Электротехнологические установки (стр. 11 из 32)

Рис. 4.18. Схемы технологических узлов установок диэлектрического нагрева

Существуют установки диэлектрического нагрева для термообработки пористых резин, предварительного нагрева таблетирован-ных пресс-материалов, нагрева в процессе прессования, термообработки изделий и нагрева перед штамповкой, склеивания термореактивными клеями, обработки сельхозпродуктов и т. д.

Применяемые установки диэлектрического нагрева по рабочим частотам условно подразделяют на установки средневолнового (f = 0,3÷3,0 МГц), коротковолнового (f = 3÷30 МГц) и метрового (f = 30÷300 МГц) диапазонов. Первые из них применяются для нагрева материалов с большим фактором потерь εtgδ, к которым относятся очень влажные изделия при их относительно небольших габаритных размерах. Генераторы этих установок имеют сравнительно высокий КПД (0,5-0,6) и выполнены мощностью до нескольких сотен киловатт. Нагрев производится на низких удельных мощностях (р₀ = 0,01÷1,0 Вт/см³) при длительности нагрева в десятки часов и высоком напряжении на рабочем конденсаторе (10-15 кВ).

Коротковолновые установки применяются для нагрева материалов со средним значением фактора потерь. КПД таких установок 0,4-0,55. Мощность генератора составляет несколько десятков киловатт, объем одновременно нагреваемого материала небольшой. Удельная мощность р₀ = 1÷100 Вт/см³. Сушка с испарением длится в течение нескольких часов, без испарения - доли часа. Установки удобны при работе с воздушным зазором и для осуществления методического нагрева.

Установки метрового диапазона имеют КПД, равный 0,3-0,4. Применяются для нагрева материалов с малым значением εtgδ. Объем рабочей камеры невелик (р₀ = 0,1÷3 кВт/см³), время нагрева - секунды, могут работать с воздушным зазором.

Особенностью установок сверхвысокой частоты является соизмеримость геометрических размеров колебательных систем с длиной волны используемых колебаний. Колебательная система автогенератора объединена с генераторной лампой в один вакуумированный блок. Нагрев в электромагнитном поле осуществляется электромагнитным лучом в волноводе или резонаторе. При нагреве лучом нагреваемое тело находится под воздействием электромагнитного луча, излучаемого рупорной антенной, которой заканчивается волновод. Нагрев в волноводе осуществляется бегущей волной и применяется при термообработке листовых материалов, жгутов, лент, жидкостей (рис. 4.18, г). В объемных резонаторах нагреваются предметы произвольной формы.

В установках СВЧ-нагрева напряженность электрического поля меньше, чем в установках метрового диапазона, что снижает опасность электрического пробоя. В таких установках производится нагрев материалов с низким значением фактора потерь - продуктов, слоистых материалов, медицинских препаратов и т. д.

4.6. Источники питания установок индукционного и диэлектрического нагрева

Индукционная плавильная или нагревательная установка состоит из: источника питания; согласующего устройства (согласующий трансформатор; автотрансформатор); конденсаторной батареи для компенсации реактивной мощности установки; индуктора нагревательной или плавильной установки; сети, связывающей источник питания с индуктором; аппаратуры защиты, регулирования и автоматического управления; механизмов загрузки, выгрузки и перемещения нагреваемого материала.

По частоте потребляемого тока установки индукционного нагрева подразделяют на установки промышленной, повышенной и высокой частоты. Установки канальных и большинство тигельных печей большой и средней мощности имеют промышленную частоту 50 Гц. Питаются они от сетей внутризаводского электроснабжения напряжением 220, 380 или 660 В непосредственно или через специальные трансформаторы или автотрансформаторы. Установки большой мощности питаются от сетей напряжением 6-10 кВ через высоковольтные печные подстанции.

Нагрузочный блок включает в себя трансформатор с индуктором и конденсатором.

Рис. 4.21. Схема лампового генератора:

1 - блок питания; 2 - выпрямительный блок; 3 - блок генератора; 4 - нагрузочный блок; Т_р - силовой трансформатор; В - вентили; L_р - разделительная индуктивность; С_р - разделительная емкость; С_1,2,3 - емкости колебательного и нагрузочного контуров; L_к - короткозамкнутая катушка индуктивности; L_1,2 - индуктивности контуров связи и нагрузочного; И - индуктор; ЛГ - генераторная лампа

Высокочастотные ламповые генераторы бывают двух видов: с независимым возбуждением и с самовозбуждением (автогенераторы). Отличием автогенератора от генератора с независимым возбуждением является то, что в нем напряжение возбуждения на лампу подается не от постороннего источника ЭДС, а от собствен- ной системы колебательных контуров через обратную связь. В индукционных установках обычно применяются генераторы с самовозбуждением. Поэтому в его состав входят элементы, обеспечивающие возбуждение генератора и управление его работой, а также элементы согласования нагрузки с параметрами лампового генератора.

