Giáo Trình Điện Tử Ứng Dụng

Chỉång 7 : NUNG NỌNG CAO TÁƯN
7.1. Khại niãûm:
Sỉû nung nọng váût liãu bàòng âiãûn s nhanh hån, sảch hån v âỉåüc âiãưu khiãøn
mäüt cạch chênh xạc hån l nung nọng bàòng phỉång phạp dng l nhiãn liãûu. Do váûy
khi xẹt táút c cạc úu täú âọ, ta tháúy ràòng nung nọng bàòng âiãûn l kinh tãú nháút. Khi âiãûn
ạp xoay chiãưu hồûc mäüt chiãưu âỉåüc näúi tiãúp våïi mäüt thanh kim loải hồûc mäüt váût liãûu
dáùn âiãûn, lục âọ trong váût liãûu s cọ mäüt dng âiãûn chảy qua. M dng âiãûn ny s sn
sinh ra åí trong váût liãûu dáùn âiãûn âọ mäüt lỉåüng nhiãût våïi täúc âäü = I. R2.
trong âọ I l dng chảy qua váût liãûu, R l âiãûn tråí ca váût liãûu.
Phỉång phạp lm nọng ny thỉåìng âỉåüc dng trong cạc l âiãûn tråí. Nàng
lỉåüng âiãûn cng âỉåüc dng trong cạc l häư quang v cạc l häưng ngoải v nhiãût âäü
ca cạc l ny tháúm sáu vo váût liãûu tỉì phêa ngoi. Tuy nhiãn trong thỉûc tãú, nhiãût cọ
thãø âỉåüc sn sinh trong váût liãûu dáùn âiãûn bàòng nung nọng cm ỉïng hồûc våïi váût liãûu
khäng dáùn âiãûn cng cọ thãø âỉåüc nung nọng tỉì bãn trong bàòng nung nọng âiãûn mäi.
Hai quạ trçnh ny âi hi dng nàng lỉåüng xoay chiãưu cao táưng.
So sạnh
Ngun l
Nàng lỉåüng
Váût liãûu
Táưn säú

Nung nọng cm ỉïng
Dng tỉì trỉåìng
Dng cm ỉïng
Váût liãûu dáùn âiãûn
Vi Mhz

Nung nọng âiãûn mäi
Dng âiãûn trỉåìng
Chu trçnh âiãûn mäi
Váût liãûu khäng dáùn âiãûn

Vi Mhz – hng tràm Mhz

7.2. Nung nọng cm ỉïng :
7.2.1. Ngun l :
Mäüt váût liãûu dáùn âiãûn báút k cọ thãø âỉåüc nung nọng bàòng cạch âàût gáưn mäüt
mảch xoay chiãưu. Xẹt så âäư mảch âån gin gäưm äúng dáy cọ dng âiãûn xoay chiãưu
cao táưn chảy qua.
Trong thỉûc tãú, âãø náng cao hiãûu qu thç ngỉåìi ta âàût ln váût liãûu dáùn âiãûn åí
trong lng äúng dáy nhỉng phi cạch âiãûn våïi äúng dáy.
Dng âiãûn phạt sinh ra mäüt tỉì trỉåìng hay tỉì thäng tỉì thäng ny s chảy qua
mäùi vng dáy v chảy qua khäng khê hồûc chảy qua mäüt kim loải báút k âàût cảnh hồûc
trong lng äúng dáy. Mäùi láưn dng âiãûn âäøi chiãưu tỉì thäng cng thay âäøi. Chênh sỉû
thay âäøi tỉì thäng ny s gáy ra hay cm ỉïng mäüt pháưn âiãûn ạp trong pháưn váût liãûu cáưn
gia cäng. Âiãûn ạp ny s tảo ra dng âiãûn xoạy ráút låïn chảy trong kim loải. Do dng
cm ỉïng ny chảy qua âiãûn tråí ca váût liãûu dáùn âiãûn cáưn gia cäng tảo ra nhiãût. Nhỉng
60


nhiãût ny âỉåüc sn sinh ra bàòng dng âiãûn cm ỉïng do âọ m quạ trçnh nung nọng ny
ngỉåìi ta gi l nung nọng cm ỉïng. Ty thüc táưn säú lm viãûc m dng âiãûn s chảy åí
mäüt låïp no âọ ca váût liãûu.
7.2.2 Hiãûu ỉïng da (hiãûu ỉïng bãư màût) :
Dng âiãûn cao táưn cọ khuynh hỉåïng táûp trung åí bãư màût váût liãûu dáùn âiãûn gi l
hiãûu ỉïng da hay hiãûu ỉïng bãư màût ⇒ táưn säú cng cao thç dng âiãûn chè chảy ngoi bãư
màût cng låïn .
Gi δ l chiãưu sáu thám nháûp ⇒ δ âỉåüc xạc âënh :
δ=

