ડાઇલેક્ટ્રિક્સની ઉચ્ચ-આવર્તન ગરમી (ડાઇલેક્ટ્રિક સૂકવણી) માટેની પદ્ધતિઓનો ભૌતિક આધાર

ઔદ્યોગિક તકનીકી પ્રક્રિયાઓમાં, ઘણીવાર ડાઇલેક્ટ્રિક્સ અને સેમિકન્ડક્ટર્સના જૂથની સામગ્રીને ગરમ કરવી જરૂરી છે. આવી સામગ્રીના વિશિષ્ટ પ્રતિનિધિઓ વિવિધ પ્રકારના રબર, લાકડું, કાપડ, પ્લાસ્ટિક, કાગળ વગેરે છે.

આવી સામગ્રીના ઇલેક્ટ્રિક હીટિંગ માટે, ઇન્સ્ટોલેશનનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે જે વૈકલ્પિક ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રના સંપર્કમાં આવે ત્યારે ડાઇલેક્ટ્રિક્સ અને સેમિકન્ડક્ટર્સની ક્ષમતાનો ઉપયોગ કરે છે.

હીટિંગ થાય છે કારણ કે આ કિસ્સામાં વિદ્યુત ક્ષેત્રની ઉર્જાનો એક ભાગ અપૂરતી રીતે ખોવાઈ જાય છે, જે ગરમી (ડાઇલેક્ટ્રિક હીટિંગ) માં ફેરવાય છે.

ભૌતિક દૃષ્ટિકોણથી, આ ઘટનાને વિસ્થાપન ઊર્જાના વપરાશ દ્વારા સમજાવવામાં આવે છે વિદ્યુત શુલ્ક અણુઓ અને પરમાણુઓમાં, જે વૈકલ્પિક ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની ક્રિયાને કારણે થાય છે.

ઉત્પાદનના સમગ્ર વોલ્યુમની એક સાથે ગરમીને કારણે ડાઇલેક્ટ્રિક હીટિંગ ખાસ કરીને સમાન અને હળવા સૂકવણીની જરૂર હોય તેવા કાર્યક્રમો માટે ભલામણ કરવામાં આવે છે.આ સોલ્યુશન ખોરાક, ઔદ્યોગિક અને તબીબી ઉદ્યોગોમાં ગરમી-સંવેદનશીલ ઉત્પાદનોને સૂકવવા માટે તેમના તમામ ગુણધર્મોને સાચવવા માટે શ્રેષ્ઠ અનુકૂળ છે.

એ નોંધવું અગત્યનું છે કે ડાઇલેક્ટ્રિક અથવા સેમિકન્ડક્ટર પર ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની અસર ઇલેક્ટ્રોડ્સ અને સામગ્રી વચ્ચેના સીધા વિદ્યુત સંપર્કની ગેરહાજરીમાં પણ થાય છે. તે ફક્ત જરૂરી છે કે સામગ્રી ઇલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચે કાર્ય કરતા ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રના ક્ષેત્રમાં હોય.

ડાઇલેક્ટ્રિક્સને ગરમ કરવા માટે ઉચ્ચ-આવર્તન ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રોનો ઉપયોગ 1930 ના દાયકામાં પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યો હતો. ઉદાહરણ તરીકે, યુએસ પેટન્ટ 2,147,689 (1937માં બેલ ટેલિફોન લેબોરેટરીઝમાં ફાઇલ કરાયેલ) જણાવે છે: "હાલની શોધ ડાઇલેક્ટ્રિક્સ માટે હીટિંગ ડિવાઇસ સાથે સંબંધિત છે, અને હાલની શોધનો હેતુ આવી સામગ્રીને સમાન અને નોંધપાત્ર રીતે એકસાથે ગરમ કરવાનો છે."

