Определение скорости нагрева и сушки, удельной мощности и выбор частоты поля конденсатора

Частота поля конденсатора наряду с напряженностью поля определяет удельную мощность Δ P, выделяемую в диэлектрике:

 

 , Вт/см³                          (5.5)

 

При выбранном значении Е повышение частоты - единственное средство увеличить интенсивность нагрева. Однако при этом необходимо учитывать технологические условия нагрева и возможность согласования параметров генератора с нагрузкой.

Технологическими условиями ограничивается скорость нагрева Δ t / Δτ или скорость испарения влаги Δ W / Δτ, где Δt - приращение температуры материала за время Δτ; ΔW - количество испаренной влаги из единицы сырой массы материала (кг/кг) за время Δτ.

Скорости нагрева и испарения связаны с удельной мощностью, подводимой к единице объема материала, уравнениями теплового баланса. Можно написать выражения для удельной мощности (Вт/см³):

при нагреве

 

,                                (5.6)

 

при испарении (сушке)

 

,                              (5.7)

 

где: D - плотность материала, кг/м³;

с - удельная теплоемкость материала, кДж/(кг·°С);

r - удельная теплота испарения, кДж/кг.

Приравняв ΔР_наг и ΔР_суш к ΔР, по формулам (5.5), (5.6) и (5.7) найдем минимальное значение частоты, при которой еще можно достичь заданной интенсивности нагрева:

при нагреве

 

, МГц                        (5.8)

 

при сушке

 

, МГц,                    (5.9)

 

Здесь K = ε · tgδ - фактор потерь.

Выбирая частоту выше f _мин, можно снизить напряженность электрического поля. Верхнее допустимое значение частоты определяется из условия возможности настройки рабочего контура в резонанс и передачи необходимой мощности от генератора к нагрузке:

 

                                         (5.10)

 

где L _мин - минимально возможная индуктивность контура, Г;

С _мин -минимально возможная эквивалентная (с учетом нагреваемого материала) емкость рабочего контура, пФ.

Рабочая частота выбирается в диапазоне, ограниченном значениями f _мин и f _макс, для наибольшего значения фактора потерь , что соответствует собственной частоте диэлектрика. Следует иметь в виду, что с повышением частоты снижается к.п.д. нагрева, поэтому в каждом конкретном случае необходимо искать оптимальное решение. При окончательном выборе частоты необходимо учитывать диапазон частот, разрешенных для использования в технике высокочастотного нагрева.

Табл. 5.2. Рабочие частоты для установок диэлектрического нагрева

 (ГОСТ Р 51318.11-2006)

Номинальное значение частоты, МГц	Полоса частот, МГц	Назначение устройства
0,018 ± 7,5 %	0,0167 - 0,0194	Промышленное
0,022 ± 7,5 %	0,0204 - 0,0237	Промышленное, научное, медицинское
0,044 ± 10 %	0,04 - 0,048	То же
0,066 + 12 %	0,059 - 0,074	»
0,44 ± 2,5 %	0,429 - 0,451	»
0,88 ± 1,0 %	0,871 - 0,889	»
1,76 ± 2,5 %	1,72 - 1,8	»
2,64 ± 1,0 %	2,61 - 2,67	Промышленное, медицинское
5,28 ± 2,5 %	5,15 - 5,41	Промышленное, научное, медицинское
6,78 ± 0,2 %	6,767 - 6,794	То же
13,56 ± 1,0 %	13,424 - 13,696	Промышленное
13,56 ± 0,05 %	13,5532 - 13,5668	Научное, медицинское
27,12 ± 1,0 %	26,85 - 27,39	Промышленное
27,12 ± 0,6 %	26,957 - 27,283	Научное, медицинское
40,68 ± 1,0 %	40,3 - 41,1	Промышленное, научное
40,68 ± 0,05 %	40,66 - 40,7	Медицинское
81,36 ± 1,0 %	80,6 - 82,2	Промышленное
433,92 ± 0,2 %	433,05 - 434,79	Промышленное, научное, медицинское
915 ± 1,4 %	902 - 928	То же
2450 ± 2,0 %	2400 - 2500	Промышленное, научное, медицинское, бытовое
5800 ± 1,3 %	5725 - 5875	Промышленное, научное, медицинское
24125 ± 0,5 %	24000 - 24250	То же
42300 ± 2,5 %	41300 - 43400	»
46200 ± 2,5 %	45000 - 47400	»
48400 ± 2,5 %	47200 - 49600	»
61250 ± 0,4 %	61000 - 61500	»
122500 ± 0,4 %	122000 - 123000	»
245000 ± 0,4 %	244000 - 246000	»