ડાઇલેક્ટ્રિક હીટિંગ

ડાઇલેક્ટ્રિક હીટિંગ શું છે

ડાઇલેક્ટ્રિક હીટિંગ એ વૈકલ્પિક ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડમાં ડાઇલેક્ટ્રિક્સ અને સેમિકન્ડક્ટર્સની ગરમીનો સંદર્ભ આપે છે જેના પ્રભાવ હેઠળ ગરમ સામગ્રીનું ધ્રુવીકરણ થાય છે. ધ્રુવીકરણ એ સંકળાયેલ ચાર્જના વિસ્થાપનની પ્રક્રિયા છે, જે દરેક મેક્રોસ્કોપિક વોલ્યુમ તત્વ પર ઇલેક્ટ્રિક મોમેન્ટના દેખાવ તરફ દોરી જાય છે.

ધ્રુવીકરણને સ્થિતિસ્થાપક અને છૂટછાટમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે: સ્થિતિસ્થાપક (જડતા વિના) ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની ઊર્જા નક્કી કરે છે, અને છૂટછાટ (જડતા) ગરમ સામગ્રીમાં મુક્ત થતી ગરમી નક્કી કરે છે. બાહ્ય વિદ્યુત ક્ષેત્ર દ્વારા હળવા ધ્રુવીકરણમાં, અણુઓ, અણુઓ, ચાર્જ થયેલ સંકુલના આંતરિક બોન્ડ્સ ("ઘર્ષણ") ના દળોને દૂર કરવા માટે કાર્ય કરવામાં આવે છે. આ કામનો અડધો ભાગ ગરમીમાં રૂપાંતરિત થાય છે.

ડાઇલેક્ટ્રિકમાં પ્રકાશિત થતી શક્તિને સામાન્ય રીતે વોલ્યુમના એકમ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે અને સૂત્ર દ્વારા તેની ગણતરી કરવામાં આવે છે

જ્યાં γ એ સામગ્રીની જટિલ સંયોજક વાહકતા છે, EM એ સામગ્રીમાં ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની શક્તિ છે.

જટિલ વહન

અહીં, εr એ કુલ જટિલ ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંક છે.

ε' નો વાસ્તવિક ભાગ, જેને ડાઇલેક્ટ્રિક કોન્સ્ટન્ટ કહેવાય છે, તે સામગ્રીમાં સંગ્રહિત થઈ શકે તેવા ઊર્જાના જથ્થાને અસર કરે છે. ε « નો કાલ્પનિક ભાગ, જેને નુકશાન પરિબળ કહેવાય છે, તે સામગ્રીમાં વિખરાયેલી ઊર્જા (ઉષ્મા)નું માપ છે.

નુકસાનનું પરિબળ ધ્રુવીકરણ અને લિકેજ પ્રવાહ બંનેને કારણે સામગ્રીમાં વિખરાયેલી ઊર્જાને ધ્યાનમાં લે છે.

વ્યવહારમાં, ગણતરીઓ નુકશાન કોણ સ્પર્શક તરીકે ઓળખાતા મૂલ્યનો ઉપયોગ કરે છે:

નુકશાન કોણની સ્પર્શક ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઓસિલેશનની સંગ્રહિત ઊર્જાને ગરમ કરવા પર ખર્ચવામાં આવતી ઊર્જાનો ગુણોત્તર નક્કી કરે છે.

ઉપરોક્ત ધ્યાનમાં લેતા, વોલ્યુમેટ્રિક ચોક્કસ સક્રિય શક્તિ, W/m3:

અથવા

આમ, ચોક્કસ વોલ્યુમ પાવર ગરમ સામગ્રી, આવર્તન અને નુકશાન પરિબળમાં ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની મજબૂતાઈના ચોરસના પ્રમાણસર છે.

ગરમ સામગ્રીમાં ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડની મજબૂતાઈ લાગુ વોલ્ટેજ, ડાઇલેક્ટ્રિક સતત ε ', ક્ષેત્ર બનાવે છે તે ઇલેક્ટ્રોડ્સનું સ્થાન અને આકાર પર આધાર રાખે છે. વ્યવહારમાં કેટલાક સૌથી સામાન્ય કિસ્સાઓ માટે, ઇલેક્ટ્રોડ્સનું સ્થાન, ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની મજબૂતાઈ આકૃતિ 1 માં બતાવેલ સૂત્રો દ્વારા ગણવામાં આવે છે.

ચોખા. 1. ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડની મજબૂતાઈની ગણતરી માટે: a — નળાકાર કેપેસિટર, b — ફ્લેટ સિંગલ-લેયર કૅપેસિટર, c, d — ફ્લેટ મલ્ટિલેયર કૅપેસિટર, સામગ્રીના સ્તરોની ગોઠવણી સાથે, અનુક્રમે, ટ્રાંસવર્સ અને ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ સાથે .

