Otevřít dveře 

Vysokofrekvenční indukční ohřev. Indukční ohřívače Vortex

Vynález se týká elektrotechniky a je zaměřen na zvýšení životnosti vysokofrekvenčních plazmových hořáků a zvýšení jejich tepelné účinnosti. Problém je vyřešen tím, že plazmový hořák HFI obsahuje válcovou výbojovou komoru vyrobenou ve formě vodou chlazených podélných profilovaných kovových profilů umístěných v ochranném dielektrickém pouzdru, induktor obepínající pouzdro, nainstalovaný uvnitř výbojové komory na jejím konci. část, vstupní uzly hlavních a tepelných ochranných plynů. Vstupní jednotka tepelného ochranného plynu je vytvořena ve formě jedné nebo více koaxiálních prstencových řad podélných kovových trubek, přičemž počet v každé řadě se rovná počtu podélných profilovaných kovových profilů. Trubky na straně induktoru mají profilovanou mezeru pro výstup plynu a také podélnou mezeru vzhledem k sousedním trubkám v řadě až do vzdálenosti alespoň jednoho vnitřního průměru výbojové komory, počítáno od nejbližší cívky induktor. Trubky jsou spojeny podél bočního povrchu pájením nebo svařováním s radiálně umístěnými podélnými kovovými trubkami sousední koaxiální prstencové řady a podélné kovové trubky řady nejblíže k podélným profilovaným kovovým profilům jsou spojeny podél bočního povrchu se sousedním úsekem. pájením nebo svařováním. Hlavní jednotka přívodu plynu na straně induktoru je vybavena membránou umístěnou ve vzdálenosti alespoň jednoho vnitřního průměru výbojové komory od nejbližší cívky induktoru a mající alespoň jeden otvor pro průchod plynu. Konce podélných kovových trubek pro výstup plynu v každé řadě jsou umístěny mimo zónu induktoru a ve stejné vzdálenosti od jejího nejbližšího závitu a vzdálenost konců podélných kovových trubek pro výstup plynu od nejbližší cívky induktoru se zvyšuje s rostoucí vzdálenost koaxiální prstencové řady od podélných profilovaných kovových profilů. Podélné kovové trubky jsou umístěny na povrchu sousedních, radiálně umístěných podélných kovových trubek, a podélné kovové trubky koaxiální prstencové řady nejblíže k podélným profilovaným kovovým profilům jsou umístěny na povrchu sousedních profilů. Membrána na straně induktoru tvoří prstencovou mezeru pro průchod plynu s podélnými kovovými trubkami nejbližší koaxiální prstencové řady a výška prstencové mezery pro průchod plynu je menší než výška profilované mezery pro výstup plynu z podélných kovových trubek nejbližší koaxiální prstencové řady. Využití navržené konstrukce RFI plazmového hořáku jako generátoru nízkoteplotního plazmatu v tryskových plazmových procesech pro zpracování disperzních materiálů umožnilo vytvořit efektivní zařízení plazmového reaktoru pro otevírání jemně mletých rudných surovin, sféroidizaci disperzních materiálů a získávání vysoce disperzní oxidové prášky generováním nekroucených plazmových trysek při tepelné účinnosti RFI-plazmatronů více než 80 %. 15 z.p. f-ly, 5 nemocných.

Indukční ohřev je způsob bezkontaktního ohřevu vysokofrekvenčními proudy (angl. RFH - radiofrekvenční ohřev, ohřev radiofrekvenčními vlnami) elektricky vodivých materiálů.

Popis metody.

Indukční ohřev je ohřev materiálů elektrické proudy, které jsou indukovány střídavým magnetickým polem. Jedná se tedy o ohřev výrobků z vodivých materiálů (vodičů) magnetickým polem induktorů (zdrojů střídavého magnetického pole). Indukční ohřev se provádí následovně. Elektricky vodivý (kovový, grafitový) obrobek je umístěn v tzv. induktoru, což je jeden nebo více závitů drátu (nejčastěji mědi). V induktoru se pomocí speciálního generátoru indukují silné proudy různých frekvencí (od desítek Hz do několika MHz), v důsledku čehož kolem induktoru vzniká elektromagnetické pole. Elektromagnetické pole indukuje vířivé proudy v obrobku. Vířivé proudy ohřívají obrobek působením Jouleova tepla (viz Joule-Lenzův zákon).

Systém induktor-blank je bezjádrový transformátor, ve kterém je induktor primárním vinutím. Obrobek je sekundární vinutí zkratované. Magnetický tok mezi vinutími se ve vzduchu uzavírá.

Při vysoké frekvenci jsou vířivé proudy vytlačovány jimi vytvořeným magnetickým polem do tenkých povrchových vrstev obrobku Δ (Povrchový efekt), v důsledku čehož se jejich hustota prudce zvyšuje a obrobek se zahřívá. Spodní vrstvy kovu se zahřívají v důsledku tepelné vodivosti. Není důležitý proud, ale vysoká proudová hustota. V potahové vrstvě Δ se proudová hustota snižuje o faktor e vzhledem k proudové hustotě na povrchu obrobku, přičemž v potahové vrstvě se uvolňuje 86,4 % tepla (z celkového uvolněného tepla. Hloubka potahové vrstvy závisí na na frekvenci záření: čím vyšší frekvence, tím tenčí vrstva kůže Závisí také na relativní magnetické permeabilitě μ materiálu obrobku.

Pro železo, kobalt, nikl a magnetické slitiny při teplotách pod Curieovým bodem má μ hodnotu od několika stovek do desítek tisíc. Pro ostatní materiály (taveniny, neželezné kovy, tekutá nízkotavitelná eutektika, grafit, elektrolyty, elektricky vodivá keramika atd.) se μ rovná přibližně jedné.

Například při frekvenci 2 MHz je hloubka slupky pro měď asi 0,25 mm, pro železo ≈ 0,001 mm.

Induktor se během provozu velmi zahřívá, protože pohlcuje své vlastní záření. Navíc pohlcuje tepelné záření z horkého obrobku. Vyrobte induktory z měděné trubky chlazené vodou. Voda je přiváděna odsáváním - to zajišťuje bezpečnost v případě popálení nebo jiného odtlakování induktoru.

Aplikace:
Ultra čisté bezkontaktní tavení, pájení a svařování kovů.
Získávání prototypů slitin.
Ohýbání a tepelné zpracování strojních součástí.
Obchod se šperky.
Obrábění malých dílů, které mohou být poškozeny plamenem nebo obloukovým ohřevem.
Povrchové kalení.
Kalení a tepelné zpracování součástí složitého tvaru.
Dezinfekce lékařských nástrojů.

Výhody.

Vysokorychlostní ohřev nebo tavení jakéhokoli elektricky vodivého materiálu.

Zahřívání je možné v ochranné plynové atmosféře, v oxidačním (nebo redukčním) médiu, v nevodivé kapalině, ve vakuu.

Ohřev stěnami ochranné komory ze skla, cementu, plastů, dřeva - tyto materiály velmi slabě absorbují elektromagnetické záření a zůstávají během provozu instalace studené. Ohřívá se pouze elektricky vodivý materiál - kov (včetně roztaveného), uhlík, vodivá keramika, elektrolyty, tekuté kovy atd.

Vlivem vznikajících sil MHD se tekutý kov intenzivně promíchává, až zůstane suspendován ve vzduchu nebo ochranném plynu – tak se získávají ultračisté slitiny v malá množství(levitační tavení, tavení v elektromagnetickém kelímku).

Vzhledem k tomu, že ohřev je prováděn pomocí elektromagnetického záření, nedochází ke znečištění obrobku zplodinami hoření hořáku v případě ohřevu plynovým plamenem nebo materiálem elektrody v případě ohřevu obloukem. Umístění vzorků do atmosféry inertního plynu a vysoké rychlosti zahřívání eliminuje tvorbu vodního kamene.

Snadné použití díky malé velikosti induktoru.

Induktor může být vyroben ve speciálním tvaru - to umožní rovnoměrně ohřívat části složité konfigurace po celém povrchu, aniž by to vedlo k jejich deformaci nebo lokálnímu nezahřívání.

Je snadné provádět lokální a selektivní vytápění.

Vzhledem k tomu, že k nejintenzivnějšímu ohřevu dochází v tenkých horních vrstvách obrobku a spodní vrstvy se díky tepelné vodivosti ohřívají šetrněji, je metoda ideální pro povrchové kalení součástí (jádro zůstává viskózní).

Snadná automatizace zařízení - cykly ohřevu a chlazení, regulace a přidržování teploty, podávání a odebírání obrobků.

Indukční topné jednotky:

V instalacích s pracovní frekvencí do 300 kHz se používají invertory na sestavách IGBT nebo tranzistory MOSFET. Taková zařízení jsou navržena pro vytápění velkých dílů. K ohřevu malých dílů se používají vysoké frekvence (do 5 MHz, rozsah středních a krátkých vln), vysokofrekvenční instalace jsou stavěny na elektronkách.

Také pro ohřev malých dílů jsou vysokofrekvenční instalace postaveny na tranzistorech MOSFET pro pracovní frekvence až 1,7 MHz. Řízení a ochrana tranzistorů na vyšších frekvencích představuje určité potíže, takže nastavení vyšších frekvencí je stále poměrně drahé.

Induktor pro ohřev malých dílů má malá velikost a malou indukčností, která vede ke snížení činitele kvality pracovního oscilačního obvodu při nízkých frekvencích a snížení účinnosti a také představuje nebezpečí pro hlavní oscilátor (faktor kvality oscilačního obvodu je úměrný L / C, oscilační obvod s nízkým činitelem jakosti je příliš dobře „napumpován“ energií, vytvoří zkrat přes induktor a vypne hlavní oscilátor). Pro zvýšení faktoru kvality oscilačního obvodu se používají dva způsoby:
- zvýšení provozní frekvence, což vede ke složitosti a ceně instalace;
- použití feromagnetických vložek v induktoru; lepení induktoru panely z feromagnetického materiálu.

