Giáo Trình Điện Tử Ứng Dụng

Chæång 7 : NUNG NOÏNG CAO TÁÖN 7.1. Khaïi niãûm: Sæû nung noïng váût liãu bàòng âiãûn seî nhanh hån, saûch hån vaì âæåüc âiãöu khiãøn mäüt caïch chênh xaïc hån laì nung noïng bàòng phæång phaïp duìng loì nhiãn liãûu. Do váûy khi xeït táút caí caïc yãúu täú âoï, ta tháúy ràòng nung noïng bàòng âiãûn laì kinh tãú nháút. Khi âiãûn aïp xoay chiãöu hoàûc mäüt chiãöu âæåüc näúi tiãúp våïi mäüt thanh kim loaûi hoàûc mäüt váût liãûu dáùn âiãûn, luïc âoï trong váût liãûu seî coï mäüt doìng âiãûn chaûy qua. Maì doìng âiãûn naìy seî saín sinh ra åí trong váût liãûu dáùn âiãûn âoï mäüt læåüng nhiãût våïi täúc âäü = I. R2. trong âoï I laì doìng chaûy qua váût liãûu, R laì âiãûn tråí cuía váût liãûu. Phæång phaïp laìm noïng naìy thæåìng âæåüc duìng trong caïc loì âiãûn tråí. Nàng læåüng âiãûn cuîng âæåüc duìng trong caïc loì häö quang vaì caïc loì häöng ngoaûi vaì nhiãût âäü cuía caïc loì naìy tháúm sáu vaìo váût liãûu tæì phêa ngoaìi. Tuy nhiãn trong thæûc tãú, nhiãût coï thãø âæåüc saín sinh trong váût liãûu dáùn âiãûn bàòng nung noïng caím æïng hoàûc våïi váût liãûu khäng dáùn âiãûn cuîng coï thãø âæåüc nung noïng tæì bãn trong bàòng nung noïng âiãûn mäi. Hai quaï trçnh naìy âoìi hoíi duìng nàng læåüng xoay chiãöu cao táöng. So saïnh Nguyãn lyï Nàng læåüng Váût liãûu Táön säú Nung noïng caím æïng Duìng tæì træåìng Doìng caím æïng Váût liãûu dáùn âiãûn Vaìi Mhz Nung noïng âiãûn mäi Duìng âiãûn træåìng Chu trçnh âiãûn mäi Váût liãûu khäng dáùn âiãûn Vaìi Mhz – haìng tràm Mhz 7.2. Nung noïng caím æïng : 7.2.1. Nguyãn lyï : Mäüt váût liãûu dáùn âiãûn báút kyì coï thãø âæåüc nung noïng bàòng caïch âàût gáön mäüt maûch xoay chiãöu. Xeït så âäö maûch âån giaín gäöm äúng dáy coï doìng âiãûn xoay chiãöu cao táön chaûy qua. Trong thæûc tãú, âãø náng cao hiãûu quaí thç ngæåìi ta âàût luän váût liãûu dáùn âiãûn åí trong loìng äúng dáy nhæng phaíi caïch âiãûn våïi äúng dáy. Doìng âiãûn phaït sinh ra mäüt tæì træåìng hay tæì thäng tæì thäng naìy seî chaûy qua mäùi voìng dáy vaì chaûy qua khäng khê hoàûc chaûy qua mäüt kim loaûi báút kyì âàût caûnh hoàûc trong loìng äúng dáy. Mäùi láön doìng âiãûn âäøi chiãöu tæì thäng cuîng thay âäøi. Chênh sæû thay âäøi tæì thäng naìy seî gáy ra hay caím æïng mäüt pháön âiãûn aïp trong pháön váût liãûu cáön gia cäng. Âiãûn aïp naìy seî taûo ra doìng âiãûn xoaïy ráút låïn chaûy trong kim loaûi. Do doìng caím æïng naìy chaûy qua âiãûn tråí cuía váût liãûu dáùn âiãûn cáön gia cäng taûo ra nhiãût. Nhæng 60 nhiãût naìy âæåüc saín sinh ra bàòng doìng âiãûn caím æïng do âoï maì quaï trçnh nung noïng naìy ngæåìi ta goüi laì nung noïng caím æïng. Tuìy thuäüc táön säú laìm viãûc maì doìng âiãûn seî chaûy åí mäüt låïp naìo âoï cuía váût liãûu. 