семестр 10 / Электротехнологические установки / задание 2

М ИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Тольяттинский государственный университет»

Институт Химии и энергетики

(наименование института полностью)

Кафедра /департамент /центр¹ «Электроснабжение и электротехника»

(наименование кафедры/департамента/центра полностью)

13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»

(код и наименование направления подготовки, специальности)

«Электроснабжение»

(направленность (профиль) / специализация)

Практическое задание №__2_

по учебному курсу «_Электротехнологические установки__________»

(наименование учебного курса)

Вариант ____ (при наличии)

Студент	Яшин И.А. (И.О. Фамилия)
Группа	ЭЭТбп-1801а (И.О. Фамилия)
Преподаватель	Шаповалов Сергей Владимирович (И.О. Фамилия)

Тольятти 2023

Содержание

Введение……………………………………………………………………………3

Установки диэлектрического нагрева……………………………………...………5

Заключение………………...………………………………………………………..9

Список используемой литературы………………………………………………...10

Введение

Механизм диэлектрического нагрева материалов сверхвысокочастотной энергией основан на явлении диэлектрической поляризации – перемещении в некоторых ограниченных пределах связанных электрических зарядов – диполей. Под действием внешнего переменного электромагнитного поля в материале происходит их колебательное движение и переориентация, в результате которых возникают токи проводимости и смещения. Совокупность обоих явлений и обеспечивает нагрев материала.

Преимущества СВЧ-нагрева:

- высокий КПД преобразования СВЧ-энергии в тепловую (близкий к 100%);

- бесконтактный экологически чистый подвод энергии;

- равномерный нагрев по всей массе продукта.

Недостатки:

- сложность оборудования обычно более высока по сравнению с оборудованием для других методов нагрева. Ремонт и настройка требует квалифицированного персонала;

- необходима электроэнергия, отсутствующая в полевых условиях.

Применение:

- сушка керамики, древесины;

- сварка пластмасс;

- сушка клеевых швов;

- разогрев почвы перед землеройными работами;

- разогрев и приготовление пищи

Установки диэлектрического нагрева

По сравнению с  индукционным нагревом, применяемом для разогрева электропроводящих материалов переменным током частотой не более 30 МГц, диэлектрический нагрев  проводится на  более  высоких частотах.  В  качестве генераторов   применяются   либо   электронные  генераторы   на   лампах   (до 300 МГц), либо магнетроны (выше 300 МГц).

На полупроводниках установки диэлектрического нагрева не строятся, так как   мощные   транзисторы,   работающие   на   высоких   частотах,   пока   не разработаны.

Рисунок 1 Магнетрон

Магнетро́н (от греч. μαγνήτης – магнит и электрон) – электровакуумный прибор для генерации радиоволн сверхвысокой частоты (СВЧ, микроволн), в котором взаимодействие электронов с электрической составляющей поля СВЧ происходит в пространстве, где постоянное магнитное поле перпендикулярно постоянному  электрическому  полю. Наиболее известным применением магнетронов  являются  радары  и  бытовые микроволновые печи.

Магнетроны могут работать на различных частотах от 0,5 до 100 ГГц, с мощностями от нескольких Вт до десятков кВт в непрерывном режиме, и от 10 Вт до 5 МВт в импульсном режиме при длительностях импульсов главным образом от долей до десятков микросекунд. Магнетроны обладают высоким КПД (до 80 %).

Рисунок 2 Схема конструкции магнетрона

Магнетрон состоит из анодного блока, который представляет собой, как правило, металлический толстостенный цилиндр с  прорезанными в  стенках полостями, выполняющих роль объёмных резонаторов. Резонаторы образуют кольцевую    колебательную    систему.    К    анодному    блоку    закрепляется цилиндрический катод. Внутри катода закреплён подогреватель. Магнитное поле, параллельное оси прибора, создаётся внешними магнитами или электромагнитом.

Для вывода СВЧ энергии используется, как правило, проволочная петля закреплённая в одном из резонаторов или отверстие из резонатора наружу цилиндра.