Protože induktor pracuje nejúčinněji při vysokých frekvencích, průmyslové aplikace indukční ohřev obdržel po vývoji a zahájení výroby výkonných generátorových lamp. Před první světovou válkou byl indukční ohřev omezený. V té době se jako generátory používaly vysokofrekvenční strojní generátory (práce V.P. Vologdina) nebo jiskrové výboje.

Obvod generátoru může být v zásadě jakýkoliv (multivibrátor, RC generátor, nezávisle buzený generátor, různé relaxační generátory) pracující na zátěži ve formě indukční cívky a mající dostatečný výkon. Je také nutné, aby frekvence kmitání byla dostatečně vysoká.

Například, aby bylo možné během několika sekund "uříznout" ocelový drát o průměru 4 mm, je zapotřebí oscilační výkon alespoň 2 kW při frekvenci alespoň 300 kHz.

Schéma se vybírá podle následujících kritérií: spolehlivost; stabilita kolísání; stabilita výkonu uvolněného v obrobku; snadnost výroby; snadné nastavení; minimální počet dílů pro snížení nákladů; použití dílů, které celkově snižují hmotnost a rozměry atd.

Po mnoho desetiletí se jako generátor vysokofrekvenčních kmitů používá indukční tříbodový generátor (Hartleyův generátor, autotransformátorový generátor). zpětná vazba, obvod na dělič napětí indukční smyčky). Jedná se o samobuzený paralelní napájecí obvod pro anodu a frekvenčně selektivní obvod vytvořený na oscilačním obvodu. Úspěšně se používal a nadále používá v laboratořích, klenotnických dílnách, průmyslové podniky, stejně jako v amatérské praxi. Například během druhé světové války bylo na takových zařízeních prováděno povrchové kalení válců tanku T-34.

Nevýhody tří teček:

Nízká účinnost (méně než 40 % při použití lampy).

Silná frekvenční odchylka v okamžiku ohřevu obrobků z magnetických materiálů nad Curieovým bodem (≈700С) (změny μ), která mění hloubku vrstvy kůže a nepředvídatelně mění režim tepelného zpracování. Při tepelném zpracování kritických částí to může být nepřijatelné. Také výkonné RF instalace musí pracovat v úzkém rozsahu frekvencí povolených Rossvyazokhrankulturou, protože se špatným stíněním jsou ve skutečnosti rádiovými vysílači a mohou rušit televizní a rozhlasové vysílání, pobřežní a záchranné služby.

Při výměně polotovarů (například z menších na větší) se mění indukčnost systému induktor-blank, což také vede ke změně frekvence a hloubky vrstvy kůže.

Při změně jednootáčkových induktorů na víceotáčkové, na větší či menší se mění i frekvence.

Pod vedením Babata, Lozinského a dalších vědců byly vyvinuty dvou- a tříokruhové generátorové obvody, které mají více vysoká účinnost(až 70 %), stejně jako lepší držení pracovní frekvence. Princip jejich působení je následující. V důsledku použití sdružených obvodů a zeslabení spojení mezi nimi nemá změna indukčnosti pracovního obvodu za následek silnou změnu frekvence obvodu pro nastavení frekvence. Rádiové vysílače jsou konstruovány podle stejného principu.

Moderní vysokofrekvenční generátory jsou invertory založené na sestavách IGBT nebo výkonných tranzistorech MOSFET, obvykle vyrobené podle schématu můstku nebo polomůstku. Pracujte na frekvencích až 500 kHz. Brány tranzistorů se otevírají pomocí řídicího systému mikrokontroléru. Řídicí systém v závislosti na úkolu umožňuje automaticky držet

A) konstantní frekvence
b) konstantní výkon uvolněný v obrobku
c) maximální účinnost.

Například, když se magnetický materiál zahřeje nad Curieovým bodem, tloušťka vrstvy kůže se prudce zvětší, proudová hustota klesne a obrobek se začne hůře zahřívat. Zmizí také magnetické vlastnosti materiálu a zastaví se proces obrácení magnetizace - obrobek se začne hůře zahřívat, zatěžovací odpor prudce klesne - to může vést k "odstupu" generátoru a jeho poruše. Řídicí systém sleduje přechod Curieovým bodem a automaticky zvyšuje frekvenci s prudkým poklesem zátěže (nebo snižuje výkon).

Poznámky.

Induktor by měl být pokud možno umístěn co nejblíže k obrobku. Tím se nejen zvýší hustota elektromagnetického pole v blízkosti obrobku (v poměru k druhé mocnině vzdálenosti), ale také se zvýší účiník Cos(φ).

Zvýšením frekvence se dramaticky sníží účiník (v poměru k třetí mocnině frekvence).

Při zahřívání magnetických materiálů se také uvolňuje dodatečné teplo v důsledku obrácení magnetizace, jejich zahřívání na Curieův bod je mnohem efektivnější.

Při výpočtu induktoru je nutné vzít v úvahu indukčnost pneumatik vedoucích k induktoru, která může být mnohem větší než indukčnost samotného induktoru (pokud je induktor vyroben ve formě jediné otáčky malého průměr nebo i část otáčky - oblouk).

Existují dva případy rezonance v oscilačních obvodech: napěťová rezonance a proudová rezonance.
Paralelní oscilační obvod - rezonance proudů.
V tomto případě je napětí na cívce a na kondenzátoru stejné jako na generátoru. Při rezonanci se odpor obvodu mezi body větvení stane maximálním a proud (celkem I) přes odpor zátěže Rn bude minimální (proud uvnitř obvodu I-1l a I-2s je větší než proud generátoru) .

V ideálním případě je impedance smyčky nekonečná - obvod neodebírá žádný proud ze zdroje. Při změně frekvence generátoru v libovolném směru od rezonanční frekvence klesá impedance obvodu a zvyšuje se lineární proud (Itot).

Sériový oscilační obvod - napěťová rezonance.

Hlavním rysem sériového rezonančního obvodu je, že jeho impedance je při rezonanci minimální. (ZL + ZC - minimum). Když je frekvence naladěna na hodnotu nad nebo pod rezonanční frekvencí, impedance se zvyšuje.
Závěr:
V paralelním obvodu při rezonanci je proud procházející vodiči obvodu 0 a napětí je maximální.
V sériovém obvodu je tomu naopak - napětí má tendenci k nule a proud je maximální.

Článek byl převzat ze stránek http://dic.academic.ru/ a do srozumitelnějšího textu pro čtenáře přepracován společností LLC Prominduktor.

Odeslat svou dobrou práci do znalostní báze je jednoduché. Použijte níže uvedený formulář

Studenti, postgraduální studenti, mladí vědci, kteří využívají znalostní základnu ve svém studiu a práci, vám budou velmi vděční.

Vloženo na http://www.allbest.ru/

HF - indukční výboj: podmínky spalování, provedení a rozsah

Úvod

Jedna z nejdůležitějších otázek v organizaci plazmy technologické procesy je vývoj plazmových zdrojů s vlastnostmi, které jsou pro tuto technologii optimální, např.: vysoká uniformita, specifikovaná hustotou plazmatu, energií nabitých částic, koncentrací chemicky aktivních radikálů. Analýza ukazuje, že vysokofrekvenční (HF) plazmové zdroje jsou nejslibnější pro použití v průmyslových technologiích, protože je lze použít pro zpracování vodivých i dielektrických materiálů. Za druhé Jako pracovní plyny lze použít nejen inertní, ale i reaktivní plyny. Dnes jsou známy plazmové zdroje založené na kapacitních a indukčních RF výbojích. Charakteristickým rysem kapacitního RF výboje, který je nejčastěji využíván v plazmových technologiích, je existence vrstev prostorového náboje na elektrodách, ve kterých se vytváří časově zprůměrovaný potenciálový pokles, který urychluje ionty ve směru elektrody. To umožňuje zpracovávat vzorky materiálů umístěných na elektrodách vysokofrekvenčního kapacitního výboje pomocí urychlených iontů. Nevýhodou kapacitních vysokofrekvenčních výbojových zdrojů je relativně nízká koncentrace elektronů v hlavním objemu plazmatu. Podstatně vyšší koncentrace elektronů při stejných RF výkonech je charakteristická pro indukční RF výboje.

Indukční vysokofrekvenční výboj je znám již více než sto let. Jedná se o výboj buzený proudem procházejícím induktorem umístěným zpravidla na boční nebo koncové ploše válcového zdroje plazmy. Již v roce 1891 J. Thomson navrhl, že indukční výboj je způsoben a udržován vírovým elektrickým polem, které je vytvářeno magnetickým polem, které je naopak indukováno proudem procházejícím anténou. V letech 1928-1929 vyslovili v diskuzi s J. Thomsonem, D. Townsendem a R. Donaldson myšlenku, že indukční vysokofrekvenční výboj není podporován vířivými elektrickými poli, ale potenciálními, které se objevují v důsledku přítomnosti rozdílu potenciálů mezi otáčky induktoru. V roce 1929 K. McKinton experimentálně prokázal možnost existence dvou režimů výbojového spalování. Při malých amplitudách VF napětí se výboj skutečně objevil působením elektrického pole mezi závity cívky a měl charakter slabé podélné záře podél celé plynové výbojky. Se zvýšením amplitudy vysokofrekvenčního napětí se záře zjasnila a nakonec se objevil jasný prstencový výboj. Záře způsobená podélným elektrickým polem v tomto případě zmizela. Následně byly tyto dvě formy výboje nazývány E-H výbojem, resp.

Oblasti existence indukčního výboje lze rozdělit do dvou velkých oblastí: toto vysoké tlaky(o atmosférický tlak), při které se generované plazma blíží rovnováze, a nízké tlaky, při kterém je generované plazma nerovnovážné.

