చర్య మరియు మార్పులో ఈ కారకాలన్నింటినీ సరైన పరిశీలనతో మాత్రమే, పరిశ్రమలో విద్యుద్వాహక తాపన పరికరాల ఆర్థికంగా మరియు సాంకేతికంగా ప్రయోజనకరమైన ఉపయోగం నిర్ధారించబడుతుంది.
అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ గ్లూ ప్రెస్ అనేది విద్యుద్వాహక తాపనను ఉపయోగించే పరికరం, ఉదాహరణకు, కలపను అతికించడాన్ని వేగవంతం చేయడానికి. పరికరం కూడా చాలా చక్కని సాధారణ గ్లూ ప్రెస్. అయినప్పటికీ, అతుక్కోవాల్సిన భాగంలో అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ ఎలక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ను సృష్టించడానికి ఇది ప్రత్యేక ఎలక్ట్రోడ్లను కూడా కలిగి ఉంది. ఫీల్డ్ త్వరగా (కొన్ని పదుల సెకన్లలోపు) ఉత్పత్తి యొక్క ఉష్ణోగ్రతను పెంచుతుంది, సాధారణంగా 50 - 70 ° C. ఇది గ్లూ ఎండబెట్టడాన్ని గణనీయంగా వేగవంతం చేస్తుంది.
హై-ఫ్రీక్వెన్సీ హీటింగ్లా కాకుండా, మైక్రోవేవ్ హీటింగ్ అనేది 100 MHz కంటే ఎక్కువ ఫ్రీక్వెన్సీతో విద్యుద్వాహక తాపన, మరియు విద్యుదయస్కాంత తరంగాలు ఒక చిన్న ఉద్గారిణి నుండి విడుదల చేయబడతాయి మరియు అంతరిక్షం ద్వారా ఒక వస్తువు వైపు మళ్లించబడతాయి.
ఆధునిక మైక్రోవేవ్ ఓవెన్లు అధిక ఫ్రీక్వెన్సీ హీటర్ల కంటే చాలా ఎక్కువ పౌనఃపున్యాల వద్ద విద్యుదయస్కాంత తరంగాలను ఉపయోగిస్తాయి. సాధారణ గృహ మైక్రోవేవ్లు 2.45 GHz పరిధిలో పనిచేస్తాయి, అయితే 915 MHz మైక్రోవేవ్లు కూడా ఉన్నాయి. అంటే మైక్రోవేవ్ హీటింగ్లో ఉపయోగించే రేడియో తరంగాల తరంగదైర్ఘ్యం 0.1 సెం.మీ నుండి 10 సెం.మీ వరకు ఉంటుంది.
మైక్రోవేవ్ ఓవెన్లలో మైక్రోవేవ్ డోలనాల తరం జరుగుతుంది మాగ్నెట్రాన్లతో.
ప్రతి విద్యుద్వాహక తాపన సంస్థాపనలో ఫ్రీక్వెన్సీ కన్వర్టర్ జనరేటర్ మరియు ఎలక్ట్రోథర్మల్ పరికరం ఉంటాయి - ప్రత్యేకంగా ఆకారపు ప్లేట్లతో కూడిన కెపాసిటర్. విద్యుద్వాహక తాపనకు అధిక పౌనఃపున్యం అవసరం (వందల కిలోహెర్ట్జ్ నుండి మెగాహెర్ట్జ్ యూనిట్ల వరకు).
అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ కరెంట్లతో విద్యుద్వాహక పదార్థాలను వేడి చేయడానికి సాంకేతికత యొక్క అతి ముఖ్యమైన పని మొత్తం ప్రాసెసింగ్ ప్రక్రియలో అవసరమైన మోడ్ను నిర్ధారించడం.ఈ సమస్యకు పరిష్కారం తాపన, ఎండబెట్టడం లేదా సమయంలో పదార్థాల యొక్క విద్యుత్ లక్షణాలు మారడం ద్వారా సంక్లిష్టంగా ఉంటుంది. పదార్థం యొక్క స్థితిలో ఇతర మార్పుల ఫలితంగా. దీని యొక్క పరిణామం ప్రక్రియ యొక్క ఉష్ణ పాలన యొక్క ఉల్లంఘన మరియు దీపం జెనరేటర్ యొక్క ఆపరేషన్ మోడ్లో మార్పు.
