УСТАНОВКА ДЛЯ НАГРЕВА В ПОЛЕ ТОКОВ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ ДРЕВЕСИНЫ И ДРУГИХ ДИЭЛЕКТРИКОВ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2003 года по МПК H05B6/02 F26B3/347 

Изобретение относится к устройствам для диэлектрического нагрева деталей из древесины или сходных по электрическим характеристикам материалов при склеивании, сушке, нагреве для повышения пластичности при гнутье заготовок и других технологических операциях.

Уровень техники.

Существующие установки состоят из высокочастотного генератора Г, однопроводного или симметричного фидера Ф и электродов (рабочего конденсатора) Сраб, между которыми располагается нагреваемая среда. В установках с несимметричным выходом низкопотенциальный электрод обычно соединен с корпусом (массой) установки. Общая схема установки показана на фиг.1. Схемы генераторов могут отличаться, однако устройство установок различного назначения (сушка, нагрев клеевых соединений, нагрев для повышения пластичности и др.) не имеет принципиальных отличий. Существующие установки и процессы, происходящие в поле токов высокой частоты, являющиеся аналогами предлагаемой установки описаны в следующих источниках:
1. Бирюков В.А. "Процессы диэлектрического нагрева и сушки древесины". Гослесбумиздат, 1961 г.

2. Востров В. Н. "Электротехнология в деревообработке". Москва, Лесная промышленность, 1981 г.

3. Ю.Г. Доронин, С.Н. Мирошниченко, М.М. Свиткина "Синтетические смолы в деревообработке". Москва, Лесная промышленность, 1987 г.

4. А.М. Боровиков, Б.Н. Уголев "Справочник по древесине". Москва, Лесная промышленность, 1989 г.

5. И.В. Кречетов "Сушка древесины". Москва, Лесная промышленность, 1980 г.

6. Патент RU 2073314 С1.

Генераторы строятся на мощных триодах по схеме с самовозбуждением.

Для описания работы устройств нагрузка на схеме условно разделена на электрические элементы Сраб и Rн, но представляет из себя единый конструктивный элемент.

Независимо от схемы электроды, между которыми располагается нагреваемая среда, представляют из себя конденсатор Сраб, который является частью резонансной системы генератора. Фидер, соединяющий генератор с электродами, имеет длину, значительно меньшую длины волны, так как генератор обычно располагают в непосредственной близости от электродов, и он не оказывает влияния на работу схем.

В настоящее время чаще других используется схема включения резонансных цепей и связи с нагрузкой, изображенная на фиг.2, представляющая из себя П-контур, который позволяет автоматически трансформировать Rг в Zг в зависимости от соотношения реактивных сопротивлений Ск и Сраб и не требует перестройки связи с нагрузкой при изменении Сраб в отличие от других схем, описанных в [1] . Другие схемы не обладают этим свойством. Элементы возбуждения генератора не имеют принципиального значения и заменены на схемах условной цепью.

Активной нагрузкой генератора Rн является сумма потерь в конденсаторе Сраб.

Такие схемы позволяют получить резонанс в анодном контуре независимо от емкости электродов Сраб за счет изменения частоты генератора и максимально возможное ВЧ напряжение на электродах, однако имеют ряд принципиальных недостатков независимо от конкретной схемы генератора.

Установки имеют низкий коэффициент полезного действия (КПД), что объясняется следующими причинами.

Для получения максимального КПД генератора требуется, чтобы он был нагружен на оптимальное сопротивление Rн, равное выходному сопротивлению лампы Rг с учетом коэффициента трансформации анодного контура. Выходное сопротивление генераторной лампы определяется по формуле
Rv=k₀Ua/Ia (1)
где Rv - выходное сопротивление генераторной лампы;
Ua - анодное напряжение на выходном каскаде;
Ia - ток выходного каскада;
k₀= 0,5-0,9 коэффициент использования анодного тока, зависящий от схемы генератора.

Генераторные лампы, применяемые в описанных установках, имеют выходное сопротивление Rv 0,5-2 килоом в зависимости от мощности. Во всех схемах, изображенных на фиг. 2а-в, выходной контур генератора трансформирует выходное сопротивление лампы, при этом Сраб из-за большой площади электродов, как правило, значительно больше, чем Ск, и выходное сопротивление генератора Zг оказывается значительно ниже Rv и является случайной величиной. Zг может быть от нескольких десятков ом до 200-300 Ом.

