عنصر بلتيير TEC1-12706. الخصائص والتطبيق وظروف التشغيل
عنصر بلتيير هو محول كهربائي حراري يُحدث فرقًا في درجة الحرارة على أسطحه عندما يتدفق تيار كهربائي. يعتمد مبدأ التشغيل على تأثير بلتيير - حدوث اختلاف في درجة الحرارة عند نقطة تلامس الموصلات تحت تأثير التيار الكهربائي.
الجهاز ومبدأ تشغيل عنصر بلتيير.
أعتقد أن خبراء الفيزياء فقط هم من يمكنهم فهم كيفية عمل عنصر بلتيير بالفعل. بالنسبة للممارسين ، الشيء الرئيسي هو وجود حد أدنى للوحدة - مزدوج حراري ، وهو نوعان من الموصلات p و n.
عندما يتم تمرير التيار عبر المزدوج الحراري ، يتم امتصاص الحرارة عند التلامس n-p ويتم إطلاق الحرارة عند التلامس p-n. نتيجة لذلك ، سيتم تبريد قسم أشباه الموصلات المجاور لتقاطع n-p ، وسيتم تسخين الجزء المقابل. إذا قمت بتغيير قطبية التيار ، فعند المنعطف ، سوف يسخن قسم n-p ، ويبرد الجزء المقابل.
هناك أيضا تأثير معاكس. عندما يتم تسخين جانب واحد من المزدوجات الحرارية ، يتم توليد تيار كهربائي.
بالنسبة للتطبيقات العملية ، فإن طاقة امتصاص الحرارة لمزدوجة حرارية واحدة ليست كافية. تستخدم الوحدة الكهروحرارية العديد من المزدوجات الحرارية. هم متصلون كهربائيا في سلسلة. وبناءً - بحيث تقع انتقالات التبريد والتدفئة على جوانب مختلفة من الوحدة.
يتم تثبيت المزدوجات الحرارية بين لوحين من السيراميك. ترتبط بقضبان نحاسية. يمكن أن يصل عدد المزدوجات الحرارية إلى عدة مئات. تعتمد قوة الوحدة على عددهم.
يمكن أن يصل فرق درجة الحرارة بين الجانب الساخن والبارد لوحدة بلتيير إلى 70 درجة مئوية.
يجب أن يكون مفهوما أن وحدة بلتيير الكهروحرارية تقلل درجة حرارة أحد الجانبين بالنسبة للجانب الآخر. أولئك. من أجل أن يكون للجانب البارد درجة حرارة منخفضة ، من الضروري إزالة الحرارة من السطح الساخن وتقليل درجة حرارته.
لزيادة الاختلاف في درجة الحرارة ، من الممكن توصيل الوحدات النمطية (المتتالية).
طلب.
تستخدم الوحدات الكهروحرارية بلتيير:
- في الثلاجات المنزلية الصغيرة والسيارات ؛
- في مبردات المياه
- في أنظمة تبريد الأجهزة الإلكترونية ؛
- في المولدات الحرارية.
أنا ، باستخدام عنصر بلتيير ، صنعت.
مزايا وعيوب وحدات بلتيير.
من الخطأ إلى حد ما مقارنة عناصر بلتيير بوحدات تبريد الضاغط. أجهزة مختلفة تمامًا - نظام ميكانيكي كبير به ضاغط وغاز وسائل ومكون صغير من أشباه الموصلات. ولا يوجد شيء يمكن مقارنته به. لذلك ، تعتبر مزايا وعيوب وحدات بلتيير مفهومًا تعسفيًا للغاية. هناك مناطق لا يمكن استبدالها فيها ، وفي حالات أخرى يكون استخدامها غير عملي تمامًا.
تشمل مزايا عناصر بلتيير ما يلي:
- عدم وجود الأجزاء المتحركة والغازات والسوائل ؛
- عملية صامتة
- أحجام صغيرة
- القدرة على توفير كل من التبريد والتدفئة ؛
- إمكانية التحكم السلس في طاقة التبريد.
عيوب:
- انخفاض الكفاءة؛
- الحاجة إلى مصدر طاقة ؛
- عدد محدود من نقاط البداية;
- التكلفة العالية للوحدات النمطية القوية.
معلمات عناصر بلتيير.
- كيوماكس(W) - سعة التبريد ، مع أقصى تيار مسموح به وفرق درجة الحرارة بين الجانبين الساخن والبارد يساوي 0. يُعتقد أن كل الطاقة الحرارية التي تدخل السطح البارد يتم نقلها على الفور ، دون فقد ، إلى السطح الساخن.
- دلتا تي ماكس(deg) - أقصى فرق في درجة الحرارة بين أسطح الوحدة في ظل ظروف مثالية: درجة حرارة الجانب الساخن 27 درجة مئوية والجانب البارد بدون انتقال حرارة.
- إيماكس(أ) - تيار توفير فرق درجة الحرارة دلتا Tmax.
- اوماكس(V) - الجهد ، عند Imax الحالي وفرق درجة الحرارة دلتا Tmax.
- مقاومة(أوم) - مقاومة الوحدة لتوجيه التيار.
- شرطي(Сoefficient of Performance) - المعامل ، نسبة طاقة التبريد إلى الطاقة الكهربائية التي تستهلكها الوحدة. أولئك. كفاءة مماثلة. عادة 0.3-0.5.
المتطلبات التشغيلية لعناصر بلتيير.
