Element Peltiera TEC1-12706. Charakterystyka, zastosowanie, warunki pracy
Element Peltiera to konwerter termoelektryczny, który podczas przepływu prądu elektrycznego wytwarza różnicę temperatur na swoich powierzchniach. Zasada działania opiera się na efekcie Peltiera - pojawieniu się różnicy temperatur w miejscu styku przewodników pod wpływem prądu elektrycznego.
Urządzenie i zasada działania elementu Peltiera.
Myślę, że tylko znawcy fizyki mogą zrozumieć, jak faktycznie działa element Peltiera. Dla praktyków najważniejsze jest to, że istnieje minimalna jednostka modułu - termopara, która jest dwoma połączonymi przewodami typu p i n.
Kiedy prąd przepływa przez termoparę, ciepło jest pochłaniane na styku n-p, a ciepło jest uwalniane na styku p-n. W rezultacie sekcja półprzewodnika sąsiadująca ze złączem n-p zostanie schłodzona, a sekcja przeciwległa zostanie nagrzana. Jeśli zmienisz polaryzację prądu, to na zakręcie sekcja n-p nagrzeje się, a przeciwna ostygnie.
Jest też efekt odwrotny. Gdy jedna strona termopary jest podgrzewana, generowany jest prąd elektryczny.
W zastosowaniach praktycznych energia absorpcji ciepła jednej termopary nie wystarcza. Moduł termoelektryczny wykorzystuje wiele termopar. Są one połączone elektrycznie szeregowo. I konstruktywnie - tak, aby przejścia chłodzenia i ogrzewania znajdowały się po różnych stronach modułu.
Termopary są instalowane między dwiema płytami ceramicznymi. Połączone są miedzianymi prętami. Liczba termopar może wynosić nawet kilkaset. Moc modułu zależy od ich ilości.
Różnica temperatur między gorącą i zimną stroną modułu Peltiera może wynosić do 70 °C.
Należy rozumieć, że moduł termoelektryczny Peltiera obniża temperaturę jednej strony względem drugiej. Tych. Aby strona zimna miała niską temperaturę, konieczne jest odprowadzenie ciepła z gorącej powierzchni, obniżając jej temperaturę.
W celu zwiększenia różnicy temperatur możliwe jest szeregowe (kaskadowe) połączenie modułów.
Aplikacja.
Zastosowano moduły termoelektryczne Peltiera:
- w małych lodówkach domowych i samochodowych;
- w chłodnicach wodnych;
- w układach chłodzenia urządzeń elektronicznych;
- w generatorach termoelektrycznych.
Ja, używając elementu Peltiera, wykonałem .
Zalety i wady modułów Peltiera.
Niewłaściwe jest porównywanie elementów Peltiera z kompresorowymi agregatami chłodniczymi. Zupełnie inne urządzenia - duży układ mechaniczny ze sprężarką, gazem, cieczą i małym elementem półprzewodnikowym. I nie ma nic więcej do porównania. Dlatego zalety i wady modułów Peltiera są bardzo arbitralną koncepcją. Są obszary, w których nie są one wymienne, a w innych przypadkach ich użycie jest całkowicie niepraktyczne.
Do zalet elementów Peltiera należą:
- brak części ruchomych mechanicznie, gazów, cieczy;
- cicha praca;
- małe rozmiary;
- możliwość zapewnienia zarówno chłodzenia, jak i ogrzewania;
- Możliwość płynnej regulacji mocy chłodniczej.
Wady:
- słaba efektywność;
- potrzeba źródła zasilania;
- ograniczona liczba start-stopów;
- wysoki koszt potężnych modułów.
Parametry elementów Peltiera.
- Qmax(W) - wydajność chłodzenia, przy maksymalnym dopuszczalnym prądzie i różnicy temperatur między gorącą i zimną stroną równą 0. Uważa się, że cała energia cieplna wchodząca do zimnej powierzchni jest natychmiast, bez strat, przekazywana do gorącej.
- Delta Tmax(deg) - maksymalna różnica temperatur pomiędzy powierzchniami modułu w idealnych warunkach: temperatura strony gorącej wynosi 27°C, a strony zimnej z zerowym przenikaniem ciepła.
- Imax(A) - prąd zapewniający różnicę temperatur delta Tmax.
- Umax(V) - napięcie, przy prądzie Imax i różnicy temperatur delta Tmax.
- Opór(Ohm) – rezystancja modułu na prąd stały.
- POLICJANT(Сoefficient Of Performance) - współczynnik, stosunek mocy chłodniczej do mocy elektrycznej pobieranej przez moduł. Tych. podobna wydajność. Zwykle 0,3-0,5.