Сопротивление нагрузки Rн носит сложный характер и, как правило, значительно превышает выходное сопротивление генератора.

При нагреве клеевых соединений нагрузкой являются две составляющие - электропроводность клеевого слоя и древесины, обусловленная движением свободных носителей зарядов, и диэлектрические потери, обусловленные энергией, затрачиваемой на изменение поляризации молекул вещества.

Мощность потерь Рэ, связанная с электропроводностью и выделяемая в нагрузке, практически не зависит от частоты и равна
Рэ=U²/Rэ (2)
где U - ВЧ напряжение на электродах;
Rэ - сопротивление среды между электродами.

Диэлектрические потери, величина которых определяется мощностью потерь Рд, равна
Рд = 2πfε₀ε_rStgδU²/d (3)
где f - частота тока;
ε₀ - диэлектрическая постоянная;
ε_r - диэлектрическая проницаемость материала;
tgδ - тангенс угла диэлектрических потерь;
S - площадь электродов;
d - расстояние между электродами;
U - ВЧ напряжение на электродах.

Основной нагрузкой являются клеевые слои, имеющие повышенную по сравнению с древесиной электропроводность и диэлектрические потери, так как сухая древесина имеет очень большое сопротивление и малые диэлектрические потери. При нагреве сопротивление клея очень быстро возрастает и становится сопоставимо с электропроводностью и диэлектрическими потерями в древесине. Были проведены измерения сопротивления клеевых соединений на основе карбамидно-формальдегидных смол марок КФЖ и КФ-НФП, широко применяемых для склеивания древесины.

Характер изменения сопротивления Rэ образцов клеевого шва, нагреваемых в поле ТВЧ, в зависимости от времени нагрева показан на фиг.3. Сопротивление клеевого шва увеличивается в несколько десятков раз. Поскольку потери зависят от квадрата ВЧ напряжения на электродах (см. ф-лы 2, 3) стремятся его увеличить. ВЧ напряжение зависит от анодного и равно

где k₀ и Ua - то же, что и в формуле 1;
К_тр - коэффициент трансформации анодного контура.

Так как Ктр и k₀ меньше единицы, ВЧ напряжение при номинальном токе лампы не превышает 0,5-0,6 от анодного, в установках применяют мощные лампы с высоким напряжением питания анода, часто более 10 кВ, независимо от мощности в нагрузке. ВЧ напряжение на электродах не может быть выше напряжения пробоя, поэтому увеличить потери в среде только за счет увеличения напряжения невозможно. Допустимая напряженность поля составляет 0,2-1,2 кВ/см и зависит от электрических свойств клея.

Мощность диэлектрических потерь Рд в сухой древесине на частотах ниже 20 мГц мала даже при напряжении на электродах, близком к пробою. Начинает оказывать влияние на нагрев лишь на частотах выше 30 мГц. Диэлектрические потери в клеевом слое при нагреве также уменьшаются в основном из за уменьшения диэлектрической проницаемости при испарении воды. Увеличить их, как следует из формулы 3, можно увеличением частоты f, однако в существующих установках электроды имеют большую собственную емкость, которая доходит до нескольких тысяч пикофарад. Мощные электронные лампы имеют также большие междуэлектродные емкости. Поскольку эти емкости являются элементами частотозадающей цепи генераторов, частота оказывается низкой и, как правило, не превышает 13,56 мегагерц.

Общее сопротивление потерь Rн=Rэ+Rд увеличивается в процессе отверждения клея в 10-100 раз в зависимости от свойств клея и частоты. Даже если общее сопротивление потерь Rн в склеиваемом изделии в холодном состоянии близко к выходному сопротивлению генератора Zг, то в течение нескольких секунд еще до начала схватывания клея оно увеличивается в десятки раз и поглощаемая в среде мощность резко падает, что приводит к снижению скорости нагрева клеевого шва и при балансе поглощаемой мощности и тепловых потерь к прекращению нагрева (см.[3] стр.114, рис.56).

В установках по сушке древесины при изменении влажности от естественной (60-80%) до эксплуатационной (6-12%) сопротивление увеличивается на несколько порядков, диэлектрическая проницаемость ε_r за счет удаления воды уменьшается в 20 и более раз, что приводит к соответствующему снижению поглощаемой в нагреваемой древесине мощности (см. ф-лы 2 и 3).