એ નોંધવું જોઈએ કે એમની મર્યાદા મહત્તમ મૂલ્ય ગરમ સામગ્રીની વિદ્યુત શક્તિ દ્વારા મર્યાદિત છે. વોલ્ટેજ બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજના અડધા કરતા વધુ ન હોવો જોઈએ.અનાજ અને શાકભાજીના પાકોના બીજની ક્ષમતા (5 … 10) 103 V/m, લાકડા માટે — (5 … 40) 103 V/m, પોલીવિનાઇલ ક્લોરાઇડ — (1 … 10) 105 V/m ની શ્રેણીમાં લેવામાં આવે છે.

નુકશાન ગુણાંક ε « સામગ્રીની રાસાયણિક રચના અને માળખું, તેના તાપમાન અને ભેજનું પ્રમાણ, સામગ્રીમાં ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની આવર્તન અને શક્તિ પર આધારિત છે.

સામગ્રીની ડાઇલેક્ટ્રિક હીટિંગ લાક્ષણિકતાઓ

ડાઇલેક્ટ્રિક હીટિંગનો ઉપયોગ વિવિધ ઉદ્યોગો અને કૃષિમાં થાય છે.

ડાઇલેક્ટ્રિક હીટિંગની મુખ્ય લાક્ષણિકતાઓ નીચે મુજબ છે.

1. ગરમ સામગ્રીમાં જ ગરમી છોડવામાં આવે છે, જે દસ અને સેંકડો વખત (સંવાહક ગરમીની તુલનામાં) દ્વારા ગરમીને વેગ આપવાનું શક્ય બનાવે છે. આ ખાસ કરીને ઓછી થર્મલ વાહકતા (લાકડું, અનાજ, પ્લાસ્ટિક વગેરે) માટે નોંધપાત્ર છે. ).

2. ડાઇલેક્ટ્રિક હીટિંગ પસંદગીયુક્ત છે: ચોક્કસ વોલ્યુમેટ્રિક પાવર અને, તે મુજબ, અસંગત સામગ્રીના દરેક ઘટકનું તાપમાન અલગ છે. આ કાર્યનો ઉપયોગ કૃષિમાં થાય છે, ઉદાહરણ તરીકે અનાજને જંતુનાશક કરવામાં અને રેશમના કીડાને અથાણાંમાં,

3. ડાઇલેક્ટ્રિક સૂકવણી દરમિયાન, સામગ્રીની અંદર ગરમી છોડવામાં આવે છે અને તેથી કેન્દ્રમાં તાપમાન પરિઘ કરતા વધારે હોય છે. સામગ્રીની અંદરનો ભેજ ભીનામાંથી સૂકા અને ગરમથી ઠંડા તરફ જાય છે. તેથી, સંવહન સૂકવણી દરમિયાન, સામગ્રીની અંદરનું તાપમાન પરિઘ કરતાં ઓછું હોય છે, અને તાપમાનના ઢાળને કારણે ભેજનો પ્રવાહ સપાટી પર જતા ભેજને અટકાવે છે. આ સંવહન સૂકવણીની અસરકારકતાને મોટા પ્રમાણમાં ઘટાડે છે. ડાઇલેક્ટ્રિક સૂકવણીમાં, તાપમાનના તફાવત અને ભેજનું પ્રમાણ એકરૂપ થવાને કારણે ભેજનું પ્રવાહ વધે છે.ડાઇલેક્ટ્રિક સૂકવણીનો આ મુખ્ય ફાયદો છે.

4. જ્યારે ઉચ્ચ આવર્તન સાથે ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડમાં ગરમી અને સૂકવણી થાય છે, ત્યારે નુકશાન ગુણાંક ઘટે છે અને તે મુજબ, ગરમીના પ્રવાહની શક્તિ. પાવરને જરૂરી સ્તરે રાખવા માટે, તમારે કેપેસિટરને પૂરા પાડવામાં આવેલ આવર્તન અથવા વોલ્ટેજ બદલવાની જરૂર છે.

ડાઇલેક્ટ્રિક હીટિંગ ઇન્સ્ટોલેશન્સ

ઉદ્યોગ એક અથવા અનેક પ્રકારના ઉત્પાદનોની હીટ ટ્રીટમેન્ટ તેમજ સામાન્ય ઉપયોગ માટેના સ્થાપનો બંને વિશિષ્ટ ઉચ્ચ-આવર્તન સ્થાપનોનું ઉત્પાદન કરે છે. આ તફાવતો હોવા છતાં, તમામ ઉચ્ચ-આવર્તન સ્થાપનોમાં સમાન માળખાકીય રેખાકૃતિ (ફિગ. 2) હોય છે.

