Элемент Пельтье TEC1-12706. Характеристики, применение, условия эксплуатации
Элемент Пельтье это термоэлектрический преобразователь, который создает разность температур на своих поверхностях при протекании электрического тока. Принцип действия основан на эффекте Пельтье – возникновении разности температур в месте контакта проводников под действием электрического тока.
Устройство и принцип действия элемента Пельтье.
Думаю, что только знатоки физики могут понять, как на самом деле работает элемент Пельтье. Для практиков главное, что существует минимальная единица модуля – термопара, представляющая из себя два соединенных проводника p и n типа.
При пропускании через термопару тока, происходит поглощение тепла на контакте n-p и выделение тепла на p-n контакте. В результате, участок полупроводника, примыкающий к n-p переходу, будет охлаждаться, а противоположный участок – нагреваться. Если поменять полярность тока, то на оборот, n-p участок будет нагреваться, а противоположный – охлаждаться.
Существует и обратный эффект. При нагревании одной из сторон термопары, вырабатывается электрический ток.
Для практического применения энергии поглощения тепла одной термопары недостаточно. В термоэлектрическом модуле используется много термопар. Электрически их соединяют последовательно. А конструктивно – так, что охлаждающие и нагревающие переходы расположены на разных сторонах модуля.
Термопары установлены между двух керамических пластин. Соединяются они медными шинами. Количество термопар может доходить до нескольких сотен. От их количества зависит мощность модуля.
Разность температур между горячей и холодной стороной модуля Пельтье может достигать 70 °C.
Надо понимать, что термоэлектрический модуль Пельтье снижает температуру одной стороны, относительно другой. Т.е. чтобы холодная сторона имела низкую температуру, необходимо отводить тепло от горячей поверхности, снижая ее температуру.
Для увеличения перепада температур, возможно последовательное (каскадное) соединение модулей.
Применение.
Термоэлектрические модули Пельтье применяются:
- в небольших бытовых и автомобильных холодильниках;
- в охладителях воды;
- в системах охлаждения электронных приборов;
- в термоэлектрических генераторах.
Я, используя элемент Пельтье, сделал холодильник для вина.
Достоинства и недостатки модулей Пельтье.
Как-то неправильно сравнивать элементы Пельтье с компрессорными охлаждающими установками. Совсем разные устройства – большая механическая система с компрессором, газом, жидкостью и маленький полупроводниковый компонент. А больше сравнивать не с чем. Поэтому достоинства и недостатки модулей Пельтье весьма условное понятие. Есть области, в которых они не заменимы, а в других случаях их применение совершенно нецелесообразно.
К достоинству элементов Пельтье можно отнести:
- отсутствие механически движущихся частей, газов, жидкостей;
- бесшумная работа;
- небольшие размеры;
- возможность обеспечивать как охлаждение, так и нагревание;
- возможность плавного регулирования мощности охлаждения.
- низкий кпд;
- необходимость в источнике питания;
- ограниченное число старт-стопов ;
- высокая стоимость мощных модулей.
Параметры элементов Пельтье.
- Qmax (Вт) – холодопроизводительность, при максимально-допустимом токе и разности температур между горячей и холодной сторонами равной 0. Считается, что вся тепловая энергия поступающая на холодную поверхность, мгновенно, без потерь передается на горячую.
- Delta Tmax (град) - максимальная разность температур между поверхностями модуля при идеальных условиях: температура горячей стороны – 27 °C и холодная сторона с нулевой отдачей тепла.
- Imax (А) – ток, обеспечивающий перепад температур delta Tmax.
- Umax (В) – напряжение, при токе Imax и разности температур delta Tmax.
- Resistance (Ом) – сопротивление модуля постоянному току.
- COP (Сoefficient Of Рerformance) – коэффициент, отношение мощности охлаждения к электрической мощности, потребляемой модулем. Т.е. подобие кпд. Обычно 0.3-0.5.
Эксплуатационные требования к элементам Пельтье.
Модули Пельтье – капризные устройства. Их применение сопряжено с рядом требований, не выполнение которых приводит: к деградации модуля или выходу из строя, снижению эффективности системы.
- Модули выделяют значительное количество тепла. Для отвода тепла должен быть установлен соответствующий радиатор. Иначе:
- Невозможно достичь нужной температуры холодной стороны, т.к. элемент Пельтье снижает температуру относительно горячей поверхности.