Periodické výboje. Plazma vysokofrekvenčních a mikrovlnných výbojů. Druhy vysokofrekvenčních výbojů

Pro buzení a udržování doutnavého výboje stejnosměrný proud je nutné, aby dvě vodivé (kovové) elektrody byly v přímém kontaktu s plazmovou zónou. Z technologického hlediska není taková konstrukce plazmochemického reaktoru vždy vhodná. Za prvé, během procesů plazmového nanášení dielektrických povlaků se může na elektrodách vytvořit také nevodivý film. To povede ke zvýšení nestability výboje a v konečném důsledku i k jeho utlumení. Za druhé, v reaktorech s vnitřními elektrodami vždy existuje problém kontaminace cílového procesu materiály odstraněnými z povrchu elektrody během fyzikálního naprašování nebo chemických reakcí s částicemi plazmatu. Aby se předešlo těmto problémům, včetně úplného opuštění používání vnitřních elektrod, umožňuje použití periodických výbojů buzených nikoli konstantním, ale střídavým elektrickým polem.

Hlavní efekty probíhající v periodických výbojích jsou určeny vztahy mezi charakteristickými frekvencemi plazmových procesů a frekvencí aplikovaného pole. Je užitečné zvážit tři typické případy:

nízké frekvence. Při frekvencích vnějšího pole do 10 2 - 10 3 Hz se situace blíží situaci realizované v konstantním elektrické pole. Pokud je však charakteristická frekvence ztráty náboje vd menší než frekvence pole w(vd ?w), mají náboje čas zmizet poté, co se znaménko pole změní, než pole dosáhne hodnoty dostatečné k udržení vybíjení. Poté výboj zhasne a dvakrát se zapálí během doby změny pole. Napětí pro opětovné zapálení výboje by mělo záviset na frekvenci. Čím vyšší je frekvence, tím menší je podíl elektronů, které stihnou zmizet během existence pole, které je nedostatečné pro udržení výboje, tím nižší je potenciál opětovného zapálení. Při nízkých frekvencích po průrazu odpovídá poměr mezi spalovacím proudem a napětím statické proudově-napěťové charakteristice výboje (obr. 1, křivka 1). Parametry vybíjení „sledují“ změny napětí.

Mezifrekvence. S rostoucí frekvencí, kdy jsou charakteristické frekvence plazmových procesů úměrné a poněkud menší než frekvence pole (vd ?w), nemá stav vybití čas „sledovat“ změnu napájecího napětí. V dynamické CVC výboje se objevuje hystereze (obr. 1, křivka 2).

Vysoké frekvence. Když podmínka< v d <

Rýže. 1. Voltampérové ​​charakteristiky periodických výbojů: 1-statický CVC, 2 - CVC v oblasti přechodové frekvence, 3 - ustálený dynamický CVC

V plynu existuje mnoho typů elektrických výbojů v závislosti na povaze aplikovaného pole (konstantní elektrické pole, střídavé, pulzní, (HF), super vysokofrekvenční (SHF)), tlaku plynu, tvaru a umístění elektrod, atd.

Pro vf výboje existují tyto způsoby buzení: 1) kapacitní na frekvencích nižších než 10 kHz, 2) indukční na frekvencích v rozsahu 100 kHz - 100 MHz. Tyto metody buzení zahrnují použití generátorů dat vzdálenosti. U kapacitního způsobu buzení mohou být elektrody instalovány uvnitř pracovní komory nebo vně, pokud je komora vyrobena z dielektrika (obr. 2 a, b). Pro indukční metodu se používají speciální cívky, jejichž počet závitů závisí na použité frekvenci (obr. 2 c).

RF indukční výboj

Vysokofrekvenční indukční (bezelektrodový) výboj v plynech je znám již od konce minulého století. Nebylo to však okamžitě možné plně pochopit. Indukční výboj lze snadno pozorovat, pokud je evakuovaná nádoba umístěna uvnitř solenoidu, kterým protéká dostatečně silný vysokofrekvenční proud. Působením vírového elektrického pole, které je vyvoláno střídavým magnetickým tokem, dojde k průrazu zbytkového plynu a zapálení výboje. K udržení výboje (ionizace) je spotřebováno Jouleovo teplo prstencových indukčních proudů proudících v ionizovaném plynu podél siločar vírového elektrického pole (magnetické siločáry uvnitř dlouhého solenoidu jsou rovnoběžné s osou; Obr. 3).

Obr.3 Schéma polí v solenoidu

Ze starých prací o bezelektrodovém výboji patří nejdůkladnější výzkumy J. Thomsonovi 2, který zejména experimentálně prokázal induktivní povahu výboje a odvodil teoretické podmínky zapálení: závislost prahu magnetického pole pro průraz na tlak plynu (a frekvenci). Stejně jako Paschenovy křivky pro průraz výbojové mezery v konstantním elektrickém poli mají zapalovací křivky minimum. Pro praktický frekvenční rozsah (od desetin do desítek megahertzů) leží minima v oblasti nízkých tlaků; proto byl výboj obvykle pozorován pouze ve vysoce zředěných plynech.

Podmínky pro hoření RF - indukční výboj

Indukční RF výboj je výboj buzený proudem procházejícím induktorem umístěným zpravidla na boční nebo koncové ploše válcového zdroje plazmatu (obr. 4a, b). Ústředním problémem fyziky nízkotlakých indukčních výbojů je otázka mechanismů a účinnosti absorpce vysokofrekvenčního výkonu plazmatem. Je známo, že při čistě indukčním buzení vysokofrekvenčního výboje lze jeho ekvivalentní obvod znázornit tak, jak je znázorněno na Obr. 1 g VF generátor je zatížen transformátorem, jehož primární vinutí tvoří anténa, kterou protéká generátorem generovaný proud a sekundárním vinutím je proud indukovaný v plazmatu. Primární a sekundární vinutí transformátoru jsou spojeny vzájemným indukčním koeficientem M. Obvod transformátoru lze snadno zredukovat na obvod, který je sériově zapojený činný odpor a indukčnost antény, ekvivalentní odpory a indukčnost plazmatu (obr. 4e), takže výkon VF generátoru P gen je spojen s výkonem P an t uvolněným v anténě a výkonem P p1 uvolněným v plazmatu pomocí výrazů

kde I je proud procházející anténou, Pant je aktivní odpor antény, R p 1 je ekvivalentní odpor plazmatu.

Ze vzorců (1) a (2) je vidět, že když je zátěž přizpůsobena generátoru, aktivní vysokofrekvenční výkon Pgen, předaný generátorem do vnějšího obvodu, je rozdělen mezi dva kanály, a to: jedna část energie jde na ohřev antény a druhá část je absorbovaná plazma. Dříve se v naprosté většině prací a priori předpokládalo, že za experimentálních podmínek

Rpl > Rantvv (3)

a vlastnosti plazmatu jsou dány výkonem RF generátoru, který je plně pohlcen plazmatem. V polovině 90. let V. Godyak a spolupracovníci přesvědčivě prokázali, že vztah (3) může být porušen u nízkotlakých výbojů. Samozřejmě za předpokladu

Rpi? Rant (4)

Chování indukčního vysokofrekvenčního výboje se dramaticky mění.

Rýže. čtyři. Obvody (a, b) zdrojů indukčního plazmatu a (c) indukčního zdroje plazmatu s kapacitní složkou, (d, e) ekvivalentní obvody čistě indukčního výboje.

Nyní parametry plazmatu závisí nejen na výkonu VF generátoru, ale také na ekvivalentním odporu plazmatu, který zase závisí na parametrech plazmatu a podmínkách pro jeho udržování. To vede ke vzniku nových efektů spojených se samokonzistentním přerozdělením výkonu ve vnějším vybíjecím okruhu. Ten může výrazně ovlivnit účinnost plazmových zdrojů. Je zřejmé, že klíč k pochopení chování výboje v režimech odpovídajících nerovnosti (4), jakož i k optimalizaci provozu plazmových zařízení, spočívá v zákonitostech změny ekvivalentního odporu plazmatu se změnou v parametry plazmatu a podmínky pro udržení výboje.

Provedení RF - indukční výboj

Základy moderního výzkumu a aplikací bezelektrodových výbojů položily práce G. I. Babata, které byly provedeny těsně před válkou v Leningradské elektrické lampě Světlana. Tyto práce byly publikovány v roce 1942 3 a staly se široce známými v zahraničí po jejich publikaci v Anglii v roce 1947. 4 Babat vytvořil vysokofrekvenční elektronkové generátory o výkonu asi sto kilowattů, které mu umožnily získat silné bezelektrodové výboje ve vzduchu při tlacích nahoru na atmosférický tlak.. Babat pracoval ve frekvenčním rozsahu 3-62 MHz, tlumivky se skládaly z několika závitů o průměru asi 10 cm.Do vysokotlakého výboje byl vnesen na tehdejší dobu obrovský výkon až několik desítek kilowattů (avšak takové hodnoty jsou u moderních instalací vysoké). ?Rána pěstí? vzduchu nebo jiného plynu při atmosférickém tlaku to samozřejmě nebylo možné ani při nejvyšších proudech v induktoru, takže bylo nutné provést speciální opatření k zapálení výboje. Nejjednodušší způsob bylo zahájit výboj při nízkém tlaku, kdy jsou průrazná pole malá, a pak postupně tlak zvyšovat, až se dostane na atmosférický tlak. Babat poznamenal, že když plyn proudí výbojem, výboj může být uhašen, pokud je foukání příliš intenzivní. Při vysokých tlacích byl zjištěn efekt kontrakce, tedy odtržení výboje od stěn výtlačné komory. V 50. letech se objevilo několik článků o bezelektrodovém výboji 5~7. Kabann 5 zkoumal výboje v inertních plynech při nízkých tlacích od 0,05 do 100 mm Hg. Umění. a malých výkonech do 1 kW při frekvencích 1--3 MHz, určovaly křivky zážehu, měřily výkon zaváděný do výboje kalorimetrickou metodou a měřily koncentrace elektronů pomocí sond. Křivky zážehu pro mnoho plynů byly také získány v odkazu 7. V odkazu 6 byl učiněn pokus použít výboj pro ultrafialovou spektroskopii. Bezelektrodový plazmový hořák, kterému jsou současné instalace velmi blízké, navrhl Reed v roce 1960. 8. Jeho schéma a fotografie jsou znázorněny na obr. 2. Křemenná elektronka o průměru 2,6 cm byla překryta pětiotáčkovou tlumivkou z měděné trubky se vzdáleností závitů 0,78 cm.Jako zdroj energie; pracovní frekvence 4 MHz. K zapálení výboje byla použita pohyblivá grafitová tyč. Tyč vložená do induktoru se zahřívá ve vysokofrekvenčním poli a emituje elektrony. Okolní plyn se zahřívá a expanduje a dochází v něm k rozpadu. Po zapálení je tyč odstraněna a výboj dále hoří. Nejvýznamnějším bodem této instalace bylo použití tangenciálního přívodu plynu. Reed poukázal na to, že výsledné plazma by se mělo šířit poměrně rychle proti proudu plynu, který má tendenci ho unášet pryč. Jinak výboj zhasne, jako se to stává u nestabilizovaných plamenů. Při nízkých průtokových rychlostech může být udržování plazmy zajištěno konvenčním vedením tepla. (Roli vedení tepla ve vysokotlakých výbojích zaznamenal i Cabanne.5) Při vysokých rychlostech průtoku plynu je však nutné přijmout opatření k recirkulaci části plazmatu. Uspokojivým řešením tohoto problému byla vírová stabilizace používaná Reedem, při níž je plyn přiváděn do trubice tangenciálně a proudí skrz ni a vykonává šroubovitý pohyb. Vlivem odstředivé expanze plynu se v axiální části trubice vytvoří sloupec sníženého tlaku. Neproudí zde téměř žádné axiální proudění a část plazmy je nasávána proti proudu. Čím větší je rychlost posuvu, tím více svítící plazma proniká proti proudu. Navíc při tomto způsobu přívodu plyn proudí podél trubice, hlavně v blízkosti jejích stěn, stlačuje výboj ze stěn a izoluje je od škodlivých účinků vysokých teplot, což umožňuje pracovat se zvýšenými výkony. Tyto kvalitativní úvahy, stručně vyjádřené Reidem, jsou velmi důležité pro pochopení jevů, i když nemusí přesně odrážet podstatu věci. K otázce údržby plazmatu, která se jeví jako nejzávažnější při uvažování stacionárního stabilizovaného výboje v proudu plynu, se vrátíme níže v kap. IV.