બે ફ્લેટ ઇલેક્ટ્રોડના રૂપમાં ડાઇલેક્ટ્રિક સાથે ગરમ કરવા માટેના ઉપકરણનો સૌથી સરળ રેખાકૃતિ જેમાં વૈકલ્પિક વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે અને ઇલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચે ગરમ સામગ્રી મૂકવામાં આવે છે તે આકૃતિમાં બતાવવામાં આવે છે.

ડાઇલેક્ટ્રિક હીટિંગ સર્કિટ

દર્શાવેલ આકૃતિ છે ઇલેક્ટ્રિક કેપેસિટર, જેમાં ગરમ ​​થતી સામગ્રી પ્લેટો વચ્ચે ઇન્સ્યુલેટર તરીકે કામ કરે છે.

સક્રિય શક્તિ ઘટક સામગ્રી દ્વારા શોષાયેલી ઊર્જાની માત્રા નક્કી કરવામાં આવે છે અને તે નીચેના ગુણોત્તરમાં જોવા મળે છે:

P = USe·I becausephi = USe2·w C tg ડેલ્ટા,

જ્યાં UTo — કેપેસિટરની પ્લેટો પર વોલ્ટેજ; C એ કેપેસિટરની કેપેસીટન્સ છે; tg ડેલ્ટા - ડાઇલેક્ટ્રિક નુકશાન કોણ.

ઇન્જેક્શન ડેલ્ટા (ડાઇલેક્ટ્રિક નુકસાનનો કોણ) પૂરક કોણ fi 90 ° સુધી (ફાઇ એ સક્રિય અને પ્રતિક્રિયાશીલ પાવર ઘટકો વચ્ચેનું વિસ્થાપન કોણ છે) અને તમામ ડાઇલેક્ટ્રિક હીટિંગ ઉપકરણોમાં કોણ 90 ° ની નજીક છે, અમે ધારી શકીએ છીએ કે કોસાઇન ફાઈ લગભગ ટેન્જેન્ટ ડેલ્ટાની બરાબર છે.

આદર્શ લોસલેસ કેપેસિટર માટે, કોણ fi=90 °, એટલે કે વર્તમાન અને વોલ્ટેજ વેક્ટર પરસ્પર લંબરૂપ છે અને સર્કિટ સંપૂર્ણ રીતે પ્રતિક્રિયાશીલ શક્તિ.

શૂન્ય સિવાયના ડાઇલેક્ટ્રિક નુકશાન કોણની હાજરી પરંપરાગત કેપેસિટર્સ માટે અનિચ્છનીય ઘટના છે કારણ કે તે ઊર્જાના નુકસાનનું કારણ બને છે.

ડાઇલેક્ટ્રિક હીટિંગ ઇન્સ્ટોલેશન્સમાં, તે ચોક્કસપણે આ નુકસાન છે જે ઉપયોગી અસરનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. નુકશાન કોણ ડેલ્ટા = 0 સાથે આવા સ્થાપનોનું સંચાલન શક્ય નથી.

સપાટ સમાંતર ઇલેક્ટ્રોડ્સ (ફ્લેટ કેપેસિટર) માટે, ઇલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચેની સામગ્રીના એકમ વોલ્યુમ દીઠ પાવરની ગણતરી સૂત્ર દ્વારા કરી શકાય છે.

Py = 0.555·e daTgdelta,

જ્યાં f એ ફ્રીક્વન્સી છે, MHz; Ru — ચોક્કસ શોષિત શક્તિ, W/cm3, e — ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની તાકાત, kv/cm; da = e / do એ સામગ્રીનો સંબંધિત ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંક છે.

આ Y છે સરખામણી દર્શાવે છે કે ડાઇલેક્ટ્રિક હીટિંગની કાર્યક્ષમતા આના દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે:

• ઇન્સ્ટોલેશન દ્વારા જનરેટ થયેલ ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડના પરિમાણો (e અને f);

• સામગ્રીના વિદ્યુત ગુણધર્મો (ડાઇલેક્ટ્રિક નુકશાન સ્પર્શક અને સામગ્રીનો સંબંધિત ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંક).