ઉચ્ચ-આવર્તન ઉપકરણના કાર્યકારી કેપેસિટરમાં સામગ્રીને ગરમ કરવામાં આવે છે 1. ઉચ્ચ-આવર્તન વોલ્ટેજ વર્કિંગ કેપેસિટરને મધ્યવર્તી ઓસીલેટીંગ સર્કિટ 2 ના બ્લોક દ્વારા પૂરા પાડવામાં આવે છે, જે પાવર રેગ્યુલેશન અને જનરેટર રેગ્યુલેશન 3 માટે રચાયેલ છે. લેમ્પ જનરેટર 3. ઉચ્ચ આવર્તન વૈકલ્પિક વોલ્ટેજમાં, સેમિકન્ડક્ટર રેક્ટિફાયર 4 થી પ્રાપ્ત થયેલ ડાયરેક્ટ વોલ્ટેજ. તે જ સમયે, ઓછામાં ઓછા 20 ... 40% રેક્ટિફાયરમાંથી પ્રાપ્ત થતી તમામ ઊર્જા લેમ્પ જનરેટરમાં ખર્ચવામાં આવે છે.

મોટાભાગની ઉર્જા દીવોના એનોડ પર ખોવાઈ જાય છે, જેને પાણીથી ઠંડુ કરવું આવશ્યક છે. લેમ્પનો એનોડ પૃથ્વી 5 … 15 kV ના સંદર્ભમાં પૂરો પાડવામાં આવે છે, તેથી ઠંડક પાણીના અલગ પુરવઠાની સિસ્ટમ ખૂબ જટિલ છે. ટ્રાન્સફોર્મર 5 એ નેટવર્ક વોલ્ટેજને 6 ... 10 kV સુધી વધારવા અને જનરેટર અને ઇલેક્ટ્રિકલ નેટવર્ક વચ્ચેના વાહક જોડાણને ડિસ્કનેક્ટ કરવા માટે રચાયેલ છે. બ્લોક 6 નો ઉપયોગ ઇન્સ્ટોલેશનને ચાલુ અને બંધ કરવા, ક્રમિક રીતે તકનીકી કામગીરી કરવા અને કટોકટી સ્થિતિઓ સામે રક્ષણ કરવા માટે થાય છે.

ડાયઇલેક્ટ્રિક હીટિંગ ઇન્સ્ટોલેશન જનરેટરની શક્તિ અને આવર્તનમાં, પ્રોસેસ્ડ સામગ્રીને ખસેડવા અને પકડી રાખવા માટે તેમજ તેના પર યાંત્રિક અસર માટે રચાયેલ સહાયક સાધનોના નિર્માણમાં એકબીજાથી અલગ પડે છે.

ચોખા. 2. ઉચ્ચ-આવર્તન ઇન્સ્ટોલેશનનો બ્લોક ડાયાગ્રામ: 1 — લોડ કેપેસિટર સાથે ઉચ્ચ-આવર્તન ઉપકરણ, 2 — પાવર રેગ્યુલેટર સાથે મધ્યવર્તી ઓસિલેટીંગ સર્કિટનો એક બ્લોક, કેપેસિટેન્સ અને ઇન્ડક્ટન્સને ટ્રિમિંગ, 3 — એનોડ અને નેટવર્કને અલગ કરીને લેમ્પ જનરેટર સર્કિટ, 4 — સેમિકન્ડક્ટર રેક્ટિફાયર : 5 — સ્ટેપ-અપ ટ્રાન્સફોર્મર, c — બ્લૉક જે ઇન્સ્ટોલેશનને અસામાન્ય ઑપરેટિંગ મોડ્સથી સુરક્ષિત કરે છે.

ઉદ્યોગ વિવિધ હેતુઓ માટે મોટી સંખ્યામાં ઉચ્ચ-આવર્તન સ્થાપનોનું ઉત્પાદન કરે છે. ઉત્પાદનોની ગરમીની સારવાર માટે, સીરીયલ ઉચ્ચ-આવર્તન જનરેટરનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જેના માટે વિશિષ્ટ ઉપકરણો બનાવવામાં આવે છે.

ડાઇલેક્ટ્રિક સાથે ગરમ કરવા માટે જનરેટર પસંદ કરવાનું તેની શક્તિ અને આવર્તન નક્કી કરવા માટે નીચે આવે છે.

