Модуль Пельтье TEC1-12706, характеристики и возможности

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.
• Применение.
• Достоинства и недостатки.
• Параметры элементов Пельтье.
• Эксплуатационные требования к элементам Пельтье.
• Термоэлектрический модуль Пельтье TEC1-12706. Параметры, характеристики.

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.

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.

Недостатки:

• низкий кпд;
• необходимость в источнике питания;
• ограниченное число старт-стопов;
• высокая стоимость мощных модулей.

• 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.

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.
• Важен надежный тепловой контакт модуля с радиатором охлаждения.
• Источник питания для модуля должен обеспечивать ток с пульсациями не более 5%. При более высоком уровне пульсаций эффективность модуля снизится, по некоторым данным на 30-40%.
• Не допустимо, для управления элементом Пельтье, использовать релейные регуляторы. Это приведет к быстрой деградации модуля. Каждое включение – выключение вызывает деградацию полупроводниковых термопар. Из-за резких изменений температуры между пластинами модуля возникают механические напряжения в местах спайки с полупроводниками. Производители элементов Пельтье нормируют  количество циклов старт-стопов модуля. Для бытовых модулей это порядка 5000 циклов. Релейный регулятор выведет из строя модуль Пельтье за 1-2 месяца.
• К тому же элемент Пельтье обладает высокой теплопроводностью между поверхностями. При выключении, тепло радиатора горячей стороны, через модуль будет передаваться на холодную сторону.
• Недопустимо, для регулирования мощности на элементе Пельтье, использовать ШИМ модуляцию.
• Чем надо питать элемент Пельтье источником тока или напряжения? Обычно используют источник напряжения. Он проще в реализации. Но вольт-амперная характеристика модуля Пельтье нелинейная и крутая. Т.е. при небольшом изменении напряжения ток меняется значительно. И вдобавок, характеристика меняется при изменении температуры поверхностей модуля. Надо стабилизировать мощность, т.е. произведение тока через модуль на напряжение на нем. Охлаждающая способность элемента Пельтье напрямую связана с электрической мощностью. Конечно, для этого необходим достаточно сложный регулятор.
• Напряжение модуля зависит от количества термопар в нем. Чаще всего это 127 термопар, что соответствует напряжению 16 В. Разработчики элементов рекомендуют подавать до 12 В, или 75% Umax. При таком напряжении обеспечивается оптимальная эффективность модулей.
• Модули имеют герметичное исполнение, их можно использовать даже в воде.
• Полярность модуля отмечена цветами проводов – черный и красный. Как правило, красный (положительный) провод расположен справа, относительно холодной стороны.

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.

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.

В данной статье мы рассмотрим модуль Пельтье для процессора, его охлаждения. Далее подробнее о принципах его работы, свойствах и видео с демонстрацией работы, нужной для использования в компьютере. Купить этот модуль можно в этом китайском магазине. Зайдя по ссылке, сразу увидите предложения оптом и в розницу (есть предложения с бесплатной доставкой) Пельтье TEC1-12706. Есть и кулер охлаждения.

Элемент Пельтье — это преобразователь контрастной энергии разницы температур в электричество или наоборот, электроэнергии в холод. Принцип работы модулей Пельтье основан на двух явлениях – эффект Пельтье и эффект Зеебека.

 Эффект Пельтье — создание разности температур при прохождении электричества по двум разнородным полупроводникам. В маркировке элементов (например ТЕС1-12706) буквосочетание TEC означает английские слова Thermoelectric Cooler — термоэлектрический охладитель.

Изобретения для самодельщиков в китайском интернет-магазине.

Эффект, обратный описанному выше, называется эффектом Зеебека. Это возникновение электричества в электрической цепи из последовательно соединённых разнородных проводников, которые имеют контрастные температуры (один полупроводник нагрет, второй охлажден). Этот эффект функционирует при использовании модуля как электрогенератора.

Однако нас интересует в данном случае конкретная модель – термоэлектрический модуль Пельтье TEC1-12706, его характеристики.

Итак:  напряжение для запитки устройства от 3,7 до 12 Вольт (чем выше подается на элемент напряжение, тем более мощный эффект охлаждения) номинальное напряжение питания 12 Вольт; максимальный ток при 12 Вольт 4,5 А, мощность устройства 50- 60 Вт; наибольшая разница температур, который дает модуль 60 градусов Цельсия; размер: 40 х 40 х 4 мм, вес: до 25 гр.

Структура и механизм работы модуля Пельтье TEC1-12706.

Модуль представляет собой ряд последовательно связанных полупроводниковых элементов типа “n” и “p”. Когда постоянный ток проходит через данное соединение, одна сторона p-n контактов нагревается, другая напротив охлаждается. Данные элементы укреплены на двух керамических пластинах в таком порядке, чтобы нагревающиеся контакты расположились на одной пластине, а охлаждающиеся – на второй. Если зажать между двумя пальцами модуль и включить ток, то можно сразу убедиться, что одно сторона модуля нагрелась, а вторая остыла.

В настоящее время благодаря изобретению элементов Пельтье, термоэлектрический эффект используется для охлаждения процессоров компьютеров, при конструировании мобильных холодильников, нагревателей и др.