రెండు కారకాలు ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తాయి. అందువల్ల, అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ కరెంట్లతో విద్యుద్వాహక పదార్థాలను వేడి చేయడానికి సాంకేతికతను అభివృద్ధి చేస్తున్నప్పుడు, ప్రాసెస్ చేయబడిన పదార్థం యొక్క లక్షణాలను జాగ్రత్తగా అధ్యయనం చేయాలి మరియు ఈ లక్షణాలలో మార్పు సాంకేతిక చక్రం అంతటా విశ్లేషించబడాలి.
పదార్థం యొక్క విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం దాని భౌతిక లక్షణాలు, ఉష్ణోగ్రత, తేమ మరియు విద్యుత్ క్షేత్ర పారామితులపై ఆధారపడి ఉంటుంది. పదార్థం ఆరిపోయినప్పుడు విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం సాధారణంగా తగ్గుతుంది మరియు కొన్ని సందర్భాల్లో పదులసార్లు మారవచ్చు.
చాలా పదార్థాలకు, విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ ఆధారపడటం తక్కువగా ఉచ్ఛరిస్తారు మరియు కొన్ని సందర్భాల్లో మాత్రమే పరిగణనలోకి తీసుకోవాలి. చర్మం కోసం, ఉదాహరణకు, తక్కువ-ఫ్రీక్వెన్సీ ప్రాంతంలో ఈ ఆధారపడటం ముఖ్యమైనది, అయితే ఫ్రీక్వెన్సీ పెరిగేకొద్దీ, ఇది చాలా తక్కువగా మారుతుంది.
ఇప్పటికే చెప్పినట్లుగా, పదార్థాల విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం ఎల్లప్పుడూ ఎండబెట్టడం మరియు తాపన ప్రక్రియలతో కూడిన ఉష్ణోగ్రత మార్పుపై ఆధారపడి ఉంటుంది.
ప్రాసెసింగ్ సమయంలో విద్యుద్వాహక నష్టాల కోణం యొక్క టాంజెంట్ కూడా స్థిరంగా ఉండదు మరియు ఇది సాంకేతిక ప్రక్రియ యొక్క కోర్సుపై గణనీయమైన ప్రభావాన్ని చూపుతుంది, ఎందుకంటే డెల్టా టాంజెంట్ ప్రత్యామ్నాయ విద్యుత్ క్షేత్రం యొక్క శక్తిని గ్రహించే పదార్థం యొక్క సామర్థ్యాన్ని వర్ణిస్తుంది.
చాలా వరకు, విద్యుద్వాహక నష్టం కోణం యొక్క టాంజెంట్ పదార్థం యొక్క తేమపై ఆధారపడి ఉంటుంది. కొన్ని పదార్థాల కోసం, టాంజెంట్ డెల్టా మ్యాచింగ్ ప్రక్రియ ముగిసే సమయానికి దాని ప్రారంభ విలువ నుండి అనేక వందల రెట్లు మారుతుంది. కాబట్టి, ఉదాహరణకు, నూలు కోసం, తేమ 70 నుండి 8% వరకు మారినప్పుడు, శోషణ కోణం యొక్క టాంజెంట్ 200 సార్లు తగ్గుతుంది.
పదార్థం యొక్క ముఖ్యమైన లక్షణం బ్రేక్డౌన్ విద్యుత్ క్షేత్ర ఒత్తిడి ఈ పదార్థం ద్వారా అనుమతించబడింది.
ఎలెక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ యొక్క బ్రేక్డౌన్ బలం పెరుగుదల కెపాసిటర్ ప్లేట్లపై వోల్టేజ్ని పెంచే అవకాశాన్ని పరిమితం చేస్తుంది మరియు తద్వారా ఇన్స్టాల్ చేయగల శక్తి యొక్క ఎగువ పరిమితిని నిర్ణయిస్తుంది.
పదార్థం యొక్క ఉష్ణోగ్రత మరియు తేమ పెరుగుదల, అలాగే విద్యుత్ క్షేత్రం యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ, బ్రేక్డౌన్ ఫీల్డ్ యొక్క బలం తగ్గడానికి దారితీస్తుంది.
ఎండబెట్టడం ప్రక్రియలో పదార్థం యొక్క విద్యుత్ పారామితులలో మార్పులతో కూడా ముందుగా నిర్ణయించిన సాంకేతిక మోడ్ను నిర్ధారించడానికి, జనరేటర్ యొక్క ఆపరేటింగ్ మోడ్ను సర్దుబాటు చేయడం అవసరం. జనరేటర్ యొక్క ఆపరేటింగ్ మోడ్లో సరైన మార్పుతో, మొత్తం ఆపరేటింగ్ చక్రంలో సరైన పరిస్థితులను సాధించడం మరియు సంస్థాపన యొక్క అధిక సామర్థ్యాన్ని సాధించడం సాధ్యమవుతుంది.