ફોર્મ્યુલાનું વિશ્લેષણ બતાવે છે તેમ, ઇન્સ્ટોલેશનની કાર્યક્ષમતા વધતી શક્તિ અને ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની આવર્તન સાથે વધે છે. વ્યવહારમાં, આ ચોક્કસ મર્યાદામાં જ શક્ય છે.

4-5 મેગાહર્ટઝ કરતા વધુ આવર્તન પર, ઉચ્ચ-આવર્તન જનરેટર-કન્વર્ટરની વિદ્યુત કાર્યક્ષમતા તીવ્રપણે ઘટે છે, તેથી ઉચ્ચ ફ્રીક્વન્સીઝનો ઉપયોગ આર્થિક રીતે બિનલાભકારી હોવાનું બહાર આવ્યું છે.

વિદ્યુત ક્ષેત્રની તાકાતનું ઉચ્ચતમ મૂલ્ય દરેક વિશિષ્ટ પ્રકારની પ્રક્રિયા કરેલ સામગ્રી માટે કહેવાતા બ્રેકડાઉન ક્ષેત્રની તાકાત દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.

જ્યારે બ્રેકડાઉન ફીલ્ડની મજબૂતાઈ પહોંચી જાય છે, ત્યાં કાં તો સામગ્રીની અખંડિતતાનું સ્થાનિક ઉલ્લંઘન છે, અથવા ઇલેક્ટ્રોડ્સ અને સામગ્રીની સપાટી વચ્ચે ઇલેક્ટ્રિક આર્કની ઘટના છે. આ સંદર્ભે, કાર્યક્ષેત્રની તાકાત હંમેશા ભંગાણ કરતા ઓછી હોવી જોઈએ.

સામગ્રીના વિદ્યુત ગુણધર્મો માત્ર તેના ભૌતિક સ્વભાવ પર જ નહીં, પરંતુ તેની સ્થિતિ - તાપમાન, ભેજ, દબાણ, વગેરેને દર્શાવતા ચલ પરિમાણો પર પણ આધાર રાખે છે.

આ પરિમાણો તકનીકી પ્રક્રિયા દરમિયાન બદલાય છે, જે ડાઇલેક્ટ્રિક હીટિંગ ઉપકરણોની ગણતરી કરતી વખતે ધ્યાનમાં લેવી આવશ્યક છે. ફક્ત આ તમામ પરિબળોને તેમની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા અને પરિવર્તનમાં યોગ્ય રીતે ધ્યાનમાં લેવાથી, ઉદ્યોગમાં ડાઇલેક્ટ્રિક હીટિંગ ઉપકરણોનો આર્થિક અને તકનીકી રીતે ફાયદાકારક ઉપયોગની ખાતરી કરી શકાય છે.

ઉચ્ચ-આવર્તન ગુંદર પ્રેસ એ એક ઉપકરણ છે જે ડાઇલેક્ટ્રિક હીટિંગનો ઉપયોગ કરે છે, ઉદાહરણ તરીકે, લાકડાના ગ્લુઇંગને ઝડપી બનાવવા માટે. ઉપકરણ પોતે ખૂબ નિયમિત ગુંદર પ્રેસ છે. જો કે, તેમાં ગુંદર ધરાવતા ભાગમાં ઉચ્ચ-આવર્તન ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર બનાવવા માટે વિશિષ્ટ ઇલેક્ટ્રોડ્સ પણ છે. ક્ષેત્ર ઝડપથી (થોડી દસ સેકંડમાં) ઉત્પાદનનું તાપમાન વધારી દે છે, સામાન્ય રીતે 50 - 70 ° સે. આ ગુંદરના સૂકવણીને નોંધપાત્ર રીતે વેગ આપે છે.

