Структурна модель радіотехнічної НВЧ системи для технологічної обробки матеріалів, речовин та продуктів харчування Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.382

ВОДОТОВКА В. L, РЕПА Ф. М.

СТРУКТУРНА МОДЕЛЬ РАДЮТЕХН1ЧН01НВЧ СИСТЕМИ ДЛЯ ТЕХН0Л0Г1ЧН01ОБРОБКИ МАТЕР1АЛ1В, РЕЧОВИН ТА ПРОДУКТ® ХАРЧУВАННЯ

В1дзначено особливкть побудови, визначено та детал1зовано складов! структурно! модел1 радютехтчно! системи надвисоких частот для технолопчно! обробки MaTepia-лт та продуктов, що дозволить значно шдвшщгги продуктивтсть системи за рахунок удосконалення робота Bcix складових традицшних технолопчних систем.

В значному обсяз1 публ1кацш, присвячених проблемам створення тех-нолопчного мнсрохвильового устаткування для обробки матер1ал1в, речовин та продукпв харчування вшсутш робота, що визначають головш структурш принципи побудови ефективних радютехшчних НВЧ систем (РТС НВЧ) под1бного призначення.

Визначимо спочатку основш складов! позитивного ефекту, що створюе-ться РТС НВЧ для технологичного застосування:

- висока продуктивтсть, яка значно перевищуе продуктившсть технолопчних установок, що здшснюють традищйш технолопчш процеси;

- збереження Bcix застосовуваних енергоресурав - газу, пару, палива, електроенерги;

- повне забезпечення еколопчних вимог та норм по безпещ i охорош пращ;

- забезпечення норм електромагштно! сумкжосп (ЕМС) з радютехшч-ними пристроями та системами побутового, медичного, промислового i оборонного призначення [1].

Видалимо найбшьш вагом1 структурш блоки, необхщш для ефективно! реал1зацп переваг для РТС НВЧ, що гадлягае проектуванню (рис. 1).

Джерело НВЧенергИ необхщного р1вня потужносп створюеться одним або декшькома НВЧ генераторами випром1нювання електромагютного поля (ЕМП), при цьому ixHC застосування обмежене дозволеним д1апазоном частот, ККД та eapTicno.

Комплексоване, яке вм1щуе декшька р1зних генератор1в, джерело НВЧ енергп мае бшьшу живучгсть, тобто спроможюсть забезпечувати мшмально допустимий р1вень потужносп на протяз1 технолопчного циклу при вихода з ладу одного або деюлькох НВЧ генератор1в, а також здатшсть забезпечити струкгуризацпо р1вном1рного ЕМП в об'ем1 взаемодп (ОВ) з ним матер1алу, що пщлягае обробщ.

i

i

© Водотовка В. I., Репа Ф. М.

107

Рис. 1

Конструкщя пристрою, що являе ОВ об'екта обробки з ЕМП, е другим за значениям вагомим структурним блоком РТС НВЧ. Це може бути об'емний резонатор, уповшыпоюча система, хвилеводи стандаргних або спещальних виконань, металет порожнини (камери) нерезонансного типу.

Система термогзоляцШ ; рекуперацп теплового розсповання як самого джерела НВЧ енергй, так 1 об'екта обробки. Досконал1СТь ще! системи ви-значае, головним чином, енсргоеконо\«чшсть вае1 РТС.

Перетворювач енергй НЧ/НВЧ е субблок джерела НВЧ енергп (рис. 2). До його складу входять пристро!, грамотне проектування яких створюе пе-редумови надшно* та ефективно! роботи вае1 РТС НВЧ в щлому. Найбшьш прийнятним генератором НВЧ для забезпечення бшыпого р1вня потужносп, високого ККД при пор1вняно низькш вартосп е магнетронний генератор. В робот! [2] представлен! характеристики магнетрошв, що виробляються вичи-зняною промислов1стю, ¿з яких видно, що 1х ККД сьсладае приблизно 50%, що визначае необхщюсть придшгги значну увагу конструюванню систем! 1х рщинного або повпряного охолодження.

Система рщинного охолодження - досить складний агрегат, варпсть якого може перевищувати вартссть самого магнетрона. Вона включае в себе циркуляцшний насос, регулятори температури 1 витрат теплоноая, засоби авар1 иного захисту, очисш фшьтри. В цшому система охолодження мае ни-

зький ресурс та надшшсть. Ось чому краще використовувати комплексиро-ване джерело НВЧ енергп, де кожний з магнетроив забезпечений повпря-ним охолодженням, зам1сть одного, наприклад, бшьше 5 кВт, потужного магнетрона з охолодженням родиною.