В контур обратной сеточной связи входят конденсаторы, резисторы и катушки связи, подающие напряжение обратной связи на сетку генераторной лампы. К генератору относятся также катушки регулирования мощности в нагрузке, стабилизаторы напряжения накала и регулятор анодного напряжения, контрольно-измерительная, коммутационная аппаратура и измерительные приборы.

Для высокочастотного нагрева диэлектриков применяются ламповые генераторы на более высокие частоты (5,28-300 мГц). Они состоят в основном из тех же узлов, что и генераторы для индукционного нагрева проводящих материалов (рис. 4.17), но в отличие от последних нагрузкой в них является рабочий конденсатор, в котором находится нагреваемый материал. Так как в процессе нагрева емкость С_н (рис. 4.17, б) и активное сопротивление R_н изменяются, то меняются эквивалентное сопротивление контура и режим работы генератора.

Для поддержания неизменным диапазона частот генератора в течение всего режима нагрева необходимо поддерживать неизменным эквивалентное сопротивление нагрузки, что достигается специальным регулированием - согласованием нагрузки.

Существуют различные схемы колебательной системы с обеспечением самовозбуждения, выбор которых определяется в основном необходимой частотой автоколебаний и требованиями к ее стабильности.

В одноконтурных схемах, используемых для генерирования колебаний с частотой до 1 мГц, применяется в основном трансформаторная или автотрансформаторная связь.

Многоконтурные схемы автогенераторов позволяют плавно и в широких пределах регулировать эквивалентное сопротивление контура без заметного снижения его КПД. Однако они имеют несколько резонансных частот, что может вызвать переход генератора с одной частоты на другую, поэтому необходимо осуществлять обратную связь от вторичного контура с индуктивной связью между контурами. Плавное регулирование сопротивления нагрузки осуществляется за счет перемещения короткозамкнутой индуктивной катушки (см. рис. 4.21). Установки для диэлектрического нагрева выпускают с унифицированными узлами, предназначенными для совместной работы с различным оборудованием

(прессовым и т. п.).

УСТАНОВКИ ДУГОВОГО НАГРЕВА ОСНОВЫ ТЕОРИИ И СВОЙСТВА ДУГОВОГО РАЗРЯДА 5.1. Ионизация газов. Понятие плазмы

В обычных условиях различные газы и их смеси (воздух, аргон, водород, гелий, углекислый газ и др.) не проводят электрический ток. Проводимость возникает тогда, когда в газовой среде помимо молекул и атомов появляются свободные заряженные частицы - электроны, положительные и отрицательные ионы и газ превращается в плазму.

Плазмой принято называть вещество, находящееся в четвертом состоянии (в дополнение к твердому, жидкому и газообразному), характеризующееся наличием нейтральных молекул и атомов, а также заряженных частиц - электронов и ионов, проводящее электрический ток и подчиняющееся законам магнитной газодинамики. Превращение газа в плазму проходит несколько стадий. Для молекулярных газов первым процессом является диссоциация - образование атомов. Возникновение в газе заряженных частиц - ионизация газа - может происходить в результате его нагрева, поглощения энергии рентгеновского или ультрафиолетового излучения, космических лучей, лучей оптического квантового генератора (лазера), действия электрического поля и др.

.

Так как все виды ионизации: тепловое движение частиц, электрическое поле, световое излучение - повышают скорость взаимного перемещения частиц, то следует предположить, что и наложение

высокочастотного напряжения должно приводить к ионизации пространства. Так это и происходит на самом деле. Приложение ВЧ-напряжения приводит к значительной ионизации - появлению ВЧ-короны даже при низких напряжениях.

5.2. Структура электродугового разряда

В ряде электротермических процессов, идущих с поглощением большого количества тепловой энергии, применяется электродуговой разряд, или

электрическая дуга, которая позволяет нагревать различные среды до высоких температур, недостижимых при сжигании топлива. Такие возможности электрической дуги пробудили значительный интерес к изучению ее физических свойств и энергетических возможностей.