ઉચ્ચ-આવર્તન ગરમીથી વિપરીત, માઇક્રોવેવ હીટિંગ એ 100 મેગાહર્ટ્ઝથી ઉપરની આવર્તન સાથે ડાઇલેક્ટ્રિક હીટિંગ છે, અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો નાના ઉત્સર્જકમાંથી ઉત્સર્જિત થઈ શકે છે અને અવકાશ દ્વારા ઑબ્જેક્ટ પર નિર્દેશિત થઈ શકે છે.

આધુનિક માઇક્રોવેવ ઓવન ઉચ્ચ આવર્તન હીટર કરતાં ઘણી ઊંચી ફ્રીક્વન્સીઝ પર ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોનો ઉપયોગ કરે છે. સામાન્ય હોમ માઇક્રોવેવ્સ 2.45 GHz રેન્જમાં કામ કરે છે, પરંતુ 915 MHz માઇક્રોવેવ્સ પણ છે. આનો અર્થ એ છે કે માઇક્રોવેવ હીટિંગમાં ઉપયોગમાં લેવાતા રેડિયો તરંગોની તરંગલંબાઇ 0.1 સેમીથી 10 સેમી છે.

માઇક્રોવેવ ઓવનમાં માઇક્રોવેવ ઓસિલેશનની પેઢી થાય છે મેગ્નેટ્રોન સાથે.

દરેક ડાઇલેક્ટ્રિક હીટિંગ ઇન્સ્ટોલેશનમાં ફ્રીક્વન્સી કન્વર્ટર જનરેટર અને ઇલેક્ટ્રોથર્મલ ડિવાઇસનો સમાવેશ થાય છે - ખાસ આકારની પ્લેટો સાથેનું કેપેસિટર. કારણ કે ડાઇલેક્ટ્રિક હીટિંગ માટે ઉચ્ચ આવર્તન (સેંકડો કિલોહર્ટ્ઝથી મેગાહર્ટ્ઝના એકમો સુધી) જરૂરી છે.

ઉચ્ચ-આવર્તન પ્રવાહો સાથે ડાઇલેક્ટ્રિક સામગ્રીને ગરમ કરવા માટેની તકનીકનું સૌથી મહત્વપૂર્ણ કાર્ય સમગ્ર પ્રક્રિયા પ્રક્રિયા દરમિયાન જરૂરી મોડને સુનિશ્ચિત કરવાનું છે. આ સમસ્યાનો ઉકેલ એ હકીકત દ્વારા જટિલ છે કે ગરમી, સૂકવણી અથવા સામગ્રીના વિદ્યુત ગુણધર્મો બદલાય છે. સામગ્રીની સ્થિતિમાં અન્ય ફેરફારોના પરિણામે. આનું પરિણામ એ પ્રક્રિયાના થર્મલ શાસનનું ઉલ્લંઘન અને લેમ્પ જનરેટરના સંચાલનના મોડમાં ફેરફાર છે.

બંને પરિબળો નોંધપાત્ર ભૂમિકા ભજવે છે. તેથી, ઉચ્ચ-આવર્તન પ્રવાહો સાથે ડાઇલેક્ટ્રિક સામગ્રીને ગરમ કરવા માટેની તકનીક વિકસાવતી વખતે, પ્રક્રિયા કરેલ સામગ્રીના ગુણધર્મોનો કાળજીપૂર્વક અભ્યાસ કરવો આવશ્યક છે અને આ ગુણધર્મોમાં ફેરફારનું સમગ્ર તકનીકી ચક્ર દરમિયાન વિશ્લેષણ કરવું આવશ્યક છે.

સામગ્રીનો ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંક તેના ભૌતિક ગુણધર્મો, તાપમાન, ભેજ અને ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રના પરિમાણો પર આધાર રાખે છે. ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંક સામાન્ય રીતે ઘટે છે કારણ કે સામગ્રી સુકાઈ જાય છે અને કેટલાક કિસ્સાઓમાં દસ વખત બદલાઈ શકે છે.