В применяемых установках выходное сопротивление генератора Zг не регулируется в течение цикла при изменении нагрузки в больших пределах, что приводит к росту КСВ и снижению КПД установки, так как потребляемая и выходная мощность генератора остается постоянной. Не поглощенная в нагреваемой среде энергия отражается и рассеивается на аноде лампы, чем и объясняется крайне низкая эффективность существующих ВЧ установок и их неоправданно большие мощности. В них нет даже простейших приборов для контроля согласования сопротивлений (КСВ-метры), обычных, например, в радиопередающих устройствах.

Тепловые расчеты нагрева клеевых соединений и эксперименты с предлагаемой установкой показывают, что необходимая мощность для нагрева клеевого соединения до схватывания не превышает 1-1,5 Вт/см², фактическая удельная мощность ВЧ установок в несколько раз (часто в десятки раз) превышает приведенные значения. КПД существующих ВЧ установок для нагрева не превышает 5% с учетом КПД генератора.

Другим серьезным недостатком является нестабильность частоты и большой уровень радиопомех. Для промышленного использования отведен ряд частот с предельным отклонением не более ±1%. Поскольку емкость электродов Сраб и сопротивление нагрузки Rн являются элементами частотозадающей цепи генераторов, происходит изменение частоты в больших пределах. По этой причине ни одна существующая ВЧ установка не отвечает требованиям нормативов по стабильности частоты.

Лампы генераторов работают в нелинейном режиме из-за рассогласования нагрузки и больших сеточных токов. Простейшая схема резонансных цепей генераторов не обеспечивает фильтрацию гармоник. Поскольку мощность установок составляет десятки и сотни киловатт, они создают высокий уровень радиопомех в широком спектре частот, несмотря на специальные меры (экранирование генераторов, размещение установок в экранированных помещениях и др.), что создает серьезные проблемы средствам радиосвязи, которые в настоящее время могут иметь мощности передающих устройств единицы ватт, телевидению, другой электронной технике, чувствительной к электромагнитным излучениям.

Сущность изобретения.

Вариант схемы предлагаемой установки для нагрева, свободной от приведенных выше недостатков, изображен на фиг.4.

Так как в предлагаемой установке конструкция генератора не имеет значения, ближайшим аналогом (прототипом) является общая сумма установок для высокочастотного нагрева диэлектриков, описанная в:
Бирюков В.А. "Процессы диэлектрического нагрева и сушки древесины". Изд-во Рослесбумиздат, 1961 г., стр.31, рис.12., упрощенный функциональный аналог которой изображен на фиг.1, а для анализа работы устройства используется схема генератора, изображенная на стр.37, рис.17, функциональный аналог которой изображен на фиг.2.

Основными отличиями установки от аналогов являются:
- установка состоит из генератора Г с фиксированной частотой, величина которой рассчитывается для конкретного устройства в зависимости от емкости электродов и сопротивления нагрузки, а не является случайной; мощность генератора определяется необходимой тепловой мощностью;
- генератор имеет стандартное выходное сопротивление (50 или 75 Ом) для согласования с коаксиальной линией передачи;
- для контроля согласования нагрузки с генератором содержит измеритель коэффициента стоячей волны (КСВ-метр), который включен между генератором и линией передач;
- высокочастотная энергия от генератора к электродам подается с помощью коаксиальной линии передачи произвольной длины и согласующего устройства, состоящего из контура связи Lсв Ссв, параллельного колебательного контура Lк Ск, фильтра нижних частот, образованного катушкой Lфнч и емкостью рабочего конденсатора (электродов) Сраб, нагрузкой которого является сумма потерь в нагреваемой среде;
- при больших размерах деталей или для нагрева нескольких удаленных друг от друга участков установка содержит несколько согласующих устройств, каждое из которых имеет свои электроды. Питание согласующих устройств производится от одного генератора с помощью согласованных линий передачи. При необходимости использования нескольких электродов у аналогов используются отдельные генераторы для каждых электродов.

Установка работает следующим образом.

Необходимый уровень ВЧ напряжения достигается с помощью параллельного колебательного контура Lк Ск с высокой добротностью, настроенного на рабочую частоту генератора. Согласование контура с линией передачи осуществляется с помощью цепи связи Lсв Ссв. При резонансе напряжение на конденсаторе Ск будет максимальным, при этом чем выше добротность контура, тем выше напряжение. Благодаря этому ВЧ напряжение в контуре зависит от его добротности и от мощности генератора, а не от напряжения анода и конструкции генератора, как у аналогов.