Wymagania eksploatacyjne dla elementów Peltiera.
Moduły Peltiera to kapryśne urządzenia. Ich stosowanie wiąże się z szeregiem wymagań, których niespełnienie prowadzi do degradacji modułu lub awarii, zmniejszając wydajność systemu.
- Moduły generują znaczną ilość ciepła. Do rozpraszania ciepła należy zainstalować odpowiedni radiator. W przeciwnym razie:
- Nie jest możliwe osiągnięcie pożądanej temperatury zimnej strony, ponieważ element Peltiera obniża temperaturę stosunkowo gorącej powierzchni.
- Dopuszczalne nagrzewanie strony gorącej wynosi zwykle + 80 °C (do 150 °C w wysokich temperaturach). Tych. moduł może po prostu zawieść.
- W wysokich temperaturach kryształy modułu ulegają degradacji; zmniejsza się wydajność i żywotność modułu.
- Ważny niezawodny kontakt termiczny modułu, z chłodnicą.
- Zasilanie modułu musi zapewniać prąd z tętnieniami nie większymi niż 5%. Przy wyższym poziomie tętnienia wydajność modułu zmniejszy się według niektórych raportów o 30-40%.
- Niedozwolone jest używanie kontrolerów przekaźnikowych do sterowania elementem Peltiera. Doprowadzi to do szybkiej degradacji modułu. Każde włączenie - wyłączenie powoduje degradację termopar półprzewodnikowych. Na skutek nagłych zmian temperatury pomiędzy płytkami modułu w miejscach lutowania półprzewodnikami powstają naprężenia mechaniczne. Producenci elementów Peltiera standaryzują liczbę cykli start-stop modułu. W przypadku modułów domowych jest to około 5000 cykli. Sterownik przekaźnika wyłączy moduł Peltiera za 1-2 miesiące.
- Ponadto element Peltiera ma wysoką przewodność cieplną między powierzchniami. Po wyłączeniu ciepło z radiatora strony gorącej będzie przekazywane przez moduł na stronę zimną.
- Gorszący, do sterowania mocą na elemencie Peltiera, użyj modulacji PWM.
- Jak należy zasilać element Peltiera źródłem prądu lub napięcia? Zwykle używane jest źródło napięcia. Łatwiej ją wdrożyć. Ale charakterystyka prądowo-napięciowa modułu Peltiera jest nieliniowa i stroma. Tych. Przy niewielkiej zmianie napięcia prąd zmienia się znacząco. Ponadto charakterystyka zmienia się wraz ze zmianą temperatury powierzchni modułu. Musimy ustabilizować moc, tj. iloczyn prądu płynącego przez moduł i napięcia na nim. Wydajność chłodnicza elementu Peltiera jest bezpośrednio związana z mocą elektryczną. Oczywiście wymaga to dość złożonego regulatora.
- Napięcie modułu zależy od ilości znajdujących się w nim termopar. Najczęściej jest to 127 termopar, co odpowiada napięciu 16 V. Twórcy elementów zaleca się zasilanie do 12 V lub 75% Umaks. To napięcie zapewnia optymalną wydajność modułów.
- Moduły są hermetycznie zamknięte i mogą być używane nawet w wodzie.
- Biegunowość modułu jest oznaczona kolorami przewodów - czarnym i czerwonym. Z reguły czerwony (dodatni) przewód znajduje się po prawej stronie w stosunku do zimnej strony.
Został zaprojektowany przeze mnie do lodówki, która spełnia wszystkie te wymagania. On:
- Generuje moc dla elementu Peltiera z falami nie większymi niż 2%.
- Stabilizuje moc elektryczną na module, tj. iloczyn prądu i napięcia.
- Zapewnia płynną aktywację modułu.
- Regulacja temperatury opiera się na zasadzie sterowania analogowego, tj. płynna zmiana mocy na elemencie Peltiera.
- Sterownik przeznaczony jest do lodówki, więc matematyka sterowników uwzględnia bezwładność chłodzenia powietrza w komorze.
- Zapewnia kontrolę temperatury po stronie gorącej modułu i sterowanie wentylatorem.
- Posiada wysoką wydajność, szeroką funkcjonalność.
Moduł termoelektryczny Peltiera TEC1-12706.
To najczęstszy typ elementu Peltiera. Stosowany w wielu urządzeniach gospodarstwa domowego. Niedroga, o dobrych parametrach. Dobra opcja do produkcji lodówek małej mocy, chłodnic wodnych itp.
Charakterystyka modułu TEC1-12706 została przetłumaczona na język rosyjski z dokumentacji firmy producenta - HB Corporation.
Parametry techniczne TEC1-12706.
Charakterystyka graficzna.
