Elemento Peltier TEC1-12706. Caratteristiche, applicazione, condizioni operative

L'elemento Peltier è un convertitore termoelettrico che crea una differenza di temperatura sulle sue superfici quando scorre una corrente elettrica. Il principio di funzionamento si basa sull'effetto Peltier: il verificarsi di una differenza di temperatura nel punto di contatto dei conduttori sotto l'influenza di una corrente elettrica.

Il dispositivo e il principio di funzionamento dell'elemento Peltier.

Penso che solo gli esperti di fisica possano capire come funziona effettivamente l'elemento Peltier. Per i professionisti, la cosa principale è che esiste un'unità minima del modulo: una termocoppia, che è costituita da due conduttori collegati di tipo p e n.

Quando la corrente viene fatta passare attraverso la termocoppia, il calore viene assorbito al contatto n-p e il calore viene rilasciato al contatto p-n. Di conseguenza, la sezione del semiconduttore adiacente alla giunzione n-p verrà raffreddata e la sezione opposta verrà riscaldata. Se si cambia la polarità della corrente, in un turno, la sezione n-p si scalderà e quella opposta si raffredderà.

C'è anche un effetto opposto. Quando un lato della termocoppia viene riscaldato, viene generata una corrente elettrica.

Per applicazioni pratiche, l'energia di assorbimento del calore di una termocoppia non è sufficiente. Un modulo termoelettrico utilizza molte termocoppie. Sono collegati elettricamente in serie. E in modo costruttivo, in modo che le transizioni di raffreddamento e riscaldamento si trovino su lati diversi del modulo.

Le termocoppie sono installate tra due piastre in ceramica. Sono collegati da sbarre di rame. Il numero di termocoppie può arrivare a diverse centinaia. La potenza del modulo dipende dal loro numero.

La differenza di temperatura tra il lato caldo e quello freddo del modulo Peltier può arrivare fino a 70 °C.

È necessario comprendere che il modulo termoelettrico Peltier riduce la temperatura di un lato rispetto all'altro. Quelli. Affinché il lato freddo abbia una bassa temperatura, è necessario rimuovere il calore dalla superficie calda, riducendone la temperatura.

Per aumentare la differenza di temperatura è possibile un collegamento in serie (a cascata) dei moduli.

Applicazione.

I moduli termoelettrici Peltier sono utilizzati:

nei piccoli frigoriferi domestici e automobilistici;
nei refrigeratori d'acqua;
nei sistemi di raffreddamento di dispositivi elettronici;
nei generatori termoelettrici.

Io, utilizzando l'elemento Peltier, ho realizzato .

Vantaggi e svantaggi dei moduli Peltier.

È in qualche modo sbagliato confrontare gli elementi Peltier con le unità di raffreddamento a compressore. Dispositivi completamente diversi: un grande sistema meccanico con un compressore, gas, liquido e un piccolo componente semiconduttore. E non c'è più niente con cui confrontarsi. Pertanto, i vantaggi e gli svantaggi dei moduli Peltier sono un concetto molto arbitrario. Ci sono aree in cui non sono intercambiabili e in altri casi il loro utilizzo è del tutto impraticabile.

I vantaggi degli elementi Peltier includono:

assenza di parti meccaniche in movimento, gas, liquidi;
funzionamento silenzioso;
piccole dimensioni;
la capacità di fornire sia raffreddamento che riscaldamento;
Possibilità di regolare controllo della potenza frigorifera.

Screpolatura:

bassa efficienza;
la necessità di una fonte di energia;
numero limitato di start-stop;
alto costo di moduli potenti.

Parametri degli elementi di Peltier.

Qmax(W) - capacità frigorifera, con la massima corrente ammissibile e la differenza di temperatura tra il lato caldo e quello freddo pari a 0. Si ritiene che tutta l'energia termica che entra nella superficie fredda venga istantaneamente, senza perdite, trasferita a quella calda.
Delta Tmax(gradi) - la massima differenza di temperatura tra le superfici del modulo in condizioni ideali: la temperatura del lato caldo è di 27 °C e del lato freddo a scambio termico nullo.
Imax(A) - delta della differenza di temperatura erogata dalla corrente Tmax.
Umax(V) - tensione, alla corrente Imax e delta Tmax della differenza di temperatura.
Resistenza(Ohm) – resistenza del modulo alla corrente continua.
POLIZIOTTO(Сoefficient Of Performance) - coefficiente, il rapporto tra la potenza di raffreddamento e la potenza elettrica consumata dal modulo. Quelli. efficienza simile. Di solito 0,3-0,5.

