Element Peltier TEC1-12706. Caracteristici, aplicare, condiții de funcționare

Elementul Peltier este un convertor termoelectric care creează o diferență de temperatură pe suprafețele sale atunci când curge un curent electric. Principiul de funcționare se bazează pe efectul Peltier - apariția unei diferențe de temperatură la punctul de contact al conductorilor sub influența unui curent electric.

Dispozitivul și principiul de funcționare al elementului Peltier.

Cred că doar experții în fizică pot înțelege cum funcționează de fapt elementul Peltier. Pentru practicieni, principalul lucru este că există o unitate minimă a modulului - un termocuplu, care este doi conductori conectați de tip p și n.

Când curentul trece prin termocuplu, căldura este absorbită la contactul n-p și căldura este eliberată la contactul p-n. Ca rezultat, secțiunea semiconductorului adiacent joncțiunii n-p va fi răcită, iar secțiunea opusă va fi încălzită. Dacă schimbați polaritatea curentului, atunci la o viraj, secțiunea n-p se va încălzi, iar cea opusă se va răci.

Există și un efect opus. Când o parte a termocuplului este încălzită, se generează un curent electric.

Pentru aplicații practice, energia de absorbție a căldurii a unui termocuplu nu este suficientă. Un modul termoelectric utilizează multe termocupluri. Sunt conectate electric în serie. Și constructiv - astfel încât tranzițiile de răcire și încălzire să fie situate pe diferite părți ale modulului.

Termocuplurile sunt instalate între două plăci ceramice. Sunt conectate prin bare de cupru. Numărul de termocupluri poate fi de până la câteva sute. Puterea modulului depinde de numărul lor.

Diferența de temperatură dintre partea caldă și cea rece a modulului Peltier poate fi de până la 70 °C.

Trebuie înțeles că modulul termoelectric Peltier reduce temperatura unei părți față de cealaltă. Acestea. Pentru ca partea rece să aibă o temperatură scăzută, este necesar să îndepărtați căldura de pe suprafața fierbinte, reducându-i temperatura.

Pentru a crește diferența de temperatură, este posibilă o conectare în serie (în cascadă) a modulelor.

Aplicație.

Se folosesc module termoelectrice Peltier:

în frigidere mici de uz casnic și auto;
în răcitoare de apă;
în sistemele de răcire a dispozitivelor electronice;
în generatoarele termoelectrice.

Eu, folosind elementul Peltier, am făcut .

Avantajele și dezavantajele modulelor Peltier.

Este cumva greșit să compari elementele Peltier cu unitățile de răcire ale compresorului. Dispozitive complet diferite - un sistem mecanic mare cu un compresor, gaz, lichid și o componentă semiconductoare mică. Și nu mai există nimic cu care să se compare. Prin urmare, avantajele și dezavantajele modulelor Peltier sunt un concept foarte arbitrar. Există zone în care nu sunt interschimbabile, iar în alte cazuri utilizarea lor este complet impracticabilă.

Avantajele elementelor Peltier includ:

absența pieselor în mișcare mecanic, gaze, lichide;
funcționare silențioasă;
dimensiuni mici;
capacitatea de a furniza atât răcire, cât și încălzire;
Posibilitatea controlului lin al puterii de răcire.

Defecte:

eficiență scăzută;
necesitatea unei surse de alimentare;
număr limitat de porniri-opriri;
costul ridicat al modulelor puternice.

Parametrii elementelor Peltier.

Qmax(W) - capacitate de răcire, cu curentul maxim admisibil și diferența de temperatură dintre laturile calde și cele reci egală cu 0. Se crede că toată energia termică care intră pe suprafața rece este transferată instantaneu, fără pierderi, către cea fierbinte.
Delta Tmax(deg) - diferența maximă de temperatură între suprafețele modulului în condiții ideale: temperatura părții fierbinți este de 27 °C și a părții rece cu transfer de căldură zero.
Imax(A) - curent care furnizează diferența de temperatură delta Tmax.
Umax(V) - tensiune, la curent Imax și diferență de temperatură delta Tmax.
Rezistenţă(Ohm) – rezistența modulului la curent continuu.
POLIŢIST(Сoeficient Of Performance) - coeficient, raportul dintre puterea de răcire și puterea electrică consumată de modul. Acestea. eficiență similară. De obicei 0,3-0,5.

Cerințe operaționale pentru elementele Peltier.