Reed pracoval s argonem a směsmi argonu s heliem, vodíkem, kyslíkem a vzduchem. Poznamenal, že je nejjednodušší udržovat výboj v čistém argonu. Průtoky argonu byly 10–20 l/min (průměrné rychlosti plynu na průřezu trubice byly 30–40 cm/s) se zavedením výkonů 1,5–3 kw do výboje, což představovalo přibližně polovinu energii spotřebovanou generátorem. Reed stanovil energetickou bilanci v plazmovém hořáku a pomocí optické metody změřil prostorové rozložení teploty v plazmatu.

Publikoval několik dalších prací: o silných indukčních výbojích při nízkých tlacích,9 o měření přenosu tepla do sond vložených v různých bodech plazmového oblaku,10 o růstu krystalů žáruvzdorných materiálů pomocí indukčního hořáku atd.

Indukční plazmový hořák, podobný designu jako Reed, byl poněkud později popsán Rebu.

Přibližně od roku 1963 se v našem i zahraničním tisku objevilo mnoho prací věnovaných experimentálnímu studiu vysokotlakých indukčních výbojů jak v uzavřených nádobách, tak v proudu plynu.

Měří se prostorová rozložení teplot ve výbojové oblasti a v plazmovém paprsku a rozložení koncentrací elektronů. Zde se zpravidla používají známé optické, spektrální a sondové metody, které se obvykle používají při studiu plazmatu obloukových výbojů. Výkony uložené ve výboji jsou měřeny při různých napětích na induktoru, různé rychlosti proudění plynu, různé závislosti parametrů pro různé plyny, frekvence atd. Je obtížné stanovit nějaké jednotné závislosti, řekněme, teploty plazmatu na výkon uložený ve výboji, protože jak vše závisí na konkrétních podmínkách: průměr trubky, geometrie induktoru, rychlost přívodu plynu atd. Obecným výsledkem mnoha prací je závěr, že při síle řádově několika nebo desítkách kilowattů dosahuje teplota argonového plazmatu přibližně 9000-10 000 °K .

Rozložení teplot má v podstatě charakter?Plahoviny? uprostřed trubky a prudce klesá u stěn, nicméně?náhorní plošina? ne zcela rovnoměrné, ve střední části je dosaženo malého poklesu, obvykle několik set stupňů. V ostatních plynech jsou teploty také řádově 10 000°, v závislosti na druhu plynu a dalších podmínkách. Teploty ve vzduchu jsou při stejném výkonu nižší než v argonu a naopak, k dosažení stejných teplot je potřeba několikanásobně vyšší výkon.31 Teplota mírně stoupá s rostoucím výkonem a slabě závisí na průtoku plynu. Na Obr. 3 a 4 jsou znázorněny pro ilustraci rozložení teploty podél poloměru, teplotního pole (izotermy) a rozložení koncentrací elektronů. Pokusy 27 ukázaly, že jak se zvyšuje rychlost přívodu plynu a rychlost průtoku (v případě tangenciálního přívodu), výboj je stále více odtlačován od stěn a poloměr výtlaku se mění přibližně z 0,8 na 0,4 poloměru trubky. Jak se zvyšuje průtok plynu, výkon uložený ve výboji poněkud klesá, což je spojeno se zmenšením poloměru výboje, tj. toku plazmy nebo rychlosti toku. Při výbojích v uzavřených nádobách, bez proudění plynu, se světelná oblast výboje obvykle velmi přiblíží k bočním stěnám nádoby. Měření koncentrací elektronů ukázalo, že stav plazmatu při atmosférickém tlaku je blízký termodynamické rovnováze. Naměřené koncentrace a teploty zapadají do Saha rovnice s uspokojivou přesností.

RF indukce - výboj

V současné době jsou známy zdroje nízkotlakého plazmatu, jejichž princip činnosti je založen na indukčním RF výboji za nepřítomnosti magnetického pole a dále na indukčním RF výboji umístěném ve vnějším magnetickém poli s indukcí. odpovídající podmínkám elektronové cyklotronové rezonance (ECR) a podmínkám buzení helikonů a Trivelpiece-Gold (TG) vln (dále jen helikonové zdroje).

Je známo, že vysokofrekvenční elektrická pole jsou v plazmě indukčního výboje stažena; elektrony se ohřívají v úzké vrstvě blízko stěny. Při působení vnějšího magnetického pole na plazma indukčního RF výboje se objevují oblasti průhlednosti, ve kterých RF pole pronikají hluboko do plazmatu a elektrony jsou zahřívány v celém jeho objemu. Tento efekt se využívá u plazmových zdrojů, jejichž princip činnosti je založen na ECR. Takové zdroje pracují převážně v mikrovlnném pásmu (2,45 GHz). Mikrovlnné záření je zaváděno zpravidla přes křemenné okénko do válcové plynové výbojkové komory, ve které se pomocí magnetů vytváří nehomogenní magnetické pole. Magnetické pole je charakterizováno přítomností jedné nebo několika rezonančních zón, ve kterých jsou splněny podmínky ECR a vysokofrekvenční energie je vstřikována do plazmatu. V oblasti RF se ECR používá v takzvaných zdrojích plazmy s neutrální smyčkou. Důležitou roli při generování plazmatu a tvorbě výbojové struktury hraje neutrální obrys, což je spojitá sekvence bodů s nulovým magnetickým polem. Uzavřený magnetický obvod je vytvořen pomocí tří elektromagnetů. Proudy ve vinutí horní a spodní cívky mají stejný směr. Proud ve střední cívce teče opačným směrem. RF indukční výboj s neutrálním obvodem se vyznačuje vysokou hustotou plazmatu (10 11 - 10 12 cm~3) a nízkou elektronovou teplotou (1 -4 eV).

Indukční výboj bez vnějšího magnetického pole

Výkon Ppi absorbovaný plazmatem je vynesen na úsečce jako nezávislá proměnná. Je přirozené předpokládat, že hustota plazmatu pe je úměrná Ppi, je však třeba poznamenat, že pro různé zdroje plazmatu se budou koeficienty úměrnosti mezi Ppi a pe lišit. Jak je vidět, obecným trendem v chování ekvivalentního odporu Rpi je jeho nárůst v oblasti relativně malých hodnot vstupního výkonu a následně jeho saturace.

Naopak v oblasti vysokých koncentrací elektronů, kde převládá bezkolizní absorpce, tzn. v oblasti anomálního kožního efektu je závislost R pl (n e) blízká závislosti získané pro média se silnou prostorovou disperzí. Obecně se nemonotonie závislosti ekvivalentního odporu na hustotě plazmatu vysvětluje konkurencí mezi dvěma faktory: na jedné straně roste absorpce vysokofrekvenčního výkonu s nárůstem hustoty elektronů, na druhé straně kůže. hloubka, která určuje šířku oblasti absorpce vysokofrekvenčního výkonu, se s rostoucím n e zmenšuje.

Teoretický model plazmového zdroje buzeného spirálovou anténou umístěnou na jeho horním koncovém povrchu předpovídá, že ekvivalentní odpor plazmatu nezávisí na délce plazmového zdroje za předpokladu, že hloubka vrstvy kůže je menší než délka zdroj plazmy. Fyzicky je tento výsledek zřejmý, protože RF energie je absorbována ve vrstvě kůže. Za experimentálních podmínek je hloubka kůže zjevně menší než délka plazmových zdrojů, proto není divu, že ekvivalentní plazmový odpor zdrojů vybavených horní koncovou anténou nezávisí na jejich délce. Naopak, pokud je anténa umístěna na bočním povrchu zdrojů, zvětšení délky zdroje, doprovázené současným zvětšením délky antény, vede ke zvětšení oblasti, ve které RF výkon se vstřebává, tzn. k prodloužení povrchové vrstvy, proto v případě boční antény ekvivalentní odpor roste s rostoucí délkou zdroje.