ω = 2πf

1
2
=
ωµσ
πµσf

σ : âiãûn dáùn sút .
µ = µγ .µ 0 ; µ 0 = 4π 10 −7 H/m

Táưn säú cng cao máût âäü dng âiãûn táûp trung åí bãư màût váût liãûu cng låïn. Tuy
nhiãn, bao giåì cng täưn tải mäüt táưn säú giåïi hảng trãn nghéa l nãúu ta tàng táưn säú lm
viãûc låïn hån táưn säú giåïi hản thç hiãûu sút nung nọng s gim v lục âọmáút mạt trãn
äúng dáy s tàng. Âãø lm chy kim loải hồûc lm nọng mäüt váût thãø låïn âãưu khàõp trong
thãø têch , lục âọ ngỉåìi ta phi dng táún säú tháúp hån (cåí 10khz ) . trong thỉc tãú ngỉåìi
ta chn cåí vi khz. Sỉû nung nọng âãưu khàõp trong thãø têch váût liãûu ngỉåìi ta gi l nung
nọng ton pháưn. Våïi phỉång phạp ny, nhiãût sng sinh ra trong thẹp nhanh gáúp 50 láưn
nhiãût cọ thãø truưn vo trong kim loải khi âàût vo l nung.nhiãût âäü ca nọ âäưng âãưu
hån trong ton bäü thãø têch ca váût liãûu.
6.2.3 Cäng sút phạt sinh trong váût cáưn âäút nọng:
Trong âiãûn tỉì hc ngỉåìi ta chỉïng minh âỉåüc ràòng : cäng sút phạt sinh trong
mäüt thanh kim loải hçnh trủ âỉåüc cho båíi cäng thỉïc :
a : Bạn kênh váût dáùn âiãûn hçnh trủ
8πH 02 a
w
p=
F ( m) δ : Chiãưu sáu thám nháûp
σ δ
σ : Âiãûn dáùn sút.

hinh ve

F l hàòng säú ; F= (a/δ). Khi a/δ khạ låïn ⇒ F ~ 1 . Táưn säú ỉïng våïi a/δ = 2.5 gi
l táưn säú giåïi hản.
a
a
1
= 2,5 ⇒ δ =
=
61
δ
2.5
πµσf
⇒ fc ≈

2
µσa 2


Khi
7.2.4 Nàng lỉåüng cáưn dng :
Gi W l nàng lỉåüng cáưn dng âãø nung nọng váût tỉì nhiãût âäü T1 âãún nhiãût âäü T2
l :
T2

W = M ∫ Sdt =MS (T2 − T1 )
T1

M : Kg; S : J/ 0K.Kg : Nhiãût dung riãng.
Nãúu cho l nung chảy våïi cäng sút l P. Suy ra thåìi gian cáưn thiãút âãø váût liãûu
tàng âãún nhiãût âäü T2 :
t = W/P : Ton bäü nhiãût lỉåüng ta ra bàòng nhiãût lỉåüng thu vo.

Tuy nhiãn, trong âäút nọng cao táưn ngỉåìi ta cn kãø máút mạt do : bỉïc xả, âäúi lỉu,
nhiãût dáùn.
Cäng sút máút mạt do bỉïc xả âỉåüc cho båíi phỉång trçnh Stefan - Bonzman
Pr = C.A.[T14 - T04 ]
A : diãûn têch bãư màût bỉïc xả(m2 )
C : Hãû säú bỉïc xả : = 5,73.10-8[W/m2.0K]
T0 : nhiãût âäü mäi trỉåìng
7.2.5 Cạc mạy phạt cao táưn :
Âãø tảo ra dng âiãûn xoay chiãưu cao táưn ngỉåìi ta dng cạc phỉång phạp sau âáy :
7.2.5.1 Dng mạy phạt :
f =N.P
f = 60n/P
n : Säú vng quay
P : Säú càûp cỉûc tỉì
Âäúi våïi trỉåìng håüp ny cho phẹp lm viãûc våïi táưn säú hẻp tỉì 1 âãún vi chủc
Khz. Cäng sút cọ thãø tảo ra âãún 1500KW. Hiãûu sút âảt 80%.
7.2.5.2 Dng bäü dao âäüng táưn säú cao :
Dng BJT, FET : cho cäng sút tháúp, táưn säú âãún hng Mhz.
Dng ân âiãûn tỉí : cho cäng sút låïn, dng anod âảt âãún vi tràm ampe, cäng
sút vi nghçn kw.
7.2.5.3 Dng SCR :
Cho phẹp dng hng ngn ampe nhỉng táưn säú khäng âỉåüc cao cåí vi tràm khz.
Hiãûu sút cao ~ 90%.
7.2.6 ỈÏng dủng :
Náúu chy kim loải.
62