7.2.2 Hiãûu æïng da (hiãûu æïng bãö màût) : Doìng âiãûn cao táön coï khuynh hæåïng táûp trung åí bãö màût váût liãûu dáùn âiãûn goüi laì hiãûu æïng da hay hiãûu æïng bãö màût ⇒ táön säú caìng cao thç doìng âiãûn chè chaûy ngoaìi bãö màût caìng låïn . Goüi δ laì chiãöu sáu thám nháûp ⇒ δ âæåüc xaïc âënh : δ= ω = 2πf 1 2 = ωµσ πµσf σ : âiãûn dáùn suáút . µ = µγ .µ 0 ; µ 0 = 4π 10 −7 H/m Táön säú caìng cao máût âäü doìng âiãûn táûp trung åí bãö màût váût liãûu caìng låïn. Tuy nhiãn, bao giåì cuîng täön taûi mäüt táön säú giåïi haûng trãn nghéa laì nãúu ta tàng táön säú laìm viãûc låïn hån táön säú giåïi haûn thç hiãûu suáút nung noïng seî giaím vaì luïc âoïmáút maït trãn äúng dáy seî tàng. Âãø laìm chaíy kim loaûi hoàûc laìm noïng mäüt váût thãø låïn âãöu khàõp trong thãø têch , luïc âoï ngæåìi ta phaíi duìng táún säú tháúp hån (cåí 10khz ) . trong thæc tãú ngæåìi ta choün cåí vaìi khz. Sæû nung noïng âãöu khàõp trong thãø têch váût liãûu ngæåìi ta goüi laì nung noïng toaìn pháön. Våïi phæång phaïp naìy, nhiãût saíng sinh ra trong theïp nhanh gáúp 50 láön nhiãût coï thãø truyãön vaìo trong kim loaûi khi âàût vaìo loì nung.nhiãût âäü cuía noï âäöng âãöu hån trong toaìn bäü thãø têch cuía váût liãûu. 6.2.3 Cäng suáút phaït sinh trong váût cáön âäút noïng: Trong âiãûn tæì hoüc ngæåìi ta chæïng minh âæåüc ràòng : cäng suáút phaït sinh trong mäüt thanh kim loaûi hçnh truû âæåüc cho båíi cäng thæïc : a : Baïn kênh váût dáùn âiãûn hçnh truû 8πH 02 a w p= F ( m) δ : Chiãöu sáu thám nháûp σ δ σ : Âiãûn dáùn suáút. hinh ve F laì hàòng säú ; F= (a/δ). Khi a/δ khaï låïn ⇒ F ~ 1 . Táön säú æïng våïi a/δ = 2.5 goüi laì táön säú giåïi haûn. a a 1 = 2,5 ⇒ δ = = 61 δ 2.5 πµσf ⇒ fc ≈ 2 µσa 2 Khi 7.2.4 Nàng læåüng cáön duìng : Goüi W laì nàng læåüng cáön duìng âãø nung noïng váût tæì nhiãût âäü T1 âãún nhiãût âäü T2 laì : T2 W = M ∫ Sdt =MS (T2 − T1 ) T1 M : Kg; S : J/ 0K.Kg : Nhiãût dung riãng. Nãúu cho loì nung chaûy våïi cäng suáút laì P. Suy ra thåìi gian cáön thiãút âãø váût liãûu tàng âãún nhiãût âäü T2 : t = W/P : Toaìn bäü nhiãût læåüng toía ra bàòng nhiãût læåüng thu vaìo. Tuy nhiãn, trong âäút noïng cao táön ngæåìi ta coìn kãø máút maït do : bæïc xaû, âäúi læu, nhiãût dáùn. Cäng suáút máút maït do bæïc xaû âæåüc cho båíi phæång trçnh Stefan - Bonzman Pr = C.A.