- Допустимый нагрев горячей стороны как правило + 80 °C ( в высокотемпературных до 150 °C). Т.е. модуль может просто выйти из строя.
- При высоких температурах кристаллы модуля деградируют, т.е. снижается эффективность и срок службы модуля.
Мною был разработан контроллер элемента Пельтье для холодильника, удовлетворяющим всем этим требованиям. Он:
- Вырабатывает питание для элемента Пельтье с пульсациями не более 2%.
- Стабилизирует на модуле электрическую мощность, т.е. произведение тока на напряжение.
- Обеспечивает плавное включение модуля.
- Регулировка температуры происходит по принципу аналогового регулирования, т.е. плавного изменения мощности на элементе пельтье.
- Контроллер разработан для холодильника, поэтому математика регуляторов учитывает инерционность охлаждения воздуха в камере.
- Обеспечивает контроль температуры горячей стороны модуля и управление вентилятором.
- Имеет высокий кпд, широкие функциональные возможности.
Термоэлектрический модуль Пельтье TEC1-12706.
Это самый распространенный тип элемента Пельтье. Используется во многих бытовых приборах. Не дорогой, с неплохими параметрами. Хороший вариант для изготовления маломощных холодильников, охладителей воды и т.п.
Характеристики модуля TEC1-12706 привожу в переводе на русский из документации TEC1-12706.pdf компании производителя – HB Corporation.
Технические параметры TEC1-12706.
Обозначение Параметр Значение, при температуре горячей стороны 25 °C 50 °C Qmax Холодопроизводительность 50 Вт 57 Вт Delta Tmax Разность температур 66 °C 75 °C Imax Максимальный ток 6.4 А 6.4 А Umax Максимальное напряжение 14.4 В 16.4 В Resistance Сопротивление 1.98 Ом 2.3 Ом
Графические характеристики.
Габаритный чертеж модуля TEC1-12706.
Обозначение Размер A 40 мм B 40 мм C 3.8 мм
Рекомендации по эксплуатации.
- Максимально – допустимая температура 138 °C.
- Не допустимо превышение значения параметров Imax и Umax.
- Срок службы 200 000 часов.
- Параметр частота отказов основан на длительных испытаниях с выборкой 0.2%.
- Производитель - HB Corporation.
Пример разработки на элементе Пельтье - холодильник для вина.
Автор публикации Эдуард64 комментария на « Элемент Пельтье TEC1-12706. Характеристики, применение, условия эксплуатации »
Последовательно их можно питать?
Можно, если одинаковые температуры поверхностей, т.е. если общие радиаторы горячей и холодной стороны.
Повысится ли эффект при охлаждения горячей стороны и улучшения отбора низкой температуры
Нельзя разное внутреннее сопротивление
А будет ли работать два элемента положеных один на другой если холодная сторона нижнего элемента на радиаторе, на горячей стороне будет холодная сторона верхнего и на горячей стороне верхнего элемента будет радиатор. Ну и подключить элементы параллельно.
Думаю, это плохое решение. Температура поверхностей элементов будет разная, значит разное сопротивление и разное распределение токов между элементами Пельтье.
Ты их укладываешь последовательно — и питать тогда надо последовательно. Иначе, действительно, распределение токов будет разным.
Не знаю потыкай пальцем не сгорит значит можно юный любобытный
Будет, почему нет, но повозиться придется, это не так просто сделать. Такое каскадное соединение модулей применяется в астрономии — для охлаждения ПЗС-матриц видеокамер, при этом снижаются тепловые шумы и изображение становится чище.
И не со всем могу согласится. Лично я получал на модуле Пельтье до — 42.188 градусов по С и я могу это доказать (измерял тем самым DS18B20 по USB), у меня есть видео эксперимента. Я же так же рассчитал КПД данного модуля на основе моих измерений и опытов и мои результаты отличаются от тех которые указаны у Вас (не знаю может ли быть это погрешностью). Если Вам интересны мои результаты то могу скинуть ссылку на моё видео в Ютубе. И вот ещё что, вот Вы говорите о том что применять ШИМ модуляцию не допустимо, а сами в другой статье сделали ШИМ контроллер именно по этому принципу. Да я понимаю что ёмкость и индуктивность сглаживают эти пульсации но готов поспорить осциллограф покажет грехи данной схемы.