મોટાભાગની સામગ્રીઓ માટે, ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંકની આવર્તન અવલંબન ઓછી ઉચ્ચારવામાં આવે છે અને તે માત્ર કેટલાક કિસ્સાઓમાં ધ્યાનમાં લેવું જોઈએ. ત્વચા માટે, ઉદાહરણ તરીકે, આ અવલંબન ઓછી-આવર્તનવાળા પ્રદેશમાં નોંધપાત્ર છે, પરંતુ જેમ જેમ આવર્તન વધે છે, તે નજીવું બની જાય છે.

પહેલેથી જ ઉલ્લેખ કર્યો છે તેમ, સામગ્રીનો ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંક તાપમાનના ફેરફાર પર આધાર રાખે છે જે હંમેશા સૂકવણી અને ગરમી પ્રક્રિયાઓ સાથે હોય છે.

પ્રક્રિયા દરમિયાન ડાઇલેક્ટ્રિક નુકસાનના કોણની સ્પર્શક પણ સ્થિર રહેતી નથી, અને આ તકનીકી પ્રક્રિયાના કોર્સ પર નોંધપાત્ર અસર કરે છે, કારણ કે ડેલ્ટા ટેન્જેન્ટ વૈકલ્પિક ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની ઊર્જાને શોષવાની સામગ્રીની ક્ષમતાને દર્શાવે છે.

મોટા પ્રમાણમાં, ડાઇલેક્ટ્રિક નુકશાન કોણની સ્પર્શક સામગ્રીની ભેજ સામગ્રી પર આધાર રાખે છે. કેટલીક સામગ્રીઓ માટે, મશિનિંગ પ્રક્રિયાના અંત સુધીમાં સ્પર્શક ડેલ્ટા તેના પ્રારંભિક મૂલ્યથી સો ગણો બદલાય છે. તેથી, ઉદાહરણ તરીકે, યાર્ન માટે, જ્યારે ભેજ 70 થી 8% સુધી બદલાય છે, ત્યારે શોષણ કોણની સ્પર્શક 200 ગણી ઘટે છે.

સામગ્રીની એક મહત્વપૂર્ણ લાક્ષણિકતા છે બ્રેકડાઉન ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ તણાવ આ સામગ્રી દ્વારા પરવાનગી છે.

વિદ્યુત ક્ષેત્રની ભંગાણ શક્તિમાં વધારો કેપેસિટર પ્લેટો પર વોલ્ટેજ વધારવાની શક્યતાને મર્યાદિત કરે છે અને આ રીતે સ્થાપિત કરી શકાય તેવી શક્તિની ઉપરની મર્યાદા નક્કી કરે છે.

સામગ્રીના તાપમાન અને ભેજમાં વધારો, તેમજ ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની આવર્તન, બ્રેકડાઉન ક્ષેત્રની શક્તિમાં ઘટાડો તરફ દોરી જાય છે.

સૂકવણીની પ્રક્રિયા દરમિયાન સામગ્રીના વિદ્યુત પરિમાણોમાં ફેરફાર સાથે પણ પૂર્વનિર્ધારિત તકનીકી મોડને સુનિશ્ચિત કરવા માટે, જનરેટરના ઑપરેટિંગ મોડને સમાયોજિત કરવું જરૂરી છે. જનરેટરના ઑપરેટિંગ મોડમાં યોગ્ય ફેરફાર સાથે, સમગ્ર ઑપરેટિંગ ચક્ર દરમિયાન શ્રેષ્ઠ સ્થિતિ પ્રાપ્ત કરવી અને ઇન્સ્ટોલેશનની ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા પ્રાપ્ત કરવી શક્ય છે.

વર્કિંગ કન્ડેન્સરની ડિઝાઇન ગરમ ભાગોના આકાર અને કદ, ગરમ સામગ્રીના ગુણધર્મો, તકનીકી પ્રક્રિયાની પ્રકૃતિ અને છેવટે, ઉત્પાદનના પ્રકાર દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.