Experimenty a výpočty ukázaly, že při nízkých tlacích jsou absolutní hodnoty ekvivalentního odporu plazmatu malé. Zvýšení tlaku pracovního plynu vede k výraznému zvýšení ekvivalentního odporu. Tento efekt byl opakovaně zaznamenán v teoretických i experimentálních pracích. Fyzikální důvod pro zvýšení schopnosti plazmatu absorbovat RF výkon s rostoucím tlakem spočívá v mechanismu absorpce RF výkonu. Jak je patrné z Obr. 5, při minimu uvažovaných tlaků, p = 0,1 mTorr, převládá Čerenkovův disipační mechanismus. Srážky elektron-atom nemají na hodnotu ekvivalentního odporu prakticky žádný vliv a srážky elektron-ion vedou pouze k nevýznamnému zvýšení ekvivalentního odporu při n e > 3 x 10 11 cm-3. Zvýšení tlaku, tzn. frekvence srážek elektron-atom, vede ke zvýšení ekvivalentního odporu v důsledku zvýšení role srážkového mechanismu absorpce RF energie. To je patrné z Obr. 5, který ukazuje poměr ekvivalentního odporu vypočteného s kolizními a bezkolizními absorpčními mechanismy k ekvivalentnímu odporu vypočtenému pouze s kolizemi.

Rýže.5 . Závislost poměru ekvivalentního odporu Rpi, vypočítaného s uvážením kolizních a bezkolizních absorpčních mechanismů, k ekvivalentnímu odporu Rpi, vypočítanému pouze s přihlédnutím ke srážkám, na hustotě plazmatu. Výpočet byl proveden pro ploché kotoučovité zdroje o poloměru 10 cm při neutrálním tlaku plynu 0,3 mTorr (1), 1 mTorr (2), 10 mTorr (3), 100 mTorr (7), 300 mTorr (5 ).

Indukční výboj s vnějším magnetickým polem

K experimentům byly použity plazmové zdroje vybavené spirálovými anténami umístěnými na bočních a koncových plochách zdrojů a také antény Nagoya III. Pro pracovní frekvenci 13,56 MHz odpovídá oblast magnetických polí B « 0,4--1 mT podmínkám ECR a oblast B> 1 ​​mT odpovídá podmínkám pro buzení helikonů a vln Trivelpeace-Gold.

Při nízkých tlacích pracovního plynu (p ~ 5 mTorr) je ekvivalentní odpor plazmatu bez magnetického pole mnohem menší než v oblasti „helikonu“. Hodnoty Rpl získané pro oblast ECR zaujímají střední polohu a zde ekvivalentní odpor monotónně roste s rostoucím magnetickým polem. Oblast „helikonu“ se vyznačuje nemonotonickou závislostí ekvivalentního odporu na magnetickém poli a nemonotonita Rpl(B) v případě koncové spirálové antény a antény Nagoya III je mnohem výraznější než v případě boční spirálová anténa. Poloha a počet lokálních maxim křivky ^pi(B) závisí na vstupním RF výkonu, délce a poloměru zdroje plazmy, typu plynu a jeho tlaku.

Zvýšení příkonu, tzn. koncentrace elektronů ne, vede ke zvýšení ekvivalentního odporu a posunu hlavního maxima funkce pi(B) do oblasti vysokých magnetických polí a v některých případech ke vzniku dalších lokálních maxim. Podobný účinek je také pozorován se zvýšením délky zdroje plazmy.

Nárůst tlaku v rozmezí 2-5 mTorr, jak je vidět na Obr. 4b nevede k významným změnám v charakteru závislosti ^ pl (B), avšak při tlacích nad 10 mTorr mizí nemonotonie závislosti ekvivalentního odporu na magnetickém poli, absolutní hodnoty ekvivalentu odpor klesá a je nižší než hodnoty získané bez magnetického pole.

Analýza fyzikálních mechanismů absorpce vysokofrekvenčního výkonu plazmatem indukčního výboje za podmínek ECR a podmínek pro buzení helikonů a TG vln byla provedena v mnoha teoretických pracích. Analytické uvažování o problému buzení helikonů a vln TG v obecném případě je spojeno se značnými obtížemi, protože je nutné popsat dvě vzájemně propojené vlny. Připomeňme, že helikon je rychlá příčná vlna a vlna TG je pomalá podélná vlna. Helikony a TG vlny se ukazují jako nezávislé pouze v případě prostorově neomezeného plazmatu, ve kterém představují vlastní módy kmitů magnetizovaného plazmatu. V případě omezeného válcového zdroje plazmatu lze problém řešit pouze numericky. Hlavní rysy fyzikálního mechanismu absorpce vysokofrekvenčního výkonu při B > 1 mT lze však ilustrovat pomocí helikonové aproximace vyvinuté v helikonu, která popisuje proces buzení vln v plazmatu za podmínky, že nerovnosti

Oblast použití

vysokofrekvenční hořící magnetické plazma

Plazmové reaktory a iontové zdroje, jejichž princip je založen na nízkotlakém indukčním RF výboji, jsou již několik desetiletí důležitou součástí moderních pozemních a kosmických technologií. Široké rozšíření technických aplikací indukčního RF výboje usnadňují jeho hlavní výhody: možnost získání vysoké hustoty elektronů při relativně nízké úrovni RF výkonu, absence kontaktu plazmatu s kovovými elektrodami, nízká teplota elektronů a v důsledku toho nízký potenciál plazmatu vzhledem ke stěnám omezujícím výboj. Ten kromě minimalizace ztrát výkonu na stěnách plazmového zdroje umožňuje zamezit poškození povrchu vzorků při jejich úpravě ve výboji s vysokoenergetickými ionty.

Typickými příklady plazmových zdrojů pracujících na indukčním vysokofrekvenčním výboji bez magnetického pole jsou plazmové reaktory určené pro leptání substrátu, iontové zdroje určené k implementaci pozemských technologií iontového svazku a práci ve vesmíru jako korekční motory kosmických lodí, světelné zdroje. Společným konstrukčním znakem těchto zařízení je přítomnost plynové výbojové komory (GDC), na jejímž vnějším povrchu nebo uvnitř je umístěna induktor nebo anténa. Pomocí antény připojené k vysokofrekvenčnímu generátoru je do objemu GDC zaveden RF výkon a je zapálen bezelektrodový výboj. Proudy protékající anténou vyvolávají v plazmatu vírové elektrické pole, které ohřívá elektrony na energie nutné pro účinnou ionizaci pracovního plynu. Typické hustoty plazmatu v plazmových reaktorech jsou 1011-3 x 1012 cm-3 a v iontových zdrojích - 3 x 1010-3 x 1011 cm-3. Charakteristický tlak neutrálního plynu v plazmových reaktorech se pohybuje od 1 do 30 mTorr, v iontových zdrojích je to 0,1 mTorr, ve světelných zdrojích je to 0,1-10 Torr.

Plazmové reaktory a iontové zdroje, jejichž princip je založen na nízkotlakém indukčním RF výboji, jsou již několik desetiletí důležitou součástí moderních pozemních a kosmických technologií. Široké rozšíření technických aplikací indukčního RF výboje usnadňují jeho hlavní výhody - možnost získání vysoké hustoty elektronů při relativně nízké úrovni RF výkonu, absence kontaktu plazmatu s kovovými elektrodami, nízká teplota elektronů a v důsledku toho nízký potenciál plazmatu vzhledem ke stěnám omezujícím výboj. Ten kromě minimalizace ztrát výkonu na stěnách plazmového zdroje umožňuje zamezit poškození povrchu vzorků při jejich úpravě ve výboji s vysokoenergetickými ionty.

Výsledky získané v posledních letech, jak experimentální, tak teoretické, ukazují, že parametry plazmatu indukčního RF výboje závisí na výkonových ztrátách ve vnějším obvodu a výkonu vstupujícího do výboje přes indukční a kapacitní kanály. Parametry plazmatu jsou na jedné straně určeny hodnotami absorbovaného výkonu a na druhé straně samy určují jak poměr výkonů vstupujících do různých kanálů, tak v konečném důsledku výkon absorbovaný plazma. To určuje samokonzistentní povahu výboje. Vlastní konzistence se nejzřetelněji projevuje v silné nemonotonii závislosti parametrů plazmatu na magnetickém poli a poruchách výboje. Výrazné ztráty výkonu ve vnějším obvodu a nemonotonická závislost schopnosti plazmatu absorbovat RF výkon na hustotě plazmatu vedou k saturaci hustoty plazmatu se zvýšením výkonu RF generátoru a vznikem hystereze v závislost parametrů plazmatu na výkonu RF generátoru a vnějším magnetickém poli.

Přítomnost kapacitní složky výboje způsobuje změnu podílu výkonu přiváděného do plazmatu přes indukční kanál. To způsobí posun v poloze přechodu výboje z nízkého do vysokého režimu do oblasti nižších výkonů RF generátoru. Při přechodu z režimu nízkého na vysoký výboj se přítomnost kapacitní složky projevuje plynulejší změnou hustoty plazmatu s rostoucím výkonem generátoru a vymizením hystereze. Zvýšení koncentrace elektronů v důsledku příspěvku výkonu přes kapacitní kanál na hodnoty překračující hodnotu, při které ekvivalentní odpor dosahuje maxima, vede ke snížení příspěvku vysokofrekvenčního výkonu přes indukční kanál. Není fyzikálně oprávněné porovnávat režimy indukčního vysokofrekvenčního výboje s nízkou a vysokou hustotou elektronů s kapacitními a indukčními režimy, protože přítomnost jednoho kanálu pro přívod energie do plazmy vede ke změně podílu energie dodávané do plazmy. plazma přes jiný kanál.

Zpřesnění vzoru fyzikálních procesů v nízkotlakém indukčním RF výboji umožňuje optimalizovat parametry plazmových zařízení pracujících na jeho základě.

Hostováno na Allbest.ru

...