Сбрехал я получил минус 41.625 градусов по С
Можно элемент использовать для нагрева детали при низких температурах? Будет ли эффективность?
По моему мнению дешевле и проще использовать обычные нагреватели сопротивления. Т.е. нихромовые нагреватели.
как его использовать для газового котла отопления дома для запитки циркуляционного насоса 220 В.?мощность насоса 25 вт.
какой элемент пелтье лучше использовать для получения 220 В.?
У меня нет опыта использования элемента Пельтье в качестве термогенератора. Но я думаю Вашей задачу реализовать будет сложно. Сложная конструкция, приличная мощность 25Вт. Элементы Пельтье вырабатывают постоянный ток. Для питания двигателя насоса Надо будет преобразовать его в переменный ток. Попробуйте откройте тему на форуме сайта. Может кто-то поделится опытом.
Циркуляционному насосу нужно еще и переменное напряжение.. Модули Пельтье — преобразователь DC/AC — насос Только стоить это будет значительно больше, чем бензогенератор.
А как и можно ли соединить 20 штук таких элементов? Радиаторы для одной и с другой стороны будет будут едиными. Можно ли задать t° на разных сторонах или разница по t° является постоянной?
Наверное, можно соединить. Температуру надо регулировать на одной стороне. Если это охладитель, то на холодной, если нагреватель, то на горячей.
Во-первых, спасибо за статью. Полезная информация. Прошу подсказать в каком направлении двигаться. Хочу собрать автомобильный «кондиционер» на двух TEC1-12730 в последовательном соединении. На холодные части приклеить простой радиатор с кулером, на горячие части — waterblock компутерный с трубками, помпой и выносным радиатором….Как мне обеспечить стабилизированное питание «дешево и сердито»?… Первичный источник питания — АКБ авто 12 В либо свинцовый либо гелиевый…
Здравствуйте! Я думаю вам, прежде всего, надо проверить саму конструкцию. Собрать макет конструкции, подключить к элементам Пельтье блок питания 12 В и проверить эффективность всей системы. Только потом думать о контроллере и системе питания. Мне кажется автомобильный кондиционер должен быть довольно большой мощности и применение в нем элементов Пельтье будет не эффективно. Но может я и ошибаюсь.
Доброго дня! Именно потому, что я хочу начать с макета, я и употребил выражение «дешево и сердито»…заявленная холодопроизводительность моих TEC — 336 Вт каждый, я их беру два последовательно, получается максимальный ток потребления 60А….самое простое что я могу взять для питания — выдернуть АКБ из машины и запитать через некий стабилизатор….я, к сожалению, полный профан в радиотехнике…. Подскажите, пожалуйста, хотя бы какой категории БП мне искать из нижнего ценового диапазона…Если считать что стоимость китайских TEC невелика, то вопрос ресурса вторичный…. Буду очень признателен)
Здравствуйте! Игорь, 60 А это большой ток. Ваш кондиционер моментально посадит аккумулятор или перегрузит сеть автомобиля. Я говорю про рабочий режим. Блоки питания такие есть, но они дорогие. Проверяйте на аккумуляторе.
ваши модули по 30 Вт два вместе 60 Вт. Я автохолодильник переделывал для лучшего охлаждения . снял модуль ТЕС1-127050. Холодильник был с потреблением 60 Вт. Поставил на него модуль на 100 Вт и усилил обдувы. счас холодильник потребляет 10А. Вот. последние две цифри на маркировке это Вт.
Владимир, какой вы использовали элемент вместо 12705? Модернизировали электрическую схему питания прибора? У меня такая же проблема, хочу заменить элемент. Стоит 12706. Хочу поставить тоже на 100 Вт и усилить обдув. Поделитесь опытом. Если можно — напишите свою электронку.
Тоже заменил в сумке — холодильнике ТЕС1-12705 на ТЕС1-12710 в рсчёте на улучшение охлаждения. Ничего не получается. Напряжение с 15,1 догонял до 17,4, но тока выше 5 ампер не получил.Соответственно, разница температур так и осталась 10 С. При 17в начинает температура горячего радиатора подбираться к 50 С, что может привести к порче элемента, поэтому в таком режиме включал не на долго. Думаю, без замены радиаторов не обойтись. Но на изначально одинаковой температуры радиаторах ток всё равно не превышал 5 А. Это мне не понятно.