Резонаторы магнетрона представляют собой замедляющую систему, в них происходит взаимодействие пучка электронов и электромагнитной волны. Поскольку эта система в результате кольцевой конструкции замкнута сама на себя,  то  её  можно  возбудить  лишь  на  определённых  видах  колебаний,  из которых важное значение имеет π-вид. Этот вид колебаний назван так потому, что напряжения СВЧ на двух соседних резонаторах сдвинуты по фазе на π.

Для стабильной работы магнетрона (во избежание перескоков во время работы на другие виды колебаний, сопровождающихся изменениями частоты и выходной мощности) необходимо, чтобы ближайшая резонансная частота колебательной системы значительно отличалась от рабочей частоты (примерно на 10 %). Так как в магнетроне с одинаковыми резонаторами разность этих частот получается недостаточной, её увеличивают либо введением связок в виде металлических колец,  одно  из  которых  соединяет все  чётные, а  другое  все нечётные ламели анодного блока, либо применением разнорезонаторной колебательной системы (чётные резонаторы имеют один  размер, нечётные – другой).

Отдельные модели  магнетронов могут  иметь различную конструкцию. Так, резонаторная система выполняется в виде резонаторов нескольких типов: щель-отверстие, лопаточных, щелевых и т. д.

Промышленность выпускает как специализированные высокочастотные установки, предназначенные для термообработки одного или нескольких видов изделий, так и установки общего применения. Несмотря на эти различия, все высокочастотные установки имеют одинаковую структурную схему (рисунок 3).

Материал нагревают в рабочем конденсаторе высокочастотного устройства 1. Напряжение высокой частоты подводится к рабочему конденсатору через блок промежуточных колебательных контуров 2, предназначенных для регулирования мощности и настройки генератора 3. Ламповый генератор преобразует постоянное напряжение, получаемое от полупроводникового выпрямителя 4, в переменное высокой частоты. При этом в ламповом генераторе расходуется не менее 20...40 % всей энергии, получаемой от выпрямителя.

Основная часть энергии теряется на аноде лампы, который приходится охлаждать водой. Анод лампы находится под напряжением относительно земли 5...15 кВ, поэтому система изолированного подвода охлаждающей воды очень сложная. Трансформатор 5 предназначен для повышения сетевого напряжения до 6... 10 кВ и исключения кондуктивной связи генератора с питающей сетью. Блок 6 используют для включения и отключения установки, последовательного выполнения технологических операций, защиты от аварийных режимов.

Установки диэлектрического нагрева отличаются одна от другой мощностью и частотой генератора, конструкцией вспомогательного оборудования, предназначенного для перемещения и удержания обрабатываемого материала, а также для механического воздействия на него.

Рисунок 3 Структурная схема высокочастотной установки: 1 — высокочастотное устройство с загрузочным конденсатором, 2 — блок промежуточных колебательных контуров с регулятором мощности, подстроечными емкостями и индуктивностями, 3 — ламповый генератор с анодно-разделительными и сеточными цепями, 4 — полупроводниковый выпрямитель: 5 — повышающий трансформатор, 6 — блок защиты установки от ненормальных режимов работы.

Заключение

Индукционные установки используют токи взаимоиндукции в проводящих металлах. Относятся   к    электротермическим   установкам, где электрическая энергия выделяется непосредственно в нагреваемых изделиях. Обладают большей производительностью.

Отличительной особенностью диэлектрического нагрева является объемное тепловыделение в нагреваемой диэлектрической среде. Диэлектрический нагрев – объемный нагрев, однако не обязательно однородный. Если толщина прогреваемого слоя меньше глубины проникновения, то тепловыделение более однородно.

Список используемой литературы

1. http://electricalschool.info/main/electrotehnolog/1191-dijelektricheskijj-nagrev.html

2. https://eti.su/articles/over/over_1437.html

3. https://edu.rosdistant.ru/pluginfile.php/497982/mod_resource/content/1/index.html#page=32

1 Оставить нужное