Podobné dokumenty

    Iontový plynový výbojový elektrovakuový přístroj určený pro stabilizaci napětí. Princip činnosti doutnavé zenerovy diody. Základní fyzikální zákony. Oblast stabilizace napětí. Činnost parametrického stabilizátoru.

    test, přidáno 28.10.2011

    Parametry částečných výbojů a jejich závislosti. Základy vývoje částečných výbojů, diagnostika kabelových vedení. Vypracování analytického schématu pro hodnocení stavu kabelových vedení na základě měření charakteristik částečných výbojů.

    práce, přidáno 07.05.2017

    Historie vývoje pulzních laserových systémů. Inverzní mechanismus. Charakteristický rys žhnoucího samoudržovacího výboje se studenou katodou. Systémy předionizace výboje. Základní prvky pulzního laseru a oblasti jeho použití.

    semestrální práce, přidáno 20.03.2016

    Zvýšení celkového počtu číslic se zvýšením násobnosti opravené chyby. Změna průměrného počtu zkreslených bitů s lineární změnou čtvercové odchylky. Určení frekvence ztráty zpráv. Vykreslení funkčního grafu.

    laboratorní práce, přidáno 12.1.2014

    Typy vysokofrekvenčních kondenzátorů. specifická kapacita. Použití kondenzátorů s velkou jmenovitou kapacitou. Vzduchové kondenzátory s proměnnou kapacitou. polovariabilní kondenzátory. Kondenzátory pro speciální účely. Kondenzátory integrovaných obvodů.

    abstrakt, přidáno 01.09.2009

    Charakteristika elektromechanických přístrojů pro měření stejnosměrného, ​​střídavého proudu a napětí. Jejich konstrukce, princip činnosti, rozsah, výhody a nevýhody. Definice a klasifikace elektronických voltmetrů, přístrojové obvody.

    semestrální práce, přidáno 26.03.2010

    Charakteristika a rozsah signálů v systémech číslicového zpracování. Specializovaný digitální signálový procesor SPF CM: vývoj a historie, struktura a charakteristiky, rozsah, algoritmy a software.

    semestrální práce, přidáno 12.6.2010

    Tenzometrický snímač tlaku. Schéma kalibrace snímače. Kontrola vlivu elektromagnetického rušení na odečty přístroje. Schematické schéma výbojového zapalování. Rovnice závislosti tlaku na napětí na snímači. dopad výboje na naměřené hodnoty.

    semestrální práce, přidáno 29.12.2012

    Hlavní typy kabelů venkovských telefonních sítí, jejich rozsah, přípustné provozní teploty a pokládka. Technické požadavky na konstrukční rozměry jednočtveřicových vysokofrekvenčních kabelů pro venkovskou komunikaci, elektrické charakteristiky.

    abstrakt, přidáno 30.08.2009

    Základní parametry a principy spínání. Klíčová schémata zapojení. Mechanické a elektronické vysokofrekvenční spínače. MOS hradlové tranzistory a monolitické mikrovlnné integrované obvody. Výkonné mechanismy mikrosystémů.

Indukční ohřev se provádí ve střídavém magnetickém poli. Vodiče umístěné v poli jsou ohřívány vířivými proudy, které se v nich indukují podle zákonů elektromagnetické indukce.

Intenzivní ohřev lze získat pouze v magnetických polích vysoké intenzity a frekvence, která jsou vytvářena speciálními zařízeními - induktory (indukčními ohřívači) napájenými ze sítě nebo jednotlivými generátory vysokofrekvenčního proudu (obr. 3.1). Induktor je jakoby primárním vinutím vzduchového transformátoru, jehož sekundárním vinutím je vyhřívané těleso.

V závislosti na použitých frekvencích se indukční ohřívací zařízení dělí takto:

a) nízká (průmyslová) frekvence (50 Hz);

b) střední (vysoká) frekvence (do 10 kHz);

c) vysoká frekvence (nad 10 kHz).

Rozdělení indukčního ohřevu do frekvenčních rozsahů je dáno technickými a technologickými úvahami. Fyzikální podstata a obecné kvantitativní vzorce pro všechny frekvence jsou stejné a jsou založeny na konceptu absorpce energie elektromagnetického pole vodivým prostředím.

Frekvence má významný vliv na intenzitu a charakter ohřevu. Při frekvenci 50 Hz a síle magnetického pole 3000-5000 A/m nepřesahuje měrný topný výkon 10 W/cm 2 a při vysokofrekvenčním (HF) ohřevu dosahuje výkon stovek a tisíců W /cm2. Současně se vyvíjejí teploty, které jsou dostatečné k roztavení nejvíce žáruvzdorných kovů.

Zároveň platí, že čím vyšší frekvence, tím menší je hloubka pronikání proudů do kovu a následně tenčí ohřívaná vrstva a naopak. Povrchový ohřev se provádí při vysokých frekvencích. Snížením frekvence a tím zvýšením hloubky průniku proudu je možné provádět hluboké nebo i průběžné zahřívání, které je stejné v celém průřezu tělesa. Volbou frekvence lze tedy získat charakter ohřevu a jeho intenzitu požadovanou technologickými podmínkami. Schopnost ohřívat výrobky téměř na libovolnou tloušťku je jednou z hlavních výhod indukčního ohřevu, který je široce používán pro kalení povrchů dílů a nástrojů.

Povrchové kalení po indukčním ohřevu výrazně zvyšuje odolnost výrobků proti opotřebení ve srovnání s tepelným zpracováním v pecích. Indukční ohřev se s úspěchem používá také pro tavení, tepelné zpracování, deformaci kovů a další procesy.

Induktor je pracovním tělesem instalace indukčního ohřevu. Účinnost ohřevu je tím vyšší, čím se druh elektromagnetické vlny vyzařované induktorem blíží tvaru ohřívaného povrchu. Typ vlny (plochá, válcová atd.) je dán tvarem induktoru.

Konstrukce induktorů závisí na tvaru ohřívaných těles, cílech a podmínkách ohřevu. Nejjednodušší induktor je izolovaný vodič umístěný uvnitř kovové trubky, natažený nebo stočený. Když vodičem prochází průmyslový frekvenční proud, v potrubí se indukují vířivé proudy, které jej ohřívají. V zemědělství byly činěny pokusy využít tento princip pro ohřev půdy v uzavřené půdě, hřady pro drůbež atd.

V indukčních ohřívačích vody a pasterizátorech mléka (práce na nich zatím nepřesáhla rámec experimentálních vzorků) jsou induktory vyrobeny jako statory třífázových elektromotorů. Uvnitř induktoru je umístěna válcová kovová nádoba. Rotující (v případě jednofázové verze pulzující) magnetické pole vytvářené induktorem indukuje vířivé proudy ve stěnách nádoby a ohřívá je. Teplo se ze stěn přenáší do kapaliny v nádobě.

Při indukčním sušení dřeva je stoh desek posunut kovovými sítěmi a umístěn (navinut na speciálním vozíku) do válcového induktoru z velkoprůřezových vodičů navinutých na rámu z izolačního materiálu. Desky jsou vyhřívány kovovými mřížkami, ve kterých se indukují vířivé proudy.

Uvedené příklady vysvětlují princip instalací nepřímého indukčního ohřevu. Mezi nevýhody takových instalací patří nízká energetická náročnost a nízká intenzita vytápění. Nízkofrekvenční indukční ohřev je poměrně účinný pro přímý ohřev masivních kovových obrobků a určitý poměr mezi jejich velikostí a proudovou hloubkou průniku (viz níže).

Tlumivky vysokofrekvenčních instalací jsou vyrobeny neizolované, skládají se ze dvou hlavních částí - indukčního drátu, se kterým se vytváří střídavé magnetické pole, a proudových přívodů pro připojení indukčního drátu ke zdroji elektrické energie.

Konstrukce induktoru může být velmi různorodá. K ohřevu plochých ploch se používají ploché tlumivky, válcové přířezy - válcové (solenoidové) tlumivky atd. (obr. 3.1). Induktory mohou mít složitý tvar (obr. 3.2), z důvodu potřeby koncentrace elektromagnetické energie správným směrem, přivádění chladicí a zhášecí vody atd.

Aby se vytvořila pole vysokého napětí, procházejí induktory velké proudy v řádu stovek a tisíců ampér. Aby se snížily ztráty, jsou induktory vyráběny s co nejmenším aktivním odporem. Navzdory tomu jsou stále intenzivně zahřívány jak vlastním proudem, tak vlivem přenosu tepla z obrobků, proto jsou vybaveny nuceným chlazením. Induktory jsou obvykle vyrobeny z měděných trubek kulatého nebo obdélníkového průřezu, uvnitř kterých prochází proudící voda pro chlazení.

Specifická povrchová síla. Elektromagnetická vlna vyzařovaná induktorem dopadá na kovové těleso a tím, že je v něm absorbováno, způsobuje zahřívání. Síla toku energie proudící jednotkovým povrchem tělesa je určena vzorcem (11)

vzhledem k výrazu

V praktických výpočtech se používá rozměr D R v W / cm 2, pak

Dosazením výsledné hodnoty H 0 do vzorce (207), získáme

. (3.7)

Výkon rozptýlený v produktu je tedy úměrný druhé mocnině ampérzávitů induktoru a koeficientu absorpce výkonu. Při konstantní intenzitě magnetického pole platí, že čím větší je intenzita ohřevu, tím větší je měrný odpor r, magnetická permeabilita materiálu m a frekvence proudu. F.

Vzorec (208) platí pro rovinnou elektromagnetickou vlnu (viz oddíl 2 kapitoly I). Když jsou válcová tělesa zahřívána v solenoidových induktorech, vzorec šíření vln se stává složitějším. Odchylky od poměrů pro rovinnou vlnu jsou tím větší, čím menší jsou poměry r/z a, kde r je poloměr válce, z a- hloubka průniku proudů.

V praktických výpočtech však stále používají jednoduchou závislost (208), zavádějící do ní korekční faktory - Birchovy funkce v závislosti na poměru r/z a(obr. 43). Pak

Vzorec (212) platí pro pevný induktor bez mezer mezi závity. V přítomnosti mezer se ztráty v induktoru zvyšují. Se zvyšující se frekvencí funkce F a (r a, z a) a F a (ra, z a) inklinují k jednotě (obr. 43), a poměr mocnin k limitě

Z výrazu (3.13) vyplývá, že účinnost klesá s rostoucí vzduchovou mezerou a měrným odporem materiálu induktoru. Proto jsou induktory vyrobeny z masivních měděných trubek nebo pneumatik. Jak vyplývá z výrazu (214) a obrázku 43, hodnota účinnosti se blíží své hranici již při r/z a>5÷10. To umožňuje najít frekvenci, která poskytuje dostatečně vysokou účinnost.Použití výše uvedené nerovnosti a vzorce (15) pro hloubku průniku z a, dostaneme

. (3.14)

Je třeba poznamenat, že jednoduché a názorné závislosti (3.13) a (3.14) platí pouze pro omezený počet relativně jednoduchých případů indukčního ohřevu.