Requisiti operativi per elementi Peltier.

I moduli Peltier sono dispositivi capricciosi. Il loro utilizzo è associato a una serie di requisiti il cui mancato rispetto porta al degrado del modulo o al guasto, riducendo l'efficienza del sistema.

I moduli generano una notevole quantità di calore. Per la dissipazione del calore è necessario installare un dissipatore di calore appropriato. Altrimenti:
- Non è possibile raggiungere la temperatura desiderata del lato freddo, perché l'elemento Peltier abbassa la temperatura della superficie relativamente calda.
- Il riscaldamento consentito del lato caldo è generalmente di + 80 °C (fino a 150 °C in quelli ad alta temperatura). Quelli. il modulo potrebbe semplicemente fallire.
- Ad alte temperature i cristalli del modulo si degradano; l'efficienza e la durata del modulo sono ridotte.
importante contatto termico affidabile del modulo con un radiatore di raffreddamento.
L'alimentazione per il modulo deve fornire corrente con ondulazioni non superiori al 5%. Con un livello di ondulazione più elevato, l'efficienza del modulo diminuirà, secondo alcuni rapporti, del 30-40%.
Non è consentito utilizzare controller relè per controllare l'elemento Peltier. Ciò comporterà un rapido degrado del modulo. Ogni accensione - spegnimento provoca il degrado delle termocoppie a semiconduttore. A causa di improvvisi sbalzi di temperatura tra le piastre del modulo, si verificano sollecitazioni meccaniche nei punti di saldatura con semiconduttori. I produttori di elementi Peltier standardizzano il numero di cicli di avvio e arresto del modulo. Per i moduli domestici, si tratta di circa 5000 cicli. Il controller del relè disabiliterà il modulo Peltier in 1-2 mesi.
Inoltre, l'elemento Peltier ha un'elevata conduttività termica tra le superfici. Quando è spento, il calore dal dissipatore di calore del lato caldo verrà trasferito attraverso il modulo al lato freddo.
Inaccettabile, per il controllo della potenza sull'elemento Peltier, utilizzare la modulazione PWM.
Come deve essere alimentato l'elemento Peltier con una sorgente di corrente o tensione? Di solito viene utilizzata una sorgente di tensione. È più facile da implementare. Ma la caratteristica corrente-tensione del modulo Peltier non è lineare e ripida. Quelli. Con una piccola variazione di tensione, la corrente cambia in modo significativo. Inoltre, la caratteristica cambia al variare della temperatura delle superfici del modulo. Dobbiamo stabilizzare il potere, cioè. il prodotto della corrente attraverso il modulo e la tensione ai suoi capi. La capacità di raffreddamento dell'elemento Peltier è direttamente correlata alla potenza elettrica. Naturalmente, ciò richiede un regolatore abbastanza complesso.
La tensione del modulo dipende dal numero di termocoppie in esso contenute. Molto spesso si tratta di 127 termocoppie, che corrispondono a una tensione di 16 V. Sviluppatori di elementi consiglia di fornire fino a 12 V o 75% Umax. Questa tensione garantisce un'efficienza ottimale dei moduli.
I moduli sono sigillati ermeticamente e possono essere utilizzati anche in acqua.
La polarità del modulo è contrassegnata dai colori dei fili: nero e rosso. Di norma, il filo rosso (positivo) si trova a destra, rispetto al lato freddo.

È stato progettato da me per un frigorifero che soddisfa tutti questi requisiti. Lui:

Genera potenza per l'elemento Peltier con increspature non superiori al 2%.
Stabilizza la potenza elettrica sul modulo, ad es. il prodotto di corrente e tensione.
Fornisce un'attivazione regolare del modulo.
Il controllo della temperatura si basa sul principio del controllo analogico, ad es. cambio di potenza regolare sull'elemento peltier.
Il controller è progettato per un frigorifero, quindi la matematica dei controller tiene conto dell'inerzia del raffreddamento dell'aria nella camera.
Fornisce il controllo della temperatura del lato caldo del modulo e il controllo della ventola.
Ha alta efficienza, ampia funzionalità.

Modulo termoelettrico Peltier TEC1-12706.

Questo è il tipo più comune di elemento Peltier. Utilizzato in molti elettrodomestici. Non costoso, con buoni parametri. Una buona opzione per la produzione di frigoriferi a bassa potenza, refrigeratori d'acqua, ecc.

Le caratteristiche del modulo TEC1-12706 sono tradotte in russo dalla documentazione dell'azienda del produttore - HB Corporation.

Parametri tecnici TEC1-12706.

Caratteristiche grafiche.