Haỡng kim loaỷi
Tọi kim loaỷi

ọứ khuọn kim loaỷi(chóỳ taỷo caùc khuọn kim loaỷi).
7.3 Nung noùng õióỷn mọi:
Duỡng cho caùc vỏỷt lióỷu khọng dỏựn õióỷn nhổ gọự, thổỷc phỏứm :
7.3.1. Nguyón lyù : ỷt phỏửn vỏỷt lióỷu khọng dỏựn õióỷn vaỡo giổợa hai baớn cổỷc õổồỹc nọỳi vồùi
doỡng õióỷn cao tỏửn xoay chióửu. Khi õoù vỏỷt lióỷu khọng dỏựn õióỷn giổợ vai troỡ nhổ chỏỳt õióỷn
mọi, dổồùi taùc duỷng cuớa õióỷn trổồỡng, cỏỳu truùc phỏửn tổớ cuớa vỏỷt lióỷu bióỳn daỷng khi õióỷn
trổồỡng xoay chióửu bióỳn thión nhanh. Sổỷ coỹ saùt cuớa caùc phỏn tổớ seợ sinh ra nhióỷt lổồỹng
vaỡ nhióỷt lổồỹng sinh ra trong phỏửn vỏỷt lióỷu khọng dỏựn õióỷn laỡ do chu trỗnh õióỷn mọi.
Goỹi C laỡ õióỷn dung cuớa tuỷ õióỷn :
C = k
k : hũng sọỳ phuỷ thuọỹc kờch thổồùc
= .e j
: hũng sọỳ õióỷn mọi vồùi :
dvc
I = jc v
dt
I = j v(k .e j )
ic = C

I = k v sin + jk v cos

R=

1
k sin

C = k cos

R : ỷc
trổng cho

tọứn hao
cuớa tuỷ
: goùc tọứn hao

63


V2
P=
= V 2εωk sin ϕ
R

: Cäng sút ta nhiãût trãn âiãûn mäi chênh l do täøn hao
Tủ C têch ly mäüt nàng lỉåüng l :

trãn R

1
1
W = C ∗V 2 = ε .k cos ϕ .V 2
2
2
⇒ P = 2ωWtgϕ

Gi E l cỉåìng âäü âiãûn trỉåìng hiãûu dủng giỉỵa 2 bn cỉûc ca tủ âiãûn ⇒ Gi PD
l cäng sút trong 1 âån vë thãø têch.
P
S .d
10 −9
ε=

εr ;
36π
PD =

Ta lải cọ :

sin ϕ =

PD = 5,56.10 −11. f .ε r .

tgϕ
1 + tg 2ϕ
tgϕ
1 + tg ϕ
2

E 2 [W m3 ]

Xẹt sỉû phán bäú cäng sút trong âiãûn mäi cọ dảng hçnh trủ våïi âỉåìng kênh d =
50 cm. Hiãûn tỉåüng ny ngỉåüc lải våïi sỉû nung nọng cm ỉïng.
Gi fc l táưn säú giåïi hản ⇔ l táưn säú m nàng lỉåüng åí ngoi bça = 95% nàng
lỉåüng åí trung tám.
a : bạn kênh (m)
14,31
fc =
[Mhz] εr : hàòng säú âiãûn mäi
a εr
Nãúu ϕ << thç tg2ϕ << 1
PD = 5,56.10 −11. f .ε r .tgϕ .E 2

7.3.2 ỈÏng dủng :
Ẹp Plastic, dng sn xút cao su lỉu họa, dng náúu chy thy tinh, dng sáúy gäù,
thúc lạ , bäng gn.

64