Контур является трансформатором сопротивлений в большом диапазоне (от нуля на "холодном" конце до десятков килоом на "горячем"). Это позволяет найти на катушке контура Lк точку А, где волновое сопротивление равно сопротивлению нагрузки Rн в начале цикла, т.е. согласовать выходное сопротивление генератора или линии передачи с нагрузкой Rн. Согласование сопротивлений контролируется с помощью КСВ метра. При согласовании контура связи с линией передач и параллельного колебательного контура с сопротивлением нагрузки вся энергия генератора будет поглощена нагрузкой и стоячая волна будет отсутствовать, т.е. КСВ будет равен единице.

Поскольку при нагреве происходит изменение емкости Сраб и увеличение Rн, при непосредственном включении электродов к контуру изменится его резонансная частота и произойдет рассогласование с контуром. Для сохранения резонансной частоты рабочие электроды подключаются к контуру через индуктивность Lфнч, которая с емкостью электродов Сраб образует фильтр нижних частот (ФНЧ), у которого частота среза равна или несколько выше частоты генератора.

Как известно, входное сопротивление ФНЧ равно сопротивлению нагрузки, т. е. коэффициент передачи по напряжению равен единице на любой частоте от нуля до частоты среза фильтра. Частота среза фильтра выбирается так, чтобы при изменении емкости рабочего конденсатора из-за нагрева или изменения размеров деталей срез фильтра был всегда на частоте генератора или выше ее. Это позволяет сохранить настройку контура и коэффициент передачи при изменении емкости электродов Сраб. У аналогов изменение Сраб приводит к изменению частоты генератора или расстройке контура выходного каскада.

Вторая функция ФНЧ заключается в сохранении согласования сопротивления контура с нагрузкой Rн при ее увеличении во время цикла. ФНЧ представляет из себя последовательный контур, у которого добротность равна единице при равенстве сопротивления нагрузки реактивному сопротивлению элементов фильтра. При увеличении сопротивления нагрузки Rн возрастает добротность цепи Lфнч Сраб и за счет этого возрастает напряжение на электродах при сохранении мощности, рассеиваемой в среде. Входное сопротивление фильтра в точке А при этом не изменяется, поскольку остается постоянным реактивное сопротивление X_L индуктивности. Это позволяет сохранить согласование с контуром и всю мощность генератора отдавать в нагрузку в течение цикла при росте сопротивления нагрузки.

Так как сопротивление Rн и емкость электродов Сраб можно измерить для конкретной установки, из известных соотношений для расчета ФНЧ
Rн=Х_с=X_L, Х_с=1/2πfС, X_L=27πfL (5)
где Х_с, X_Ll - реактивное сопротивление емкости и индуктивности фильтра;
С, L - емкость и индуктивность элементов фильтра соответственно;
f - частота среза фильтра.

Вычисляется частота f генератора, при которой обеспечивается полное согласование нагрузки с контуром в начале цикла нагрева:
f=1/2πСрабRн (6)
и индуктивность Lфнч согласующего устройства
Lфнч=Rн/2πf (7)
Увеличение напряжения на электродах при увеличении Rн возможно при добротности цепи Q, равной

где R_кон, R_нач - сопротивление нагрузки в конце и начале цикла нагрева соответственно.

Принцип работы согласующего устройства в различные фазы цикла показан на фиг.5
Кривая 1. В момент включения генератора сопротивление нагрузки минимально. Цепь Lфнч Сраб вместе с сопротивлением нагрузки имеет добротность и коэффициент передачи по напряжению, равные единице.

Кривая 2. При нагреве клеевого соединения сопротивление потерь из-за нагрева, полимеризации смолы и др. увеличивается, что приводит к увеличению добротности цепи Lфнч Сраб, увеличивается коэффициент передачи по напряжению на рабочей частоте, при этом мощность, рассеиваемая в нагрузке, остается постоянной и равной колебательной мощности генератора.

Кривая 3. При дальнейшем увеличении сопротивления Rн добротность увеличивается еще больше и так до конца процесса (полной полимеризации клея).