وحدات بلتيير هي أجهزة متقلبة. يرتبط استخدامها بعدد من المتطلبات ، يؤدي عدم الوفاء بها إلى تدهور الوحدة أو فشلها ، مما يقلل من كفاءة النظام.
- تولد الوحدات كمية كبيرة من الحرارة. لتبديد الحرارة يجب تركيب خافض حرارة مناسب. خلاف ذلك:
- لا يمكن الوصول إلى درجة الحرارة المرغوبة للجانب البارد بسبب يقلل عنصر بلتيير من درجة حرارة السطح الساخن نسبيًا.
- عادة ما يكون التسخين المسموح به للجانب الساخن + 80 درجة مئوية (حتى 150 درجة مئوية في درجات الحرارة العالية). أولئك. قد تفشل الوحدة ببساطة.
- في درجات الحرارة العالية ، تتحلل بلورات الوحدة ؛ يتم تقليل كفاءة وعمر خدمة الوحدة.
- مهم اتصال حراري موثوق للوحدةمع مبرد تبريد.
- يجب توفير مصدر الطاقة للوحدة النمطية تيار مع تموجات لا تزيد عن 5٪. مع مستوى أعلى من التموج ، ستنخفض كفاءة الوحدة ، وفقًا لبعض التقارير ، بنسبة 30-40٪.
- لا يجوز استخدام أجهزة التحكم في الترحيل للتحكم في عنصر بلتيير.سيؤدي ذلك إلى تدهور سريع للوحدة. يؤدي كل تشغيل - إيقاف تشغيل إلى تدهور المزدوجات الحرارية لأشباه الموصلات. بسبب التغيرات المفاجئة في درجة الحرارة بين ألواح الوحدة ، تنشأ الضغوط الميكانيكية في أماكن اللحام بأشباه الموصلات. يقوم مصنعو عناصر بلتيير بتوحيد عدد دورات بدء التشغيل للوحدة النمطية. بالنسبة للوحدات المنزلية ، يكون هذا حوالي 5000 دورة. ستعمل وحدة التحكم في الترحيل على تعطيل وحدة بلتيير في غضون شهر إلى شهرين.
- بالإضافة إلى ذلك ، يتميز عنصر بلتيير بموصلية حرارية عالية بين الأسطح. عند إيقاف التشغيل ، سيتم نقل الحرارة من خافض حرارة الجانب الساخن عبر الوحدة إلى الجانب البارد.
- غير مقبول، للتحكم في الطاقة على عنصر بلتيير ، استخدام تعديل PWM.
- كيف يجب تغذية عنصر بلتيير بمصدر تيار أو جهد؟ عادة ما يتم استخدام مصدر الجهد. إنه أسهل في التنفيذ. لكن خاصية الجهد الحالي لوحدة بلتيير غير خطية ومنحدرة. أولئك. مع تغير طفيف في الجهد يتغير التيار بشكل ملحوظ. بالإضافة إلى ذلك ، تتغير الخصائص مع تغير درجة حرارة أسطح الوحدة. نحن بحاجة إلى تثبيت القوة، بمعنى آخر. ناتج التيار من خلال الوحدة والجهد عبرها. ترتبط قدرة التبريد لعنصر بلتيير ارتباطًا مباشرًا بالطاقة الكهربائية. بالطبع ، هذا يتطلب منظمًا معقدًا إلى حد ما.
- يعتمد جهد الوحدة على عدد المزدوجات الحرارية الموجودة فيه. غالبًا ما تكون هذه 127 مزدوجًا حراريًا ، والتي تتوافق مع جهد كهربائي قدره 16 مطورًا للعنصر نوصي بتزويد ما يصل إلى 12 فولت، أو 75٪ Umax. يضمن هذا الجهد الكفاءة المثلى للوحدات.
- الوحدات محكمة الإغلاق ويمكن استخدامها حتى في الماء.
- يتم تمييز قطبية الوحدة بألوان الأسلاك - الأسود والأحمر. كقاعدة عامة ، يقع السلك الأحمر (الموجب) على اليمين ، بالنسبة للجانب البارد.
تم تصميمه من قبلي لثلاجة تلبي كل هذه المتطلبات. هو:
- يولد قوة لعنصر بلتيير مع تموجات لا تزيد عن 2٪.
- يستقر الطاقة الكهربائية في الوحدة ، أي ناتج التيار والجهد.
- يوفر التنشيط السلس للوحدة.
- يعتمد التحكم في درجة الحرارة على مبدأ التحكم التناظري ، أي تغيير القوة السلس على عنصر بلتيير.
- تم تصميم وحدة التحكم للثلاجة ، لذلك تأخذ حسابات وحدات التحكم في الاعتبار القصور الذاتي في تبريد الهواء في الغرفة.
- يوفر وحدة التحكم في درجة حرارة الجانب الساخن والتحكم في المروحة.
- لديها كفاءة عالية ووظائف واسعة.
وحدة بلتيير الحرارية TEC1-12706.
هذا هو النوع الأكثر شيوعًا لعنصر بلتيير. تستخدم في العديد من الأجهزة المنزلية. ليست باهظة الثمن ، مع معايير جيدة. خيار جيد لتصنيع الثلاجات منخفضة الطاقة ومبردات المياه وما إلى ذلك.
يتم ترجمة خصائص الوحدة النمطية TEC1-12706 إلى اللغة الروسية من وثائق الشركة المصنعة - HB Corporation.
المعلمات الفنية TEC1-12706.
الخصائص الرسومية.
