1tom345

13. ELEKTROTERMIA 692

Piece o częstotliwości sieciowej są zasilane podobnie jak kanałowe (transformatory regulacyjne + urządzenie symetryzacji), przy czym napięcia zasilające zawierają się w przedziale od kilkuset woltów do kilku kilowoltów. Piece o częstotliwości zwiększonej są zasilane z magnetycznych mnożników częstotliwości, przetwornic maszynowych (coraz rzadziej) oraz z tyrystorowych przemienników częstotliwości. Kompensacja mocy biernej jest niezbędna w każdym przypadku. Sprawność elektrotermiczna pieców tyglowych — 65-=-70%.

13.9. Nagrzewanie pojemnościowe

13.9.1. Istota metody

Nagrzewanie pojemnościowe jest to nagrzewanie elektryczne oparte głównie na efekcie polaryzacji w ośrodkach dielektrycznych lub półprzewodnikowych, do których energia elektromagnetyczna wielkiej częstotliwości jest doprowadzana za pośrednictwem elektrod..

Źle przewodzący wsad, umieszczony między elektrodami, tworzy pojemnościowy układ grzejny. Czynnikiem towarzyszącym polaryzacji może być ciepło Joule’a. Przy uwzględnieniu obu tych czynników, moc grzejna wydzielana w jednostce objętości wsadu

p_v = cos'E²

tg ^

l + tg²<5_e

(13.58)

przy czym: u> = 2nf — pulsacja; «' — składowa rzeczywista przenikalności elektrycznej wsadu; E — natężenie pola elektrycznego we wsadzie; tg <5,. = tgd+y/coć — efektywny współczynnik strat dielektrycznych; y — konduktywność wsadu.

Jeżeli y « we', to udział ciepła Joule’a jest do pominięcia i tg5„ = tg<5, czyli jest równy współczynnikowi strat dielektrycznych wsadu. Ponadto najczęściej tgó,. <0,2, a więc 1 + tg²<5 ss 1. Uwzględniając, że e'_r = e'/s₀, gdzie £₀ jest przenikalnością elektryczną próżni, otrzymuje się

p_v = 55,66-10- ^l2E²fe'_r tg<5    (13.59)

Iloczyn ejtgó jest stratnością dielektryczną wsadu, która jest funkcją częstotliwości, a często także temperatury. Powinno się to uwzględniać przy wyborze/zwłaszcza, że nic można dowolnie zwiększać natężenia pola elektrycznego E, z uwagi na niebezpieczeństwo przebicia elektrycznego wsadu.

Tablica 13.13 Częstotliwości wydzielone dla pojemnościowych urządzeń grzejnych

Częstotliwość	Tolerancja częstotliwości
MHz	%
3.390	±0,30
13.560	+ 0,05
27,120	±0,60
40.680	±0,05

W związku z tym, do zasilania pojemnościowych układów grzejnych dobiera się wielkie częstotliwości o wartościach z przedziału 0,5-i-300 MHz [13.33]. Ze względu na konieczność wyeliminowania kolizji z radiofonią i telewizją stosuje się / podane w tabl. 13.13. Tak wielkie częstotliwości wymagają uwzględnienia wpływu falowej natury zjawisk elektromagnetycznych. W układzie grzejnym mogą powstać fale stojące, co prowadzi do lokalnego niedogrzania lub przegrzania wsadu. By temu zapobiec, wymiary układu grzejnego lub inne środki zaradcze powinny gwarantować spełnienie w każdym punkcie wsadu warunku: E > 0,9 £_max. Rozkład temperatury określa się przy tym rozwiązując równanie (13.14), w którym p_v jest dane zależnością (13.58) lub (13.59).

13.9. NAGRZEWANIE pojemnościowe

693

13.9.2. Pojemnościowe urządzenia grzejne i ich zastosowanie

Są to zarówno urządzenia bczkomorowcjak i komorowe z głównymi członami w postaci nagrzewnic bądź pieców. Ponadto w ich skład wchodzą: generatory lampowe jako źródła energii wielkiej częstotliwości, obwody sprzęgające generatory z elektrodami tworzące wraz ze wsadem układ grzejny, układy transportowe, podajnikowe, pomiarowo-regulacyjne. zabezpieczające obsługę przed promieniowaniem elektromagnetycznym oraz inne podzespoły umożliwiające obróbkę nagrzanego wsadu, np. zintegrowane z układem grzejnym prasy, wentylatory, wyciągi.

Układ grzejny, inaczej nazywany kondensatorem grzejnym, jest złożony co najmniej z dwóch elektrod oraz z jednego lub kilku dielektryków tworzących wsad (rys. 13.38). Jedna z elektrod bywa najczęściej uziemiona, podobnie jak jeden z biegunów generatora lampowego. Wsad nic musi znajdować się między elektrodami kondensatora grzejnego (np. rys. 13.38j), lecz musi znajdować się w zasięgu pola elektrycznego.

f)

A

9)

	^1--;-1
ii J	L l J	Li

Rys. 13.38. Pojemnościowe układy grzejne, wg [13.8]: a) płaskorównoległościenny ze szczeliną; b) płaskorównoległościenny z trzema szeregowymi dielektrykami (tzw. układ posobny); c) płaskorównoległościenny z trzema równoległym dielektrykami (tzw. układ poboczny); d)cylindryczny; e) rolkowy do nagrzewania wsadu w ruchu: f) płaskorównoległościenny niesymetryczny; g) z elektrodą ostrzową; h) płaskorównoległościenny z wsadem cylindrycznym: i) płaskorównoległościenny czteroelektrodowy; j) prętowy do nagrzewania wsadu w ruchu

Połączenie kondensatora grzejnego z generatorem wymaga dopasowania impcdancji obciążenia do obwodu oscylacyjnego w celu uzyskania odpowiedniego napięcia między elektrodami (w wielu zastosowaniach kilkadziesiąt kilowoltów). Generatory lampowe zawierają samowzbudne układy jedno- lub wielostopniowe, w których pierwszy stopień jest generatorem kwarcowym, następne zaś — to powielacze częstotliwości i wzmacniacz mocy. Moce urządzeń pojemnościowych: 0,3 -f-1000 kW.

Większość następujących zastosowań tej metody dotyczy procesów niskotemperaturowych (< 250°C):

—    zgrzewanie tworzyw termoplastycznych oraz tekstyliów i skóry (dwa ostatnie zastosowania wymagają użycia materiału łączącego);

—    obróbka cieplna tworzyw termoplastycznych w procesach ich kształtowania i prasowania;

—    podgrzewanie wstępne tworzyw termoutwardzalnych przed wytłaczaniem i prasowaniem kształtek;

—    suszenie rdzeni formierskich;

—    podgrzewanie kauczuku w fazie przygotowywania mieszanki i przy wulkanizacji;

—    wyrób sklejki, płyt wiórowych oraz suszenie drewna;

—    suszenie materiałów celulozowych takich jak włókno celulozowe, papier, karton (w ciągu 1 h można z niego usunąć 1 Mg wody przy mocy urządzenia 1 MW i częstotliwości 13,56 MHz);