[T14 - T04 ] A : diãûn têch bãö màût bæïc xaû(m2 ) C : Hãû säú bæïc xaû : = 5,73.10-8[W/m2.0K] T0 : nhiãût âäü mäi træåìng 7.2.5 Caïc maïy phaït cao táön : Âãø taûo ra doìng âiãûn xoay chiãöu cao táön ngæåìi ta duìng caïc phæång phaïp sau âáy : 7.2.5.1 Duìng maïy phaït : f =N.P f = 60n/P n : Säú voìng quay P : Säú càûp cæûc tæì Âäúi våïi træåìng håüp naìy cho pheïp laìm viãûc våïi táön säú heûp tæì 1 âãún vaìi chuûc Khz. Cäng suáút coï thãø taûo ra âãún 1500KW. Hiãûu suáút âaût 80%. 7.2.5.2 Duìng bäü dao âäüng táön säú cao : Duìng BJT, FET : cho cäng suáút tháúp, táön säú âãún haìng Mhz. Duìng âeìn âiãûn tæí : cho cäng suáút låïn, doìng anod âaût âãún vaìi tràm ampe, cäng suáút vaìi nghçn kw. 7.2.5.3 Duìng SCR : Cho pheïp doìng haìng ngaìn ampe nhæng táön säú khäng âæåüc cao cåí vaìi tràm khz. Hiãûu suáút cao ~ 90%. 7.2.6 ÆÏng duûng : Náúu chaíy kim loaûi. 62 Haìng kim loaûi Täi kim loaûi Âäø khuän kim loaûi(chãú taûo caïc khuän kim loaûi). 7.3 Nung noïng âiãûn mäi: Duìng cho caïc váût liãûu khäng dáùn âiãûn nhæ gäù, thæûc pháøm : 7.3.1. Nguyãn lyï : Âàût pháön váût liãûu khäng dáùn âiãûn vaìo giæîa hai baín cæûc âæåüc näúi våïi doìng âiãûn cao táön xoay chiãöu. Khi âoï váût liãûu khäng dáùn âiãûn giæî vai troì nhæ cháút âiãûn mäi, dæåïi taïc duûng cuía âiãûn træåìng, cáúu truïc pháön tæí cuía váût liãûu biãún daûng khi âiãûn træåìng xoay chiãöu biãún thiãn nhanh. Sæû coü saït cuía caïc phán tæí seî sinh ra nhiãût læåüng vaì nhiãût læåüng sinh ra trong pháön váût liãûu khäng dáùn âiãûn laì do chu trçnh âiãûn mäi. Goüi C laì âiãûn dung cuía tuû âiãûn : C = εk k : hàòng säú phuû thuäüc kêch thæåïc ε = ε .e − jϕ ε : hàòng säú âiãûn mäi våïi : dvc → I = jcω v dt ⇒ I = jω v(kε .e − jϕ ) ic = C I = εωk v sin ϕ + jεωk v cos ϕ R= 1 εωk sin ϕ C ∗ = εk cos ϕ R : Âàûc træng cho täøn hao cuía tuû ϕ : goïc täøn hao 63 V2 P= = V 2εωk sin ϕ R : Cäng suáút toía nhiãût trãn âiãûn mäi chênh laì do täøn hao Tuû C têch luîy mäüt nàng læåüng laì : trãn R 1 1 W = C ∗V 2 = ε .k cos ϕ .V 2 2 2 ⇒ P = 2ωWtgϕ Goüi E laì cæåìng âäü âiãûn træåìng hiãûu duûng giæîa 2 baín cæûc cuía tuû âiãûn ⇒ Goüi PD laì cäng suáút trong 1 âån vë thãø têch. P S .d 10 −9 ε= εr ; 36π PD = Ta laûi coï : sin ϕ = PD = 5,56.10 −11. f .ε r . tgϕ 1 + tg 2ϕ tgϕ 1 + tg ϕ 2 E 2 [W m3 ] Xeït sæû phán bäú cäng suáút trong âiãûn mäi coï daûng hçnh truû våïi âæåìng kênh d = 50 cm. Hiãûn tæåüng naìy ngæåüc laûi våïi sæû nung noïng caím æïng. Goüi fc laì táön säú giåïi haûn ⇔ laì táön säú maì nàng læåüng åí ngoaìi bça = 95% nàng læåüng åí trung tám. a : baïn kênh (m) 14,31 fc = [Mhz] εr : hàòng säú âiãûn mäi a εr Nãúu ϕ