Елемент на Пелтие TEC1-12706. Характеристики, приложение, условия на работа

Елементът на Пелтие е термоелектрически преобразувател, който създава температурна разлика на повърхностите си, когато протича електрически ток. Принципът на действие се основава на ефекта на Пелтие - възникването на температурна разлика в точката на контакт на проводниците под въздействието на електрически ток.

Устройството и принципът на действие на елемента на Пелтие.

Мисля, че само експерти по физика могат да разберат как всъщност работи елементът на Пелтие. За практикуващите основното е, че има минимална единица на модула - термодвойка, която е два свързани проводника p и n тип.

Когато токът преминава през термодвойката, топлината се абсорбира при n-p контакта и топлината се освобождава при p-n контакта. В резултат на това участъкът от полупроводника, съседен на n-p прехода, ще се охлади, а противоположният участък ще се нагрее. Ако промените полярността на тока, тогава при завой n-p секцията ще се нагрее, а противоположната ще се охлади.

Има и обратен ефект. Когато едната страна на термодвойката се нагрее, се генерира електрически ток.

За практически приложения енергията на поглъщане на топлина от една термодвойка не е достатъчна. Термоелектрическият модул използва много термодвойки. Те са електрически свързани последователно. И конструктивно - така че преходите за охлаждане и отопление да са разположени от различни страни на модула.

Термодвойките са монтирани между две керамични плочи. Те са свързани с медни пръти. Броят на термодвойките може да достигне няколкостотин. Мощността на модула зависи от броя им.

Температурната разлика между горещата и студената страна на модула Пелтие може да бъде до 70 °C.

Трябва да се разбере, че термоелектрическият модул на Пелтие намалява температурата на едната страна спрямо другата. Тези. За да може студената страна да има ниска температура, е необходимо да се отстрани топлината от горещата повърхност, като се намали нейната температура.

За увеличаване на температурната разлика е възможно последователно (каскадно) свързване на модули.

Приложение.

Използват се термоелектрически модули Пелтие:

в малки битови и автомобилни хладилници;
във водни охладители;
в охладителни системи на електронни устройства;
в термоелектрически генератори.

Аз, използвайки елемента на Пелтие, направих .

Предимства и недостатъци на модулите на Пелтие.

Някак си е погрешно да се сравняват елементите на Пелтие с компресорни охлаждащи агрегати. Напълно различни устройства - голяма механична система с компресор, газ, течност и малък полупроводников компонент. И няма с какво повече да се сравнява. Следователно предимствата и недостатъците на модулите на Пелтие са много произволна концепция. Има области, в които те не са взаимозаменяеми, а в други случаи използването им е напълно непрактично.

Предимствата на елементите на Пелтие включват:

липса на механично движещи се части, газове, течности;
безшумна работа;
малки размери;
възможност за осигуряване както на охлаждане, така и на отопление;
Възможност за плавен контрол на мощността на охлаждане.

недостатъци:

ниска ефективност;
необходимостта от източник на енергия;
ограничен брой старт-спирки;
висока цена на мощни модули.

Параметри на елементите на Пелтие.

Qmax(W) - капацитет на охлаждане, с максимално допустим ток и температурна разлика между горещата и студената страна, равна на 0. Смята се, че цялата топлинна енергия, влизаща в студената повърхност, незабавно, без загуба, се прехвърля към горещата.
Делта Tmax(deg) - максималната температурна разлика между повърхностите на модула при идеални условия: температурата на горещата страна е 27 °C, а на студената страна с нулев топлопренос.
Imax(A) - ток, осигуряващ температурна разлика делта Tmax.
Umax(V) - напрежение, при ток Imax и температурна разлика делта Tmax.
Съпротива(Ohm) – съпротивление на модула на постоянен ток.
COP(Сoefficient Of Performance) - коефициент, съотношението на охлаждащата мощност към консумираната от модула електрическа мощност. Тези. подобна ефективност. Обикновено 0,3-0,5.

