Élément Peltier TEC1-12706. Caractéristiques, application, conditions de fonctionnement

L'élément Peltier est un convertisseur thermoélectrique qui crée une différence de température sur ses surfaces lorsqu'un courant électrique circule. Le principe de fonctionnement est basé sur l'effet Peltier - l'apparition d'une différence de température au point de contact des conducteurs sous l'influence d'un courant électrique.

Le dispositif et le principe de fonctionnement de l'élément Peltier.

Je pense que seuls les experts en physique peuvent comprendre comment fonctionne réellement l'élément Peltier. Pour les praticiens, l'essentiel est qu'il existe une unité minimale du module - un thermocouple, qui est constitué de deux conducteurs connectés de type p et n.

Lorsque le courant passe à travers le thermocouple, la chaleur est absorbée au contact n-p et la chaleur est libérée au contact p-n. En conséquence, la section du semi-conducteur adjacente à la jonction n-p sera refroidie et la section opposée sera chauffée. Si vous changez la polarité du courant, alors lors d'un tour, la section n-p se réchauffera et la section opposée se refroidira.

Il y a aussi un effet inverse. Lorsqu'un côté du thermocouple est chauffé, un courant électrique est généré.

Pour des applications pratiques, l'énergie d'absorption de chaleur d'un thermocouple n'est pas suffisante. Un module thermoélectrique utilise de nombreux thermocouples. Ils sont connectés électriquement en série. Et de manière constructive - de sorte que les transitions de refroidissement et de chauffage soient situées de différents côtés du module.

Les thermocouples sont installés entre deux plaques en céramique. Ils sont reliés par des barres de cuivre. Le nombre de thermocouples peut aller jusqu'à plusieurs centaines. La puissance du module dépend de leur nombre.

La différence de température entre le côté chaud et le côté froid du module Peltier peut atteindre 70 °C.

Il faut comprendre que le module thermoélectrique Peltier réduit la température d'un côté par rapport à l'autre. Ceux. Pour que le côté froid ait une température basse, il est nécessaire d'évacuer la chaleur de la surface chaude en réduisant sa température.

Pour augmenter la différence de température, une connexion en série (cascade) des modules est possible.

Application.

Les modules thermoélectriques Peltier sont utilisés :

dans les petits réfrigérateurs domestiques et automobiles ;
dans les refroidisseurs d'eau ;
dans les systèmes de refroidissement des appareils électroniques ;
dans les générateurs thermoélectriques.

J'ai, en utilisant l'élément Peltier, fait .

Avantages et inconvénients des modules Peltier.

Il est en quelque sorte erroné de comparer des éléments Peltier avec des unités de refroidissement à compresseur. Des appareils complètement différents - un grand système mécanique avec un compresseur, du gaz, du liquide et un petit composant semi-conducteur. Et il n'y a rien de plus à comparer. Par conséquent, les avantages et les inconvénients des modules Peltier sont un concept très arbitraire. Il y a des domaines dans lesquels ils ne sont pas interchangeables, et dans d'autres cas, leur utilisation est totalement impraticable.

Les avantages des éléments Peltier incluent :

absence de pièces mécaniques en mouvement, de gaz, de liquides ;
fonctionnement silencieux ;
petites tailles;
la capacité de fournir à la fois du refroidissement et du chauffage ;
Possibilité de contrôle en douceur de la puissance de refroidissement.

Défauts:

faible efficacité;
le besoin d'une source d'alimentation;
nombre limité de start-stops;
coût élevé des modules puissants.

Paramètres des éléments Peltier.

Qmax(W) - capacité de refroidissement, avec le courant maximal autorisé et la différence de température entre les côtés chaud et froid égale à 0. On pense que toute l'énergie thermique entrant dans la surface froide est instantanément, sans perte, transférée à la surface chaude.
Delta Tmax(deg) - la différence de température maximale entre les surfaces du module dans des conditions idéales : la température du côté chaud est de 27 °C et le côté froid avec un transfert de chaleur nul.
Imax(A) - courant fournissant la différence de température delta Tmax.
Umax(V) - tension, au courant Imax et différence de température delta Tmax.
La résistance(Ohm) – résistance du module au courant continu.
FLIC(Сoefficient Of Performance) - coefficient, le rapport entre la puissance de refroidissement et la puissance électrique consommée par le module. Ceux. efficacité similaire. Habituellement 0,3-0,5.

Exigences opérationnelles pour les éléments Peltier.