పని కండెన్సర్ రూపకల్పన వేడిచేసిన భాగాల ఆకారం మరియు పరిమాణం, వేడిచేసిన పదార్థం యొక్క లక్షణాలు, సాంకేతిక ప్రక్రియ యొక్క స్వభావం మరియు చివరకు, ఉత్పత్తి రకం ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది.
సరళమైన సందర్భంలో, ఇది ఒకదానికొకటి సమాంతరంగా రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ ఫ్లాట్ ప్లేట్లను కలిగి ఉంటుంది. ప్లేట్లు క్షితిజ సమాంతరంగా మరియు నిలువుగా ఉంటాయి. ఫ్లాట్ ఎలక్ట్రోడ్లు సాన్ కలప, స్లీపర్స్, నూలు, గ్లూయింగ్ ప్లైవుడ్ ఎండబెట్టడం కోసం సంస్థాపనలలో ఉపయోగిస్తారు.
తాపన పదార్థాల ఏకరూపత చికిత్స చేయబడిన వస్తువు యొక్క మొత్తం వాల్యూమ్ అంతటా విద్యుత్ క్షేత్రం యొక్క పంపిణీ యొక్క ఏకరూపతపై ఆధారపడి ఉంటుంది.
పదార్థం యొక్క నిర్మాణంలో అసమానత ఉనికి, ఎలక్ట్రోడ్ మరియు భాగం యొక్క బయటి ఉపరితలం మధ్య వేరియబుల్ గాలి గ్యాప్, ఎలక్ట్రోడ్ల దగ్గర వాహక ద్రవ్యరాశి (హోల్డర్లు, మద్దతు మొదలైనవి) ఉండటం విద్యుత్ యొక్క అసమాన పంపిణీకి దారి తీస్తుంది. ఫీల్డ్.
అందువల్ల, ఆచరణలో, పని చేసే కెపాసిటర్ల కోసం అనేక రకాల డిజైన్ ఎంపికలు ఉపయోగించబడతాయి, వీటిలో ప్రతి ఒక్కటి నిర్దిష్ట సాంకేతిక ప్రక్రియ కోసం రూపొందించబడింది.
అధిక-పౌనఃపున్య విద్యుత్ క్షేత్రంలో విద్యుద్వాహకముతో తాపనము కొరకు సంస్థాపనలు ఈ సంస్థాపనలలో చేర్చబడిన పరికరాల యొక్క అధిక ధరతో సాపేక్షంగా తక్కువ సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటాయి. అందువల్ల, అటువంటి పద్ధతి యొక్క ఉపయోగం వివిధ తాపన పద్ధతుల యొక్క ఆర్థిక మరియు సాంకేతిక సూచికల యొక్క సమగ్ర అధ్యయనం మరియు పోలిక తర్వాత మాత్రమే సమర్థించబడవచ్చు.
అన్ని అధిక ఫ్రీక్వెన్సీ విద్యుద్వాహక తాపన వ్యవస్థలకు ఫ్రీక్వెన్సీ కన్వర్టర్ అవసరం. అటువంటి కన్వర్టర్ల యొక్క మొత్తం సామర్థ్యం కెపాసిటర్ ప్లేట్లకు విద్యుత్ గ్రిడ్ నుండి పొందిన శక్తికి సరఫరా చేయబడిన శక్తి యొక్క నిష్పత్తిగా నిర్వచించబడింది.
ఉపయోగకరమైన చర్య యొక్క గుణకం యొక్క విలువలు 0.4 - 0.8 పరిధిలో ఉంటాయి. సామర్థ్యం మొత్తం ఫ్రీక్వెన్సీ కన్వర్టర్పై లోడ్పై ఆధారపడి ఉంటుంది. నియమం ప్రకారం, కన్వర్టర్ యొక్క అత్యధిక సామర్థ్యం సాధారణంగా లోడ్ అయినప్పుడు సాధించబడుతుంది.
విద్యుద్వాహక తాపన సంస్థాపనల యొక్క సాంకేతిక మరియు ఆర్థిక సూచికలు గణనీయంగా ఎలెక్ట్రోథర్మల్ పరికరం రూపకల్పనపై ఆధారపడి ఉంటాయి. తరువాతి సరిగ్గా ఎంపిక చేయబడిన డిజైన్ అధిక సామర్థ్యం మరియు యంత్ర సమయ కారకాన్ని నిర్ధారిస్తుంది.
ఇది కూడ చూడు:
ఎలెక్ట్రిక్ ఫీల్డ్లో డైలెక్ట్రిక్స్