Кривая 4. При уменьшении емкости рабочего конденсатора из-за испарения воды и нагрева к концу цикла несколько увеличивается резонансная частота последовательного контура, но уровень напряжения на электродах уменьшается незначительно из-за того, что рабочая точка находится на пологом левом скате частотной характеристики. Поскольку в конце процесса полимеризации клея значительно снижаются тепловые потери, связанные с испарением влаги, некоторое уменьшение поглощаемой мощности уже не влияет на технологический процесс.

Поскольку для промышленных целей отведен ряд частот, выбирается ближайшая к расчетной. После выбора стандартной частоты генератора производится перерасчет величины Lфнч по формуле 7 и расчет элементов контура Lк Ск.

При использовании предлагаемой установки для нагрева деталей небольшого сечения типа брусков электрическое поле вблизи низкопотенциального электрода, в качестве которого обычно используется корпус установки ("масса"), будет значительно меньше, чем у высокопотенциального за счет рассеивания, что приводит к неравномерному нагреву. Для того чтобы ВЧ поле в рабочей зоне было равномерным, используется симметричная схема, изображенная на фиг.6. Это позволяет также в 2 раза уменьшить напряжение относительно корпуса и значительно снизить уровень четных гармоник генератора.

Принципиальных отличий в работе схемы 4 и 6 не имеют, отличаются лишь конструктивными элементами и положением точки нулевого потенциала. В симметричном варианте согласующего устройства катушка контура связи расположена в середине контурной катушки, используется дифференциальный конденсатор переменной емкости (бабочка), а катушка фильтра нижних частот состоит из двух одинаковых частей, общая индуктивность которых равна индуктивности катушки фильтра в несимметричном варианте. Катушки ФНЧ подключаются к колебательному контуру симметрично относительно точки с нулевым потенциалом катушки.

При небольшой площади электродов (например, при торцовом склеивании брусков) емкость Сраб может быть всего несколько пикофарад. Это позволяет использовать частоты более 80 мГц. На этих частотах выполнить контур с высокой добротностью на сосредоточенных элементах сложно из-за их малых размеров, а снижение частоты приведет к снижению КПД установки.

В этом случае вместо контура Lк, Ск используется резонатор на четвертьволновом короткозамкнутом отрезке коаксиальной линии для схемы фиг.4 или симметричной линии для схемы фиг.6, которые являются аналогами параллельного колебательного контура, но имеют значительно большие размеры и очень высокую добротность, что позволяет получить напряжение на электродах 2000-4000 вольт при мощности генератора всего в несколько десятков ватт.

Схема согласующих устройств на резонаторах показана на фиг.7.

Все варианты конструктивного исполнения согласующего устройства являются полными функциональными аналогами и обеспечивают получение одного и того же технического результата для различных условий применения установки и содержат одни и те же фунциональные элементы, а именно:
- контур связи, который обеспечивает согласование параллельного колебательного контура с линией передачи;
- параллельный колебательный контур с автотрансформаторной связью, который служит для получения необходимого уровня высокочастотного напряжения и для согласования сопротивления потерь в нагрузке;
- фильтр нижних частот, который обеспечивает сохранение резонансной частоты контура и его выходное сопротивление при изменении параметров нагрузки.

При размерах рабочих электродов, сопоставимых с 1/8 длины волны, из-за волновых процессов напряжение на них будет неравномерным. Питание нагрузки с помощью коаксиальной линии передачи позволяет уменьшить размеры электродов в n раз, используя включение от одного генератора нескольких согласующих устройств, каждое из которых имеет свои электроды. Поскольку коаксиальные линии передачи имеют малые потери, их длина может быть значительной. Это позволяет кроме нагрева детали больших размеров использовать один генератор для нагрева нескольких соединений, расположенных на значительном расстоянии друг от друга, например при сборке рамочных конструкций или для увеличения зоны нагрева при непрерывном перемещении длинномерного материала. Согласование разветвленных линий передачи с общим фидером (или непосредственно с генератором) осуществляется с помощью любых известных трансформаторов сопротивлений и резонансных линий питания. Поскольку в установках для нагрева нет необходимости согласовывать фазы на отдельных электродах, длина линий передачи может быть различной.

Так как площадь электродов и емкость Сраб отдельного согласующего устройства уменьшается в несколько раз, это позволяет пропорционально увеличить частоту генератора. Расчет элементов согласующего устройства производится для одного участка. На фиг.8 показан вариант схемы с четырьмя согласующими устройствами и электродами с использованием четвертьволнового трансформатора сопротивлений в виде двух параллельных отрезков такого же коаксиального кабеля, что и линии передачи.