Очень часто и на других ресурсах встречаются идеи об использовании модулей пельтье в авто-кондиционерах. Но на практике это почти невозможно при «традиционном» размещении радиаторов. Вы прельстились на декларированную холодопроизводительность >300 Вт, но забыли (или не знали?) что эта цифра намеряется лишь при разнице температур =0°C между хол. и гор. сторонами модуля! В реальном прототипе кондиционера разница будет выше 50°C при разумных условиях теплоотдачи с обоих сторон. В этом случае цифру >300 Вт смело делите на 4, а то и на 5 — вот это и будет реальная холодопроизводительность, что совершенно недостаточно для машины, а электросеть при этом будет уже перегружена. Если есть желание самому собрать кондиционер с электропитанием в авто, то обратите внимание на наборы для сборки кондиционеров на базе инверторных микрокомпрессоров. При минимальных размерах и токе потребл 200 Вт холода и их хол.производительность при увеличении разницы температур не падает так катастрофично как у Пельтье модулей.
Эдуард, доброго времени суток! Вы пишите про недопустимые пульсации питающего напряжения свыше 5%, то что эффективность резко снижается. А с чем это связано? Вы не приводите по этому поводу никаких доводов, в документации приведенной вами тоже ничего не сказано про это. Эта информация из каких то официальных источников или эти выводы вы сделали на основании проведенных опытов? Спасибо вам за очень интересные статьи, почерпнул из них кое что для себя, особенно по программированию распределенных по времени задач на ардуинке. Тоже собираюсь повторить ваш опыт работы с Пельтье, идея была давно, но как то все не доходили руки. Собираюсь сделать климатическую камеру для созревания сыров, колбас, пива, с тремя-четырьмя независимыми зонами. Видимо придется на каждую зону ставить отдельный элемент Пельтье и контроллер, потому как в каждой зоне своя температура должна быть.
Я давно писал эту статью. Опыта работы с элементами Пельтье у меня не много. Большую часть информации я почерпнул с сайтов производителей модулей Пельтье. Я уже не помню источники. Был какой-то сайт отечественного изготовителя модулей. Там приведены параметры относительно рабочих циклов. На каком-то форуме я нашел ссылки на зарубежных производителей. В интернете информации не много, но можно собрать по каплям.
Эта информация про 5% пульсаций бродит по инету и даже в статьях от производителей, но сами же производители (типа криотерма) продают контроллеры для Пельтье на чистой ШИМ без всякого (. ) сглаживания пульсаций. Я много работал в разных конторах, где проектировал оборудование с термостатами на Пельтье с высоким уровнем точности регулирования (для аналит.биохим). В своё время участвовал в тестировании десятка модулей от 4-х производителей. ИТАК: 1) Пельтье стареет только от ТЕРМО-МЕХАНИЧЕСКОГО стресса при циклировании, а не электрического стресса. То есть частота вкл-выкл должна быть достаточно низкой, чтобы быть заметной за термоинерционностью модуля. 2) ШИМ НИКАК (. ) не влияет на время жизни модулей, если её частота >5Hz. При более низкой частоте эффект старения увеличивается, ибо элемент начинает испытывать термо-механ. циклирование. При частоте выше прибл 5 KHz могут проявлятся ёмкостные явления в полупроводнике и её тоже не стоит превышать. В пределах этих частот всё приблизительно идентично — и эффективность и время жизни. 3) Действительно, эффективная теплопроизводительность прибл на 20% выше, если модуль, который изначально расчитан на 12 V будет питаться 5 V постоянного напр, по сравнению с модулем который питается 12 V c ШИМ 50%. Это согласуется с теорией физ.процессов в модуле. Сие можно понять просто анализируя графики холодопроизводительности модуля от напр. или тока питания. Если понять не удалось — то не стоит тратить время, а просто пользоваться выводами. 3) При очень жёстком термо-механич. циклировании, когда элемент используется и как охладитель и как нагреватель с макс переполюсовкой макс напряжения до макс. температуры поверхности время жизни элемента может быть вообще 1000 таких циклов — у них одна из керамических поверхностей не припаяна к полупроводникам, а приклеена. Они специально разработаны для циклических режимов. Если у вас такое приложение — спрашивайте у производителей именно модули с приклеенной хол. пластиной. Однако их тепло-производительность на 15%…30% ниже аналогичных паяных. И цена может быть выше в разы.