Modulele Peltier sunt dispozitive capricioase. Utilizarea lor este asociată cu o serie de cerințe, a căror neîndeplinire duce la degradarea modulului sau la defecțiune, reducând eficiența sistemului.

Modulele generează o cantitate semnificativă de căldură. Pentru disiparea căldurii trebuie instalat un radiator adecvat. In caz contrar:
- Nu se poate ajunge la temperatura dorită a părții reci, deoarece elementul Peltier scade temperatura suprafeței relativ fierbinți.
- Încălzirea permisă a părții fierbinți este de obicei + 80 °C (până la 150 °C în cele cu temperatură ridicată). Acestea. modulul poate eșua pur și simplu.
- La temperaturi ridicate, cristalele modulului se degradează; eficiența și durata de viață a modulului sunt reduse.
important contact termic fiabil al modulului cu un radiator de racire.
Sursa de alimentare pentru modul trebuie să asigure curent cu ondulații nu mai mult de 5%. Cu un nivel mai mare de ondulație, eficiența modulului va scădea, potrivit unor rapoarte, cu 30-40%.
Nu este permisă utilizarea controlerelor cu relee pentru a controla elementul Peltier. Acest lucru va duce la degradarea rapidă a modulului. Fiecare pornire - oprire provoacă degradarea termocuplurilor semiconductoare. Din cauza schimbărilor bruște de temperatură între plăcile modulului, în locurile de lipire cu semiconductori apar tensiuni mecanice. Producătorii de elemente Peltier standardizează numărul de cicluri de pornire-oprire ale modulului. Pentru modulele de uz casnic, aceasta este de aproximativ 5000 de cicluri. Controlerul releului va dezactiva modulul Peltier în 1-2 luni.
În plus, elementul Peltier are o conductivitate termică ridicată între suprafețe. Când este oprit, căldura de la radiatorul din partea fierbinte va fi transferată prin modul în partea rece.
Inacceptabil, pentru controlul puterii pe elementul Peltier, utilizați modulația PWM.
Cum ar trebui să fie alimentat elementul Peltier cu o sursă de curent sau tensiune? De obicei se folosește o sursă de tensiune. Este mai ușor de implementat. Dar caracteristica curent-tensiune a modulului Peltier este neliniară și abruptă. Acestea. Cu o mică modificare a tensiunii, curentul se modifică semnificativ. În plus, caracteristica se modifică pe măsură ce temperatura suprafețelor modulului se modifică. Trebuie să stabilizăm puterea, adică produsul dintre curentul prin modul și tensiunea pe acesta. Capacitatea de răcire a elementului Peltier este direct legată de puterea electrică. Desigur, acest lucru necesită un controler destul de complex.
Tensiunea modulului depinde de numărul de termocupluri din acesta. Cel mai adesea, acestea sunt 127 de termocupluri, ceea ce corespunde unei tensiuni de 16 V. Dezvoltatorii de elemente Recomand să alimentați până la 12 V, sau 75% Umax. Această tensiune asigură eficiența optimă a modulelor.
Modulele sunt sigilate ermetic si pot fi folosite chiar si in apa.
Polaritatea modulului este marcată cu culorile firului - negru și roșu. De regulă, firul roșu (pozitiv) este situat în partea dreaptă, în raport cu partea rece.

A fost conceput de mine pentru un frigider care satisface toate aceste cerințe. El:

Generează putere pentru elementul Peltier cu ondulații de cel mult 2%.
Stabilizează puterea electrică de pe modul, de ex. produsul dintre curent și tensiune.
Oferă activarea lină a modulului.
Controlul temperaturii se bazează pe principiul controlului analogic, adică. schimbare lină a puterii pe elementul peltier.
Controlerul este proiectat pentru un frigider, astfel încât matematica controlerelor ține cont de inerția de răcire a aerului din cameră.
Oferă modulul de control al temperaturii pe partea fierbinte și controlul ventilatorului.
Are eficiență ridicată, funcționalitate largă.

Modul termoelectric Peltier TEC1-12706.

Acesta este cel mai comun tip de element Peltier. Folosit în multe aparate electrocasnice. Nu este scump, cu parametri buni. O opțiune bună pentru fabricarea de frigidere cu putere redusă, răcitoare de apă etc.

Caracteristicile modulului TEC1-12706 sunt traduse în rusă din documentația companiei producătorului - HB Corporation.

Parametri tehnici TEC1-12706.

Caracteristici grafice.