Существенными отличиями от аналога [6], фиг.4, являются:
- питание параллельными коаксиальными линиями отдельных согласующих устройств и отдельных электродов, а не одного общего;
- согласование волновых сопротивлений линий передачи в точках разветвлений с общей линией с помощью трансформаторов сопротивлений или (и) использование резонансных линий питания;
- произвольное количество ветвей, подключаемых в одну точку, определяемое лишь удобством согласования волновых сопротивлений линий питания;
- линии передачи к отдельным согласующим устройствам могут иметь произвольную длину.

Поскольку в предлагаемых устройствах рабочий конденсатор Сраб не является элементом генератора, его параметры (частота, выходное сопротивление) не зависят от нагрузки в отличие от аналогов, и он работает с максимальным КПД в течение всего цикла, а согласование сопротивлений на всех участках цепи позволяет использовать всю мощность генератора на нагрев изделия. Это позволяет увеличить общий КПД установки до 50-60% и снизить необходимую мощность установок по сравнению с аналогами в несколько раз.

Так как стоимость ВЧ установок и их эксплуатационные затраты пропорциональны установленной мощности, снижение стоимости позволяет значительно расширить их использование в технологических операциях, где они ранее не применялись из-за экономических показателей - склеивание заготовок небольшого сечения по длине, нагрев в соединениях деталей при сборке, монтажное склеивание и т.д.

Введение в согласующее устройство контура с высокой добротностью и ФНЧ, кроме резонансной системы самого генератора, работа генератора в оптимальном режиме, фиксированная частота и значительное снижение мощности генераторов практически полностью исключают радиопомехи вне рабочей частоты даже без принятия специальных мер защиты от излучения радиопомех.

Перечень фигур чертежей.

Фиг.1 Общая схема установки для нагрева диэлектриков.

Фиг. 2 Схема установки и генератора с использованием П-контура в анодной цепи.

Фиг.3 Изменение сопротивления образца клеевого шва в зависимости от времени нагрева.

Фиг. 4 Принципиальная схема предлагаемой установки для циклического нагрева диэлектриков.

Фиг. 5 Амплитудно-частотные характеристики согласующего устройства в различные фазы нагрева клеевого соединения.

Фиг. 6 Принципиальная схема согласующего устройства для симметричного включения электродов.

Фиг. 7 Резонансные системы согласующего устройства на отрезках линий для высоких частот.

Фиг. 8 Принципиальная схема установки с параллельным включением четырех согласующих устройств при больших размерах нагреваемых деталей.

Возможность осуществления изобретения.

Реализация изобретения не вызывает затруднений. Генератор и согласующие устройства собираются из серийно выпускаемых промышленностью радиодеталей и материалов. Снижение мощности установок значительно упрощает конструкцию и уменьшает габариты и стоимость устройств. Мощные генераторные лампы, применяемые в существующих установках, и резонансные системы, имеют, как правило, водяное или испарительное и воздушное охлаждение. В большинстве случаев при мощности генераторов до 20 кВт в предлагаемых устройствах достаточно воздушного принудительного или естественного охлаждения, которое значительно проще. Генераторы, используемые в установках для нагрева небольших по сечению соединений мощностью до 1 кВт, могут быть выполнены на современных полупроводниковых приборах, габариты и стоимость которых значительно ниже, чем у ламповых устройств.

Изготовленная по симметричной схеме (фиг.6) опытная установка, предназначенная для нагрева шипового соединения при торцовом склеивании брусков сечением 60•100 мм по длине, полностью подтвердила расчеты. Установка имеет следующие характеристики: колебательная мощность генератора 250-300 ватт. КСВ, измеренный между генератором (выходное сопротивление 50 Ом) и согласующим устройством, не более 1,5 в течение всего цикла. Общий КПД установки более 50%. Время отверждения клеевого соединения не более 15 с, что значительно меньше, чем в установках аналогичного назначения. Удельная мощность, необходимая на нагрев клеевого слоя до отверждения, для смолы КФЖ составляет 1,6-1,8 Вт/кв.см против 12-20 у аналогов. Схема позволяет за счет некоторого снижения КПД использовать установку при уменьшении размеров заготовок по сечению до 2-х раз без изменения конструктивных элементов и настроек, кроме регулировки мощности генератора в зависимости от площади склеивания и скорости нагрева. Излишняя подводимая мощность приводит к перегреву клеевого соединения и к пробою, так как даже при незначительной мощности генератора напряжение на электродах достигает несколько тысяч вольт. Для этой же установки был испытан вариант генератора на мощных транзисторах КТ970А с напряжением питания коллектора всего 40 вольт. Получены аналогичные результаты.