ઉચ્ચ-આવર્તન જનરેટરની ઓસીલેટીંગ પાવર Pg એ વર્કિંગ કેપેસિટર અને મધ્યવર્તી ઓસીલેટીંગ સર્કિટના બ્લોકમાં થતા નુકસાનના મૂલ્ય દ્વારા સામગ્રીની હીટ ટ્રીટમેન્ટ માટે જરૂરી હીટ ફ્લો Ф કરતા વધારે હોવી જોઈએ:

જ્યાં ηk એ વર્કિંગ કેપેસિટરની કાર્યક્ષમતા છે, જે હીટ ટ્રાન્સફર સપાટીના ક્ષેત્રફળ, હીટ ટ્રાન્સફર ગુણાંક અને સામગ્રી અને મધ્યમ વચ્ચેના તાપમાનના તફાવતના આધારે છે ηk = 0.8 ... 0.9, ηe એ વિદ્યુત કાર્યક્ષમતા છે. ઓસીલેટીંગ સર્કિટ ηe = 0.65 ... 0 , 7, ηl — કાર્યક્ષમતા, ઉચ્ચ-આવર્તન કનેક્ટિંગ વાયરમાં થતા નુકસાનને ધ્યાનમાં લેતા ηl = 0.9 … 0.95.

ગ્રીડમાંથી જનરેટર દ્વારા વીજ વપરાશ:

અહીં ηg એ જનરેટરની કાર્યક્ષમતા ηg = 0.65 … 0.85 છે.

ઉચ્ચ-આવર્તન ઇન્સ્ટોલેશનની કુલ કાર્યક્ષમતા તેના તમામ એકમોની કાર્યક્ષમતાના ઉત્પાદન દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે અને તે 0.3 ... ... 0.5 ની બરાબર છે.

આવી ઓછી કાર્યક્ષમતા એ એક મહત્વપૂર્ણ પરિબળ છે જે કૃષિ ઉત્પાદનમાં ડાઇલેક્ટ્રિક હીટિંગના વ્યાપક ઉપયોગને અટકાવે છે.

જનરેટર દ્વારા વિખરાયેલી ગરમીનો ઉપયોગ કરીને ઉચ્ચ આવર્તન સ્થાપનોની ઉર્જા કામગીરીને સુધારી શકાય છે.

જ્યારે ડાયઇલેક્ટ્રિક્સ અને સેમિકન્ડક્ટર્સને ગરમ કરવામાં આવે ત્યારે પ્રવાહની આવૃત્તિ જરૂરી ઉષ્મા પ્રવાહ F ના આધારે પસંદ કરવામાં આવે છે. કૃષિ ઉત્પાદનોની હીટ ટ્રીટમેન્ટમાં, ચોક્કસ વોલ્યુમ પ્રવાહ હીટિંગ અને સૂકવણીના અનુમતિપાત્ર દર દ્વારા મર્યાદિત હોય છે. વર્ક કેપેસિટરમાં દળોના સંતુલનમાંથી અમારી પાસે છે

જ્યાં V એ ગરમ સામગ્રીનું પ્રમાણ છે, m3.

ન્યુનત્તમ આવર્તન કે જેના પર તકનીકી પ્રક્રિયા આપેલ ઝડપે થાય છે:

જ્યાં Emax એ સામગ્રીમાં મહત્તમ સ્વીકાર્ય ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની તાકાત છે, V/m.

જેમ જેમ આવર્તન વધે છે તેમ, Em ઘટે છે અને તેથી તકનીકી પ્રક્રિયાની વિશ્વસનીયતા વધે છે. જો કે, આવર્તન વધારવા માટે કેટલીક મર્યાદાઓ છે. જો નુકસાનનો ગુણોત્તર ઝડપથી ઘટે તો આવર્તન વધારવું અવ્યવહારુ છે. ઉપરાંત, જેમ જેમ આવર્તન વધે છે તેમ, લોડ અને જનરેટરના પરિમાણોને મેચ કરવાનું વધુને વધુ મુશ્કેલ બને છે. મહત્તમ આવર્તન, Hz, જેના પર આ કરાર પ્રદાન કરવામાં આવે છે:

જ્યાં L અને C એ વર્કિંગ કેપેસિટર સાથેના લોડ સર્કિટના ઇન્ડક્ટન્સ અને કેપેસિટેન્સના ન્યૂનતમ સંભવિત સમકક્ષ મૂલ્યો છે.

કાર્યકારી કેપેસિટરના મોટા રેખીય પરિમાણો સાથે, આવર્તનમાં વધારો ઇલેક્ટ્રોડ પર વોલ્ટેજનું અસમાન વિતરણ અને તેથી, અસમાન ગરમી તરફ દોરી શકે છે. આ સ્થિતિ માટે મહત્તમ સ્વીકાર્ય આવર્તન, Hz

જ્યાં l વર્કિંગ કેપેસિટરની સૌથી મોટી પ્લેટ સાઇઝ છે, m.