Účiník induktoru. Účiník topné tlumivky je určen poměrem činného a indukčního odporu soustavy induktor-produkt. Při vysoké frekvenci jsou aktivní a vnitřní indukční odpory produktu stejné, protože fázový úhel mezi vektory a je 45° a |D R| = |D Q|. Tedy maximální hodnota účiníku

kde a - vzduchová mezera mezi induktorem a produktem, m

Účiník tedy závisí na elektrických vlastnostech materiálu produktu, vzduchové mezeře a frekvenci. Se zvětšováním vzduchové mezery se zvyšuje úniková indukčnost a snižuje se účiník.

Účiník je nepřímo úměrný druhé odmocnině frekvence, takže nepřiměřené nadhodnocení frekvence snižuje energetickou náročnost instalací. Vždy byste měli usilovat o zmenšení vzduchové mezery, ale existuje omezení kvůli síle průrazného vzduchu. Během procesu ohřevu nezůstává účiník konstantní, protože r a m (pro feromagnetika) se mění s teplotou. V reálných podmínkách účiník instalací indukčního ohřevu zřídka překročí 0,3 a klesne na 0,1-0,01. Pro odlehčení sítí a generátoru od jalových proudů a zvýšení cosf jsou obvykle paralelně s induktorem zařazeny kompenzační kondenzátory.

Hlavní parametry charakterizující režimy indukčního ohřevu jsou aktuální frekvence a účinnost.V závislosti na použitých frekvencích se podmíněně rozlišují dva režimy indukčního ohřevu: hluboký ohřev a plošný ohřev.

Hluboký ohřev ("nízké frekvence") se provádí na takové frekvenci F kdy hloubka průniku z a přibližně rovna tloušťce zahřáté (tvrzené) vrstvy x k(obr. 3.4, a). K ohřevu dochází okamžitě do celé hloubky vrstvy x k rychlost ohřevu se volí tak, aby přenos tepla tepelnou vodivostí do těla byl zanedbatelný.

Protože v tomto režimu hloubka pronikání proudů z a poměrně velké ( z a » x k), pak podle vzorce:

Povrchový ohřev ("velké frekvence") se provádí při relativně vysokých frekvencích. V tomto případě hloubka pronikání proudů z a výrazně menší než tloušťka vyhřívané vrstvy x k(obr. 3.4,6). Topení v plné tloušťce x k vzniká v důsledku tepelné vodivosti kovu. Při zahřívání v tomto režimu je potřeba menší výkon generátoru (na obrázku 3.4 je užitečný výkon úměrný stínovaným oblastem, které mají dvojité šrafování), ale zvyšuje se doba zahřívání a měrná spotřeba energie. Ten je spojen s ohřevem kvůli tepelné vodivosti hlubokých vrstev kovu. účinnost vytápění, úměrné poměru ploch s dvojitým šrafováním k celé ploše ohraničené křivkou t a souřadnicové osy, ve druhém případě níže. Zároveň je třeba poznamenat, že pro spolehlivé spojení vytvrzené vrstvy s podkladem je bezpodmínečně nutné zahřátí kovové vrstvy o tloušťce b, která leží za vytvrzovací vrstvou a nazývá se přechodová vrstva na určitou teplotu. kov. Při plošném ohřevu je tato vrstva silnější a spoj je spolehlivější.

Při výrazném snížení frekvence se ohřev stává obecně neproveditelným, protože hloubka průniku bude velmi velká a absorpce energie v produktu bude nevýznamná.

Indukční metodu lze použít pro hloubkový i povrchový ohřev. U externích zdrojů tepla (plazmový ohřev, elektrické odporové pece) není hloubkový ohřev možný.

Podle principu činnosti se rozlišují dva typy indukčního ohřevu: simultánní a kontinuálně sekvenční.

Při současném zahřívání je plocha indukčního drátu směřující k vyhřívanému povrchu produktu přibližně stejná jako plocha tohoto povrchu, což umožňuje současně zahřívat všechny jeho části. Při kontinuálním sekvenčním ohřevu se výrobek pohybuje vzhledem k indukčnímu drátu a při průchodu pracovní zónou induktoru dochází k ohřevu jeho jednotlivých sekcí.

Výběr frekvence. Dostatečně vysokou účinnost lze získat pouze při určitém poměru mezi rozměry tělesa a frekvencí proudu. Volba optimální frekvence proudu byla zmíněna výše. V praxi indukčního ohřevu se frekvence volí podle empirických závislostí.

Při zahřívání dílů pro povrchové kalení do hloubky x k(mm) optimální kmitočet (Hz) se zjistí z následujících závislostí: pro tvarově jednoduché díly (rovné plochy, rotační tělesa)

Při průběžném ohřevu ocelových válcových sochorů o pr d(mm) požadovaná frekvence je určena vzorcem

V procesu ohřevu se zvyšuje měrný odpor kovů r. U feromagnetik (železo, nikl, kobalt aj.) s rostoucí teplotou hodnota magnetické permeability m klesá. Když je dosaženo Curieho bodu, magnetická permeabilita feromagnetik klesne na 1, to znamená, že ztratí své magnetické vlastnosti. Obvyklá teplota ohřevu pro kalení je 800-1000°C, pro tlakové zpracování 1000-1200°C, tedy nad Curieovým bodem. Změna fyzikálních vlastností kovů se změnou teploty vede ke změně koeficientu absorpce výkonu a měrného povrchového výkonu (3.8) vstupujícího do výrobku při ohřevu (obr. 3.5). Zpočátku, kvůli zvýšení r, měrný výkon D R se zvyšuje a dosahuje maximální hodnoty D P max= (1,2÷1,5) D P start a poté v důsledku ztráty magnetických vlastností oceli klesne na minimum D Pmin. Pro udržení vytápění v optimálním režimu (s dostatečně vysokou účinností) jsou instalace vybaveny zařízeními pro přizpůsobení parametrů generátoru a zátěže, to znamená schopnost řídit režim vytápění.

Porovnáme-li průběžný ohřev obrobků na plastickou deformaci indukční a elektrokontaktní metodou (obojí jsou přímý ohřev), pak lze říci, že z hlediska spotřeby elektrické energie je elektrokontaktní ohřev vhodný pro dlouhé obrobky relativně malého průřezu a indukční ohřev je vhodný pro krátké obrobky relativně velkých průměrů.

Důkladný výpočet induktorů je poněkud těžkopádný a je spojen se zapojením dalších semiempirických dat. Budeme uvažovat zjednodušený výpočet válcových induktorů pro povrchové kalení na základě výše získaných závislostí.

Tepelný výpočet. Z uvážení způsobů indukčního ohřevu vyplývá, že stejná tloušťka vytvrzené vrstvy x k lze získat při různých hodnotách hustoty výkonu D R a trvání ohřevu t. Optimální režim je určen nejen tloušťkou vrstvy x k, ale také hodnotou přechodové zóny b, spojující vytvrzenou vrstvu s hlubokými vrstvami kovu.

V nepřítomnosti zařízení pro řízení výkonu generátoru je povaha změny měrného výkonu spotřebovaného ocelovým výrobkem znázorněna v grafu na obrázku 3.5. V procesu ohřevu se hodnota pc mění a ke konci ohřevu po průchodu Curieovým bodem prudce klesá. Dochází k jakémusi samovolnému vypínání ocelového výrobku, které zajišťuje vysoce kvalitní kalení bez přepalování. V přítomnosti ovládacích zařízení, napájení D R může být rovna nebo dokonce menší než D Pmin(obr. 3.5), který umožňuje díky prodloužení procesu ohřevu snížit měrný výkon potřebný pro danou tloušťku tvrzené vrstvy x k.

Grafy režimů ohřevu pro povrchové kalení pro uhlíkové a nízkolegované oceli s tloušťkou přechodové zóny 0,3-0,5 kalené vrstvy jsou na obrázcích 3.6 a 3.7.

Výběrem hodnoty D R, není těžké najít energii dodávanou do induktoru,

kde h tr- účinnost vysokofrekvenčního (kalícího) transformátoru.

Energie spotřebovaná ze sítě

určeno specifickou spotřebou energie A(kWh/t) a produktivitu G(t/h):

pro plošné vytápění

, (3.26)

kde D i- zvýšení tepelného obsahu obrobku v důsledku ohřevu, kJ/kg;

D-hustota materiálu obrobku, kg/m 3 ;

M 3 - hmotnost obrobku, kg;

S3- povrch vytvrzené vrstvy, m 2;

b- kovový odpad (s indukčním ohřevem 0,5-1,5%);

h m- účinnost přenosu tepla díky tepelné vodivosti uvnitř obrobku (s povrchovým kalením h tp = 0,50).

Zbývající označení jsou vysvětlena výše.

Orientační hodnoty měrného příkonu při indukčním ohřevu: popouštění - 120, kalení - 250, nauhličování - 300, průchozí ohřev na obrábění - 400 kWh/t.

Elektrický výpočet. Elektrický výpočet je založen na závislosti (3.7). Zvažte případ, kdy hloubka průniku z a podstatně menší než rozměry induktoru a součásti a vzdálenost A mezi induktorem a výrobkem je malá ve srovnání s šířkou indukčního vodiče b(obr. 3.1). Pro tento případ indukčnost L s systémový induktor - součin lze vyjádřit vzorcem

Dosazením hodnoty proudu do vzorce (3.7) a s ohledem na to

Vzorec (3.30) udává vztah mezi měrným výkonem, elektrickými parametry a geometrickými rozměry induktoru, fyzikálními vlastnostmi ohřívaného kovu. Vezmeme-li rozměry induktoru jako funkci, získáme

pro zahřátý stav

Účiník induktoru

kde P je činný výkon induktoru, W;

U a- napětí na induktoru, V;

F- frekvence Hz.

