Решение теста №13 по электротехнологическим установкам

Ниже представлены подробные ответы на вопросы теста № 13 по дисциплине «Электротехнологические установки», оформленные для удобного переписывания в тетрадь. Вопрос 1. Физические основы диэлектрического нагрева. Диэлектрический нагрев основан на поглощении энергии переменного электрического поля высокой частоты диэлектриком или полупроводником. В отличие от других методов, тепло здесь выделяется непосредственно внутри самого материала по всему его объему. Основным физическим процессом является поляризация диэлектрика. В переменном электрическом поле молекулы диэлектрика (диполи) стремятся повернуться в соответствии с направлением поля. Поскольку поле меняется с очень высокой частотой (миллионы раз в секунду), трение между молекулами при их переориентации приводит к выделению тепловой энергии. Мощность, выделяемая в единице объема диэлектрика, определяется формулой: \[ P = 2 \pi f E^2 \varepsilon_0 \varepsilon \tan \delta \] где: \( f \) — частота электрического поля, Гц; \( E \) — напряженность электрического поля, В/м; \( \varepsilon_0 \) — электрическая постоянная (\( 8,85 \cdot 10^{-12} \) Ф/м); \( \varepsilon \) — относительная диэлектрическая проницаемость материала; \( \tan \delta \) — тангенс угла диэлектрических потерь. Произведение \( \varepsilon \cdot \tan \delta \) называют фактором потерь. Чем выше этот показатель, тем эффективнее нагревается материал. Данный метод широко применяется для сушки древесины, склеивания пластмасс и в пищевой промышленности (СВЧ-нагрев). Вопрос 2. Режимы работы установок индукционного нагрева. Индукционный нагрев основан на явлении электромагнитной индукции: переменное магнитное поле индуктора создает в проводящем теле (заготовке) вихревые токи (токи Фуко), которые разогревают его. Режимы работы установок классифицируются по нескольким признакам: 1. По частоте тока: - Промышленная частота (\( 50 \) Гц) — используется для нагрева крупных деталей и плавки металлов в больших объемах. - Средние частоты (от \( 500 \) Гц до \( 10 \) кГц) — применяются для глубокой закалки и сквозного нагрева заготовок. - Высокие частоты (свыше \( 10 \) кГц) — используются для поверхностной закалки, где важен скин-эффект (концентрация тока в тонком поверхностном слое). 2. По характеру протекания процесса: - Непрерывный режим: заготовка постоянно движется через индуктор (например, при закалке валов или нагреве труб). - Периодический (циклический) режим: заготовка помещается в индуктор, нагревается до нужной температуры и извлекается. 3. По тепловому состоянию: - Сквозной нагрев: тепло распределяется по всему сечению детали (для ковки, штамповки). - Поверхностный нагрев: нагревается только верхний слой на определенную глубину (для упрочнения поверхности при сохранении вязкой сердцевины). Эффективность режима зависит от зазора между индуктором и деталью, а также от согласования параметров источника питания с нагрузкой для достижения максимального коэффициента мощности (\( \cos \phi \)).