介质加热

介质加热是一种电加热过程，通过施加交变电场（高压交流信号）来提高介电（非导电）材料的温度。温度升高导致与外部磁场接触的物质受热。

介质加热有时被称为高频或射频加热，电容加热。这一过程允许对不能导电的非金属材料进行均匀加热。

介绍

每当我们听到“火”这个词时，我们首先从中了解到的是与“火”有关的东西加热’. 所以，基本上，火是早期人类用于烹饪食物、模塑或焊接金属等目的的主要元素之一。

然而，随着近年来各种技术的进步，已经出现了许多替代方案来执行这些应用而无需点火。介电加热是与这一领域相关的有价值的发明之一，因为通过这一点，在不涉及火的情况下，这类过程已经发展出一种新的方法。

什么是电介质？

电介质基本上是绝缘体，其导电能力相对于电流非常差。我们知道宇宙中的每一种物质都是由分子组成的，分子的基本粒子是原子。

当外场不存在时，材料中的极性分子就随机地定位在其中。然而，通过施加电场，材料会极化，这是因为极性分子的偶极矩得到了正确的取向。现在问题来了——这是怎么发生的？

基本上，在导体中，松散束缚的电子在连接到外部电场的材料中漂移。然而，这不是电介质的情况，因为它们没有松散束缚的电子或自由电子。但这里发生了介电极化。

介质极化只是极性分子在正确的方向上的存在。要理解这一点，请考虑下面所示的数字：

在这两幅图中，有两块导电板被介质材料隔开。

由于没有电场，第一个是非极化的。然而，在第二个图中，可以看到布置受到电场的影响，由于电场的作用，正电荷在电场的方向上有轻微位移，负电荷在电场的相反方向上有轻微位移。

电介质中微小的电荷分离称为极化这会导致电介质内部的电场减小。

介质加热的工作原理

介质加热器的工作原理是两个电极之间存在非导电材料，并在这两个电极之间施加外部电场。基本上，电极的频率范围很广。

• 这里要注意的是，射频辐射是能量的一种形式，而不是热的一种形式。所以，它需要把热能转化为能量的物质.

存在于两个电极之间的介电材料可以是任何东西，如木材、塑料、玻璃等。尽管人们认为介电材料不允许电流流过，但实际上是不可能的。
因此，每当这些材料提供高压交流电源时，即使带电粒子的微小运动也会导致电流流动，从而导致介电损耗。因此在材料内部产生热量。

介质加热的电路操作

到目前为止，我们已经有了这样的想法：介质加热器的唯一目的是加热绝缘材料。介电加热器是将电能转化为热能的电加热器。

我们已经讨论过了694manbetx （这也是电加热的一种）在我们之前的内容中，电磁感应的原理被用来加热磁性材料，而不与源直接接触。

下图显示了介质加热器的电路布置，该介质加热器通过将绝缘材料封装在形成平行板电容器布置的两个导电板之间而形成。

这里是一个非常高频的交流电压信号，即。，20千伏频率在10到50兆赫在整个电容装置上提供。

我们已经讨论过介电损耗导致热的产生。现在，问题来了——当这个介电损耗变得如此重要以至于它加热了绝缘体？

所以，一般来说，当向上面所示的电容器提供正弦电压时，电容器会吸取一些电流。然而，这种电流决不会使电压正好超前90°。这意味着在供电电压和流动电流之间存在一些同相关系。这导致在电容板的电介质内产生功率损耗。

在正常频率范围内50赫兹，这种损失并不显著，它不会引起热量的产生，因此可以忽略不计。然而，在更大的频率，即在兆赫范围内，损耗变得相当大，这会加热电介质。整个结构的这一特性用于加热电介质（绝缘材料）。

• 这里需要注意的是，产生的介电损耗量取决于电源电压和频率。因此，为了获得高的热效应，必须提供一个非常高频的电压信号，因为这将导致高介电损耗和高的热效应。

上述示意图的等效电路和相量如下所示：

电介质材料内耗散的功率如下所示：

自从

因此

将I的值从I中代入_C=I sinθ在上述方程中，我们将得到，

此外，上述方程式将写成：

从所示的相量可以清楚地看出，θ = 90° – δ

因此，

通过三角恒等式，

我们知道，

因此，在替换时，

假设介质板的宽度为b（m），面积为A（m^2.)具有介电常数ε（单位：法拉/m），则其电容为，

自从

替换I的值_C,

还有，C的值，

介质板体积=面积*宽度=A*b（单位：m^3.)

因此，单位体积的功率损耗为，

自从ε = ε₀. ε_R

ε₀=介电材料的相对介电常数=1/36π*10^-9

对于电介质的宽度，单位为cm，

关于简化，

对于电容器，损耗角很小，

功率因数（p.f）=tanδ=损耗角正切

因此，

介质损耗因子=ε_R（p.f.）

因此，从这个方程中，我们可以说每单位体积电介质的功率损耗与

• 工作频率，
• 电压梯度平方和
• 材料的损耗系数。

优势

1. 它是廉价的.
2. 与其他电加热技术不同，它提供均匀加热.
3. 介质加热提供良好的加热能力塑料等非导电材料。
4. 它需要中等时间用于加热。
5. 热度可控性这很简单。
6. 这个产生的热量取决于应用频率。
7. 一种快速加热过程，通过消除热量使温度有效上升温差在非导电材料内。

缺点

1. 其效率仅为50%，这被认为是其主要缺点。
2. 只有拥有高介电损耗可以加热。
3. 有时无线电干扰由于高频输入而存在。

介质加热的应用

介质加热的各种应用如下:

1. 食品加工：在食品加工领域，用于各种用途，如瓶内浓缩液体、不去外壳的食品烹饪、除霜、脱水、杀菌加热等。
2. 塑料预制件的预热：这是电介质加热的重要应用之一，因为没有其他方法能够以统一的方式进行。以饼干或片剂形式存在的塑料原料称为塑胶预形体为了将这些饼干或药片的一大块转化成特定的形状，它们被保存在所需的模具中。
   基本上，为了使他们在理想的形状均匀加热到一定的水平是必须的，然后再把他们放入模具。
3. 灭菌：此过程适用于消毒医疗设备和辅助物品，如绷带、棉花、剪刀和其他计量器具。
4. 透热疗法：为了产生特定的体温以治疗某些疼痛或疾病，人体组织和骨骼受到介电加热。
5. 电子缝纫：雨伞、雨衣、药品容器的塑料片可以密封或连接的过程。带塑料薄膜的材料不通过普通缝合连接，因此通过加热，在机械压力下为材料提供密封。

这都是关于电介质加热。