Рис. 2

Регуляторы потужносгт магнетрона можуть створювати проблему як джерела радюперешкод, якщо застосовують пгаротжймпульсне регулюван-ня. Найбшьш прийнятний числочмпульсний регулятор НВЧ иотужност! магнетрона, який не породжуе радаоперешкоди, оск!льки виключае генеру-вання в момент переходу анодно! напруги магнетрона через нульовий р1вень. На рис. 3 представлений склад контрольно-вим1рювально1 системи стану джерела НВЧ енерт, що забезпечуе заданий режим експлуатацп генератора НВЧ.

Рис. 3

Переборення психолопчного бар'еру несприйнятливосп обслуговую-чим та експлуатащйним персоналом ЕМП НВЧ, вплив якого шидливий для оргашзму людини, е головним завданням впровадасення м!крохвильово1 технологи в широку практичну сферу. ЦЦльшсгь потоку просочування НВЧ потужносп повинна бути не бшьше 10 мкВт/см2, що ввдповвдае саштарним нормам для побутових мшрохвилевих печей. На рис. 4 зображений склад засоб1в забезпечення бюлопчного захисту персоналу вад впливу ЕМП НВЧ, поданий на основ! досвщу розробки та експлуатацп НВЧ установок, надба-ного авторами.

Рис. 4

Необхщною складовою частиною РТС НВЧ е засоби [3], що забезпечу-ють ЕМС на Bcix частотах - як основнш, так i позасмугових, випромшюва-них магнетроном [4].

Як1сть продукци теля мшрохвильово! технологи, значно перевищуе нормативи, встановлеш для традицшних технолопчних процеав, що не ви-ключае необхщносп створення контрольно-вимгрювальноИ системы стану об 'екта обробки в хода технолопчного процесу. II склад, представлений на рис. 5, уточнюеться для конкретного виду оброблюваного матер!алу або продукту.

В nponeci розробки контрольно-вим!рювально1 системи стану об'екта обробки виникають труднопи у вибор1 методу та засоб1в ви\прюванъ параме-Tpie оброблюваного об'екта. Проблема в тому, що сильне ЕМП не допускае розмщення у ньому багатьох вщомих первинних вим1рювальних перетво-рювач1в (сенсор1в), а також провщниюв чи кабелш, приеднаних до них. На-приклад, для вим!рювання температури об'екта не придали термопари чи тср.\истори, а для вим1рювання вологосп - даелькометричш низькочастотш

Bo;ioroMÍpH. Анашз можливостей вим1рювальних 3aco6ie для роботи в ЕМП -предмет окремого обговорення. Однак слщ гадкреслити, що найбшып при-йнятними для дано! мети е оптант вим^рювалып пристро!.

Контрольно-вим1рювальна система стану об'екта обробки

Електронш термометри об'екта BojroroMip

—►

Вим1рювач1 HepiBHOMipHOCTi ЕМП Аерометр повпряного потоку

Електронш термометри пов1тряного потоку

Ваговим!рювальш засоби 4—1 —►

Рис. 5

Зрештою належить визначити, якою повинна бути система керування РТС НВЧ. В1дшшдь, яка одразу спадае на думку, - керування повинно здш-снюватися через ПЕОМ, е на сьогодшшнш день опти.шстичним проектним eapiaHTOM, осюльки конструктивне виконання розповсюджених шоземних Г1ЕОМ не дозволяе застосовувати ix у жорстких умовах експлуатацп, напри-клад, в переробшй промисловосп або у деревообробшй та шших галузях. Доречна також постановка задач! розробки вщповщних пристрой зв'язку i спряжшня виконавчих та втпрювальних пристро1в з ПЕОМ.

Таким чином, структурна модель РТС визначена та достатньо дсталЬо-вана, щоб зор1ентувати направления дослцщень i поставит проектш задач1 для подальшого удосконалення засоб1в м1крохвильово1 технологи.

Б1ЕЛЮГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК

1. БадаловА Л., Михайлов А. С. Нормы на параметры электромагнитной совместимости РЭС : Справочник - М. : Радио и связь, 1990 - 272 с.

2.Балюк В. С., Тузов Д. М., ВодотовкаВ. К, ДзюбаВ. П. Опыт разработки приборов СВЧ энергии народно-хозяйственного назначения // Микроволновые технологии в народном хозяйстве : Внедрение. Проблемы. Перспективы- Одесса : ОКФАЛ996,- 108 с.

3. Кущ С, К, Репа Ф. М. Малогабаритные фильтры преселекторы для решения задач ЭМС // Труды международного симпозиума по ЭМС (Санкт-Петербург).-1993,-Т. 1.-С. 343-348.

4. Савин В. Б., Кузьмина В. Г. Развитие и применение вакуумных приборов СВЧ в зарубежных странах // Зарубежная радиоэлектроника -1990.- № 6,- С. 72-73.

Надшшла до редколегй' 15.04.98.

I

ill