Изобретение относится к установкам для нагрева древесины и других диэлектриков в поле высокой частоты. Предлагаемая установка для нагрева диэлектриков отличается тем, что электроды не являются частью резонансной системы генератора. Установка состоит из генератора со стандартным выходным сопротивлением, измерителя КСВ, коаксиальной линии передачи, одного или нескольких согласующих устройств, каждое из которых имеет свои электроды. Генератор имеет фиксированную частоту, значение которой рассчитывается для конкретной установки. Измеритель КСВ позволяет контролировать согласование на всех участках цепи. Согласующее устройство состоит из параллельного колебательного контура, обеспечивающего необходимый уровень напряжения на электродах и индуктивности, которая вместе с емкостью электродов образует фильтр низкой частоты (ФНЧ). ФНЧ компенсирует уменьшение емкости смещением частоты среза фильтра вверх, сохраняя при этом резонансную частоту контура и обеспечивает согласование изменяющегося сопротивления нагрузки за счет увеличения добротности. Техническим результатом является снижение стоимости и эксплуатационных затрат установок, которые пропорциональны мощности генератора, что позволяет значительно расширить их применение для технологических операций, например для нагрева заготовок небольшого сечения при торцовом склеивании, нагреве соединений при сборке изделий и т.д. Предлагаемая установка имеет большой КПД, стабильную частоту и практически полное отсутствие радиопомех вне рабочей частоты. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Установка для нагрева деталей из древесины и других диэлектриков в электрическом поле токов высокой частоты, содержащая генератор с постоянным стандартным выходным сопротивлением, согласованным с волновым сопротивлением коаксиальной линии передачи, и фиксированной частотой, значение которой определяется емкостью электродов и сопротивлением потерь в нагрузке, отличающаяся тем, что выход генератора соединен через измеритель коэффициента стоячей волны и коаксиальную линию передачи с согласующим устройством, состоящим из контура связи, образованного катушкой связи и последовательно включенным конденсатором переменной емкости для настройки контура связи, индуктивно связанного с контуром связи несимметричного или симметричного параллельного колебательного контура, состоящего из катушки и конденсатора переменной емкости, подключенной к катушке контура катушки для несимметричного контура, ко второму концу которой подключен высокопотенциальный электрод, а второй электрод соединен с общим проводом, или двух катушек для симметричного контура, ко вторым концам которых подключены рабочие электроды, емкость которых вместе с индуктивностью катушек образуют фильтр нижних частот. 2. Установка для нагрева деталей из древесины и других диэлектриков в электрическом поле токов высокой частоты, содержащая генератор с постоянным стандартным выходным сопротивлением, согласованным с волновым сопротивлением коаксиальной линии передачи, и фиксированной частотой, значение которой определяется емкостью электродов и сопротивлением потерь в нагрузке, отличающаяся тем, что выход генератора соединен через измеритель коэффициента стоячей волны и коаксиальную линию передачи с согласующим устройством, состоящим из линии связи и последовательно включенным конденсатором переменной емкости для настройки линии связи, индуктивно связанного с линией связи короткозамкнутого четвертьволнового резонатора на отрезке коаксиальной или симметричной линии, с конденсатором переменной емкости для настройки резонатора, подключенной к резонатору на отрезке коаксиальной линии катушки, ко второму концу которой подключен высокопотенциальный электрод, а второй электрод соединен с общим проводом, или двух катушек для резонатора на симметричной линии, ко вторым концам которых подключены рабочие электроды, емкость которых вместе с индуктивностью катушек образуют фильтр нижних частот. 3. Установка по п. 1 или 2 для нагрева длинномерных изделий или для одновременного нагрева нескольких зон, расположенных на расстоянии друг от друга, отличающаяся тем, что содержит несколько согласующих устройств, каждое из которых служит для нагрева отдельного участка, коаксиальные линии передачи которых соединены параллельно и согласованы с волновым сопротивлением общей линии передачи с помощью трансформатора сопротивлений на четвертьволновых отрезках коаксиальной линии.