Při připojování kondenzátorů k primárnímu obvodu vysokofrekvenčního transformátoru je třeba zvýšit kapacitu kondenzátorů, aby se kompenzovala reaktance transformátoru a připojovacích vodičů.

Příklad. Vypočítejte induktor a vyberte vysokofrekvenční instalaci pro povrchové kalení válcových předvalků z uhlíkové oceli o průměru d a= 30 mm a výška h a= 90 mm. Hloubka kalené vrstvy x k = 1mm, indukční napětí U a = 100 V. Doporučenou frekvenci zjistíme podle vzorce (218):

Hz.

Zastavujeme na nejbližší použitelné frekvenci. F= 67 kHz.

Z grafu (obr. 3.7) vezmeme D R\u003d 400 W/cm 2.

Vzorcem (3.33) najdeme al pro studený stav:

cm 2.

Akceptovat A= 0,5 cm, pak průměr induktoru

cm.

Délka indukčního vodiče

cm

Počet závitů induktoru

Výška induktoru

Výkon dodávaný do induktoru podle

kW

kde 0,66 je účinnost induktoru (obr. 3.8).

Výkon oscilačního generátoru

kW.

Volíme vysokofrekvenční instalaci LPZ-2-67M, která má oscilační výkon 63 kW a pracovní frekvenci 67 kHz.

Technika indukčního ohřevu využívá proudy nízké (průmyslové) frekvence 50 Hz, střední frekvence 150-10000 Hz a vysoké frekvence od 60 kHz do 100 MHz.

Středofrekvenční proudy se získávají pomocí strojních generátorů nebo statických frekvenčních měničů. V rozsahu 150-500 Hz se používají generátory obvyklého synchronního typu a vyšší (do 10 kHz) - strojní generátory induktorového typu.

V poslední době jsou strojní generátory nahrazovány spolehlivějšími statickými frekvenčními měniči na bázi transformátorů a tyristorů.

Vysokofrekvenční proudy od 60 kHz a výše jsou získávány výhradně pomocí lampových generátorů. Stroje s lampovými generátory se používají k provádění různých operací tepelného zpracování, povrchového kalení, tavení kovů atd.

Aniž bychom se dotkli teorie problematiky uvedené v jiných kurzech, budeme zvažovat pouze některé vlastnosti generátorů pro vytápění.

Vytápěcí generátory se provádějí zpravidla se samobuzením (generátory s vlastním buzením). Ve srovnání s generátory nezávislého buzení jsou konstrukčně jednodušší a mají lepší energetický a ekonomický výkon.

Schémata generátorů lamp pro vytápění se zásadně neliší od radiotechnických, ale mají některé vlastnosti. Tyto obvody nevyžadují přísnou frekvenční stabilitu, což je značně zjednodušuje. Schematický diagram nejjednoduššího generátoru pro indukční ohřev je na obrázku 3.10.

Hlavním prvkem obvodu je generátorová lampa. V topných generátorech se nejčastěji používají tříelektrodové výbojky, které jsou jednodušší než tetrody a pentody a poskytují dostatečnou spolehlivost a stabilitu výroby. Zátěž generátorové lampy je anodový oscilační obvod, jehož parametry jsou indukčnost L a kapacitu Z se volí ze stavu obvodu v rezonanci při pracovní frekvenci:

kde R- snížená odolnost proti ztrátě smyčky.

Parametry obrysu R, L, C jsou stanoveny s přihlédnutím ke změnám vnášeným elektrofyzikálními vlastnostmi ohřívaných těles.

Anodové obvody generátorových lamp jsou napájeny stejnosměrným proudem z usměrňovačů namontovaných na tyratronech nebo gastronech (obr. 3.10). Z ekonomických důvodů se střídavé napájení používá pouze pro malý výkon (do 5 kW). Sekundární napětí silového (anodového) transformátoru napájejícího usměrňovač je 8 - 10 kV, usměrněné napětí je 10 - 13 kV.

K trvalému kmitání v oscilátoru dochází, když je dostatečná kladná zpětná vazba z mřížky do obvodu a jsou splněny určité podmínky, které se týkají parametrů lampy a obvodu.

Koeficient zpětné vazby sítě

kde vidíš , U do , U a- napětí na mřížce, oscilačním obvodu a anodě generátorové lampy;

D- propustnost lampy;

s d- dynamická strmost charakteristiky anodové mřížky lampy.

Zpětná vazba sítě u generátorů pro indukční ohřev se nejčastěji provádí podle tříbodového schématu, kdy je síťové napětí odebíráno z části indukčnosti anody nebo topného okruhu. Na obrázku 3.10 je napětí na mřížce přiváděno z části závitů vazební cívky L2, který je indukčním prvkem topného okruhu.

Vytápěcí generátory jsou na rozdíl od radiotechnických nejčastěji dvouokruhové (obr. 3.10) nebo i jednookruhové. Dvouokruhové generátory se snadněji ladí do rezonance a jsou stabilnější v provozu.

Kmity druhého druhu jsou buzeny v generátorech. Anodový proud protéká lampou v pulzech, pouze po část (1/2-1/3) periody. Tím se snižuje konstantní složka anodového proudu, snižuje se zahřívání anody a zvyšuje se účinnost generátoru. Síťový proud má také pulsní tvar. Odpojení anodového proudu (v mezích úhlu q = 70-90°) se provádí aplikací konstantního záporného předpětí na mřížku, která vzniká úbytkem napětí na odporu mřížky. R g při průtoku konstantní složky síťového proudu.

Generátory pro ohřev mají zátěž, která se během procesu ohřevu mění, způsobená změnou elektrických vlastností ohřívaných materiálů. Pro zajištění provozu generátoru v optimálním režimu, vyznačujícím se nejvyššími hodnotami výstupního výkonu a účinnosti, jsou instalace vybaveny zařízeními pro přizpůsobení zátěže. Optimálního režimu se dosáhne volbou vhodné hodnoty koeficientu zpětné vazby sítě k s a splnění podmínky

kde E a - napájecí napětí;

E s - konstantní offset na mřížce;

Já a1- první harmonická anodového proudu.

Pro přizpůsobení zátěži v obvodech je možné upravit rezonanční odpor obvodu R a a změňte napětí na síti U s. Změny těchto hodnot se dosáhne zavedením dalších kapacit nebo indukčností do obvodu a přepnutím anodových, katodových a mřížkových svorek (sond) spojujících obvod s lampou.

Indukční topné instalace jsou velmi běžné v opravárenských závodech a podnicích Selkhoztekhnika.

V opravárenském průmyslu se středofrekvenční a vysokofrekvenční proudy používají k průchozímu a povrchovému ohřevu dílů z litiny a oceli pro kalení, před deformací za tepla (kování, lisování), při restaurování dílů navařováním a vysokofrekvenčním pokovováním, při pájení natvrdo , atd.

Zvláštní místo zaujímá povrchové kalení dílů. Schopnost koncentrovat výkon v daném místě dílu umožňuje získat kombinaci vnější tvrzené vrstvy s plasticitou hlubokých vrstev, což výrazně zvyšuje odolnost proti opotřebení a odolnost proti střídavému a rázovému zatížení.

Výhody povrchového kalení pomocí indukčního ohřevu jsou následující:

1) schopnost kalit díly a nástroje na libovolnou požadovanou tloušťku, v případě potřeby zpracovávat pouze pracovní plochy;

2) výrazné zrychlení procesu kalení, které zajišťuje vysokou produktivitu rostlin a snižuje náklady na tepelné zpracování;

3) obvykle nižší měrná spotřeba energie ve srovnání s jinými způsoby ohřevu díky selektivitě ohřevu (pouze do dané hloubky) a rychlosti procesu;

4) vysoká kvalita utužení a redukce manželství;

5) možnost organizace toku výroby a automatizace procesů;

6) vysoká produkční kultura, zlepšení hygienických a hygienických pracovních podmínek.

Indukční topná zařízení se vybírají podle následujících hlavních parametrů: účel, jmenovitý vibrační výkon, provozní frekvence. Zařízení vyráběná průmyslem mají standardní stupnici výkonu s následujícími kroky: 0,16; 0,25; 0,40; 0,63; 1,0 kW a více, když tato čísla vynásobíte 10, 100 a 1000.

Zařízení pro indukční ohřev mají výkony od 1,0 do 1000 kW, včetně těch s lampovými generátory do 250 kW a vyšší - se strojními generátory. Pracovní frekvence stanovená výpočtem je uvedena na stupnici frekvencí povolených pro použití v elektrotermii.

Vysokofrekvenční instalace pro indukční ohřev mají jediné indexování: HFI (vysokofrekvenční indukce).

Za písmeny přes pomlčku je v čitateli uveden oscilační výkon (kW) a ve jmenovateli frekvence (MHz). Za číslicemi jsou napsána písmena označující technologický účel. Například: VCHI-40 / 0,44-ZP - instalace vysokofrekvenčního indukčního ohřevu, oscilační výkon 40 kW, frekvence 440 kHz; písmena ZP - pro kalení povrchů (HC - pro průchozí ohřev, ST - svařování trubek atd.).

1. Vysvětlete princip indukčního ohřevu. Rozsah jeho použití.

2. Vyjmenujte hlavní prvky instalace indukčního ohřevu a uveďte jejich účel.

3. Jak se provádí vinutí ohřívače?

4. Jaké jsou výhody ohřívače?

5. Jaký je jev povrchového efektu?

6. Kde lze indukční ohřívač vzduchu použít?

7. Co určuje hloubku průniku proudu do ohřívaného materiálu?

8. Co určuje účinnost prstencové tlumivky?

9. Proč je nutné používat feromagnetické trubky k výrobě indukčních ohřívačů na průmyslové frekvenci?

10. Co nejvýrazněji ovlivňuje cos induktoru?

11. Jak se mění rychlost ohřevu s rostoucí teplotou ohřívaného materiálu?

12. Jaké parametry oceli jsou ovlivněny měřením teploty?