Les modules Peltier sont des dispositifs capricieux. Leur utilisation est associée à un certain nombre d'exigences, dont le non-respect entraîne une dégradation du module ou une panne, réduisant l'efficacité du système.

Les modules génèrent une quantité importante de chaleur. Pour la dissipation thermique un radiateur approprié doit être installé. Autrement:
- Il n'est pas possible d'atteindre la température souhaitée du côté froid, car l'élément Peltier abaisse la température de la surface relativement chaude.
- Le chauffage admissible du côté chaud est généralement de + 80 °C (jusqu'à 150 °C pour les hautes températures). Ceux. le module peut simplement échouer.
- A haute température, les cristaux du module se dégradent ; l'efficacité et la durée de vie du module sont réduites.
important contact thermique fiable du module avec un radiateur de refroidissement.
L'alimentation du module doit fournir courant avec des ondulations ne dépassant pas 5 %. Avec un niveau d'ondulation plus élevé, l'efficacité du module diminuera, selon certains rapports, de 30 à 40 %.
Il n'est pas permis d'utiliser des contrôleurs de relais pour contrôler l'élément Peltier. Cela entraînera une dégradation rapide du module. Chaque allumage - extinction provoque une dégradation des thermocouples semi-conducteurs. En raison des changements brusques de température entre les plaques du module, des contraintes mécaniques apparaissent aux endroits de la soudure avec des semi-conducteurs. Les fabricants d'éléments Peltier standardisent le nombre de cycles marche-arrêt du module. Pour les modules domestiques, cela représente environ 5000 cycles. Le contrôleur de relais désactivera le module Peltier dans 1 à 2 mois.
De plus, l'élément Peltier a une conductivité thermique élevée entre les surfaces. Lorsqu'il est éteint, la chaleur du dissipateur thermique côté chaud sera transférée à travers le module vers le côté froid.
Inacceptable, pour le contrôle de puissance sur l'élément Peltier, utiliser la modulation PWM.
Comment l'élément Peltier doit-il être alimenté avec une source de courant ou de tension ? Habituellement, une source de tension est utilisée. C'est plus simple à mettre en oeuvre. Mais la caractéristique courant-tension du module Peltier est non linéaire et raide. Ceux. Avec un petit changement de tension, le courant change de manière significative. De plus, la caractéristique change lorsque la température des surfaces du module change. Nous devons stabiliser le pouvoir, c'est à dire. le produit du courant traversant le module et de la tension à ses bornes. La capacité de refroidissement de l'élément Peltier est directement liée à la puissance électrique. Bien sûr, cela nécessite un contrôleur assez complexe.
La tension du module dépend du nombre de thermocouples qu'il contient. Le plus souvent, il s'agit de 127 thermocouples, ce qui correspond à une tension de 16 V. Développeurs d'éléments recommande de fournir jusqu'à 12 V, soit 75 % Umax. Cette tension assure un rendement optimal des modules.
Les modules sont hermétiquement scellés et peuvent être utilisés même dans l'eau.
La polarité du module est marquée par des couleurs de fil - noir et rouge. En règle générale, le fil rouge (positif) est situé à droite, par rapport au côté froid.

Il a été conçu par moi pour un réfrigérateur qui satisfait à toutes ces exigences. Il:

Génère de l'énergie pour l'élément Peltier avec des ondulations ne dépassant pas 2 %.
Stabilise la puissance électrique sur le module, c'est-à-dire le produit du courant et de la tension.
Fournit une activation en douceur du module.
Le contrôle de la température est basé sur le principe du contrôle analogique, c'est-à-dire changement de puissance en douceur sur l'élément Peltier.
Le contrôleur est conçu pour un réfrigérateur, de sorte que les mathématiques des contrôleurs tiennent compte de l'inertie du refroidissement de l'air dans la chambre.
Fournit le contrôle de la température du côté chaud du module et le contrôle du ventilateur.
A une efficacité élevée, une fonctionnalité étendue.

Module thermoélectrique Peltier TEC1-12706.

C'est le type d'élément Peltier le plus courant. Utilisé dans de nombreux appareils électroménagers. Pas cher, avec de bons paramètres. Une bonne option pour la fabrication de réfrigérateurs à faible consommation d'énergie, de refroidisseurs d'eau, etc.

Les caractéristiques du module TEC1-12706 sont traduites en russe à partir de la documentation de la société du fabricant - HB Corporation.

Paramètres techniques TEC1-12706.

Caractéristiques graphiques.