Експлоатационни изисквания към елементите на Пелтие.

Модулите на Пелтие са капризни устройства. Използването им е свързано с редица изисквания, неизпълнението на които води до деградация на модула или повреда, намаляваща ефективността на системата.

Модулите генерират значително количество топлина. За разсейване на топлината трябва да се монтира подходящ радиатор. В противен случай:
- Не е възможно да се достигне желаната температура на студената страна, т.к елементът на Пелтие понижава температурата на относително горещата повърхност.
- Допустимото нагряване на горещата страна обикновено е + 80 °C (до 150 °C при високотемпературни). Тези. модулът може просто да се провали.
- При високи температури кристалите на модула се разграждат; намалява ефективността и експлоатационния живот на модула.
важно надежден термичен контакт на модулас охлаждащ радиатор.
Захранването на модула трябва да осигури ток с вълни не повече от 5%. При по-високо ниво на пулсация, ефективността на модула ще намалее, според някои доклади, с 30-40%.
Не е разрешено използването на релейни контролери за управление на елемента на Пелтие.Това ще доведе до бърза деградация на модула. Всяко включване - изключване причинява разграждане на полупроводниковите термодвойки. Поради резки промени в температурата между плочите на модула възникват механични напрежения в местата на запояване с полупроводници. Производителите на елементи на Пелтие стандартизират броя на старт-стоп циклите на модула. За битови модули това е около 5000 цикъла. Релейният контролер ще деактивира модула на Пелтие след 1-2 месеца.
Освен това елементът на Пелтие има висока топлопроводимост между повърхностите. Когато е изключен, топлината от радиатора с гореща страна ще бъде прехвърлена през модула към студената страна.
неприемливо, за контрол на мощността на елемента на Пелтие, използвайте PWM модулация.
Как трябва да се захранва елементът на Пелтие с източник на ток или напрежение? Обикновено се използва източник на напрежение. По-лесно е за изпълнение. Но характеристиката ток-напрежение на модула на Пелтие е нелинейна и стръмна. Тези. При малка промяна в напрежението токът се променя значително. В допълнение, характеристиката се променя при промяна на температурата на повърхностите на модула. Трябва да стабилизираме захранването, т.е. произведението на тока през модула и напрежението върху него. Охлаждащият капацитет на елемента на Пелтие е пряко свързан с електрическата мощност. Разбира се, това изисква доста сложен контролер.
Напрежението на модула зависи от броя на термодвойките в него. Най-често това са 127 термодвойки, което съответства на напрежение от 16 V. Разработчици на елементи препоръчва се захранване до 12 V, или 75% Umax. Това напрежение осигурява оптимална ефективност на модулите.
Модулите са херметически затворени и могат да се използват дори във вода.
Полярността на модула е обозначена с цветове на проводника - черен и червен. По правило червеният (положителен) проводник се намира отдясно, спрямо студената страна.

Той е проектиран от мен за хладилник, който отговаря на всички тези изисквания. Той:

Генерира мощност за елемента на Пелтие с пулсации не повече от 2%.
Стабилизира електрическото захранване на модула, т.е. произведение на ток и напрежение.
Осигурява плавно задействане на модула.
Контролът на температурата се основава на принципа на аналоговия контрол, т.е. плавна промяна на мощността на елемента на Пелтие.
Контролерът е предназначен за хладилник, така че математиката на контролерите отчита инерцията на охлаждане на въздуха в камерата.
Осигурява контрол на температурата на горещата страна на модула и контрол на вентилатора.
Има висока ефективност, широка функционалност.

Термоелектрически модул Пелтие TEC1-12706.

Това е най-често срещаният тип елемент на Пелтие. Използва се в много домакински уреди. Не е скъп, с добри параметри. Добър вариант за производство на маломощни хладилници, охладители за вода и др.

Характеристиките на модула TEC1-12706 са преведени на руски език от документацията на компанията производител - HB Corporation.

Технически параметри TEC1-12706.

Графични характеристики.