સૌથી સરળ કિસ્સામાં, તે એકબીજાની સમાંતર બે અથવા વધુ ફ્લેટ પ્લેટ્સ ધરાવે છે. પ્લેટો આડી અને ઊભી હોઈ શકે છે. સપાટ ઇલેક્ટ્રોડનો ઉપયોગ લાકડાં, સ્લીપર્સ, યાર્ન, ગ્લુઇંગ પ્લાયવુડને સૂકવવા માટે સ્થાપનોમાં થાય છે.

હીટિંગ સામગ્રીની એકરૂપતા સારવાર કરેલ ઑબ્જેક્ટના સમગ્ર વોલ્યુમમાં ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રના વિતરણની એકરૂપતા પર આધારિત છે.

સામગ્રીની રચનામાં અસંગતતાની હાજરી, ઇલેક્ટ્રોડ અને ભાગની બાહ્ય સપાટી વચ્ચેનું પરિવર્તનશીલ હવાનું અંતર, ઇલેક્ટ્રોડ્સની નજીક વાહક સમૂહ (ધારકો, સપોર્ટ, વગેરે) ની હાજરી ઇલેક્ટ્રિકનું અસમાન વિતરણ તરફ દોરી જાય છે. ક્ષેત્ર

તેથી, વ્યવહારમાં, વર્કિંગ કેપેસિટર્સ માટે વિવિધ પ્રકારના ડિઝાઇન વિકલ્પોનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જેમાંથી દરેક ચોક્કસ તકનીકી પ્રક્રિયા માટે રચાયેલ છે.

ઉચ્ચ-આવર્તન ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડમાં ડાઇલેક્ટ્રિક સાથે હીટિંગ માટેના ઇન્સ્ટોલેશનમાં આ ઇન્સ્ટોલેશનમાં સમાવિષ્ટ સાધનોની જગ્યાએ ઊંચી કિંમતે પ્રમાણમાં ઓછી કાર્યક્ષમતા હોય છે. તેથી, વિવિધ હીટિંગ પદ્ધતિઓના આર્થિક અને તકનીકી સૂચકાંકોના સંપૂર્ણ અભ્યાસ અને તુલના કર્યા પછી જ આવી પદ્ધતિનો ઉપયોગ ન્યાયી ઠેરવી શકાય છે.

તમામ ઉચ્ચ આવર્તન ડાઇલેક્ટ્રિક હીટિંગ સિસ્ટમ માટે ફ્રીક્વન્સી કન્વર્ટર જરૂરી છે. આવા કન્વર્ટરની એકંદર કાર્યક્ષમતાને પાવર ગ્રીડમાંથી પ્રાપ્ત શક્તિ અને કેપેસિટર પ્લેટોને પૂરી પાડવામાં આવતી શક્તિના ગુણોત્તર તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે.

ઉપયોગી ક્રિયાના ગુણાંકના મૂલ્યો 0.4 - 0.8 ની રેન્જમાં છે. કાર્યક્ષમતાની માત્રા ફ્રીક્વન્સી કન્વર્ટર પરના લોડ પર આધારિત છે. નિયમ પ્રમાણે, જ્યારે તે સામાન્ય રીતે લોડ થાય છે ત્યારે કન્વર્ટરની સર્વોચ્ચ કાર્યક્ષમતા પ્રાપ્ત થાય છે.

ડાઇલેક્ટ્રિક હીટિંગ ઇન્સ્ટોલેશનના તકનીકી અને આર્થિક સૂચકાંકો ઇલેક્ટ્રોથર્મલ ઉપકરણની ડિઝાઇન પર નોંધપાત્ર રીતે આધાર રાખે છે. બાદમાં યોગ્ય રીતે પસંદ કરેલ ડિઝાઇન ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા અને મશીન સમય પરિબળને સુનિશ્ચિત કરે છે.

આ પણ જુઓ:

ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડમાં ડાઇલેક્ટ્રિક્સ

ડાઇલેક્ટ્રિક નુકશાન શું છે અને તેનું કારણ શું છે

ઇલેક્ટ્રિક હીટિંગના મુખ્ય પ્રકારો