Производство холода – только одна из возможностей изучаемого нами устройства. Если обеспечить достаточно высокий перепад тепла и холода на пластине, то у нас получится настоящая маленькая электростанция на дому. Благодаря такой способности, устройство просто находка для любителей походов, ведь они могут воспользоваться заводскими (статья о нем) и самодельными (пример смотрите здесь) генераторами для освещения палатки, просмотра минителевизора или зарядки телефона без электричества.

В небольшом ролике автор, купивший модуль Пельтье TEC1-12706, дает отзыв о нем и рассказывает как он работает.

Канал «ТЕХНАРЬ» также предлагает выполнить обзор про элемент Пельтье с указанием характеристик, цены и другого.

Внутри посылки находится Элемент Пельтье. Давайте разберем, что же он из себя представляет. Если почитать на Википедии, там его называют термоэлектрическим преобразователем.

Поясним своими словами. После подключения напряжения (можно от 1 до 15 В), одна сторона модуля начинает охлаждаться, а вторая сторона нагреваться. Это происходит одновременно.

Элементы Пельтье используется в автомобильных холодильниках и во многих электронных компонентах. Доводилось читать, что они используются даже в фотоаппаратах. Хотя как? Может быть, они должны быть размером поменьше.

Данный элемент (ТЕС1-12706) имеет размеры 4 на 4 см.

Кстати, еще такие устройства можно использовать для охлаждения компьютерных процессоров. Одна сторона устанавливается наверх процессора, а сверху устанавливается кулер.

После того, как подключили питание к элементу, нужно со стороны, которая нагревается, отводить тепло. Если же допустить перегрев элемента (рабочая температура чуть больше 100 градусов Цельсия), он может сгореть.

Что нам потребуется для демонстрации работы элемента и проверки его работоспособности? Понадобится компьютерный блок питания. С него мы будем брать напряжение 12 В, и подавать на кулер.

Кулер – обычный бокс-кулер фирмы DEEPCOOL. Когда-то он приобретался для усилителей. Его немного доработали, а именно просверлили еще одно отверстие, одно уже было.

Сверху будет алюминиевая пластина. Установим Пельтье и сверху накроем алюминием тоже. Для того чтобы был лучше контакт, проводимость тепла, будем использовать термопасту КРТ-8.

Изобретения для самодельщиков в китайском интернет-магазине.

На Элемент подадим напряжение в 5 В, которое тоже возьмем из старого компьютерного блока питания. Почему 5 В, а не 12 В. Просто нет уверенности, что тут будет всё нормально. То есть будет нормальный отвод тепла. Элемент может не выдержать 12 вольт, лучше не рисковать.

Начинаем собирать. Та сторона, на которой надпись, будет охлаждаться. Поэтому ее наверх, а та которая нагревается – отвод тепла будет снизу. Наносим термопасту и сверху прижимаем обычными шурупами. Кроме того, вырезаются из кожи прокладки для того, чтобы меньше тепла передавалось от верхней пластины к радиатору.

Продолжение тестовых испытаний на видео с 5 минуты

• Цена: 13,90

Приветствую тебя читатель banggood астрологи объявили неделю Пельтье поэтому в обзоре речь пойдёт об одном интересном применении данной штуковины. Милости просим под CUT. Начнём с ликбеза Как говорит википедия «Элемент Пельтье — это термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого базируется на эффекте Пельтье — возникновении разности температур при протекании электрического тока.» Я уверен что после этой фразы понятнее не стало ). Ок попробуем иначе. Представьте себе специфический аквариум, состоящий из зон двух типов. В первой зоне аквариума рыбки плавают быстро во второй медленно. Ещё представим себе на границах зон лопасти, крутящиеся в воде. Правила следующие 1) рыбка переплывает в другую зону только тогда когда её скорость соответствует скорости установленной для зоны.2) при переходе границ зоны рыбка может взаимодействовать с лопастями для увеличения либо для уменьшения своей скорости. Теперь представим несколько зон расположенных последовательно. (зоны с более высокой скоростью назовём З+ с низкой З- ) Рыбка находится в З+ она хочет перейти в З- она взаимодействует с лопастью на границе и начинает плыть медленнее, при этом лопасти (на границе З+/З-) начинают крутиться быстрее. Далее рыбка хочет перейти в следующую зону З+ ей надо ускориться она взаимодействует с лопастью на границе З-/З+ и ускоряется при этом лопасть начинает крутиться медленнее. Далее всё повторяется. Можно заметить что одни лопасти будут замедлятся а другие ускорятся. Элемент Пельтье работает по аналогичному принципу. Вместо рыбок там электроны вместо скорости рыбок энергия электронов в полупроводниках. При протекании тока через контакт 2х полупроводников, электрон должен приобрести энергию, чтобы перейти в более высокоэнергетическую зону другого полупроводника. При поглощении этой энергии происходит охлаждение места контакта полупроводников. При протекании тока в обратном направлении происходит нагревание места контакта полупроводников, При этом чем больше ток тем выше эффект переноса энергии, энергия именно переноситься (а не волшебным образом пропадает) от «холодной» стороны к «горячей», поэтому элемент Пельтье способен охлаждать предметы до температуры ниже комнатной (проще говоря это полупроводниковый тепловой насос). Если у Вас задача просто отвести тепло от процессора транзистора и т.д. применение элемента Пельтье невыгодно т.к. Вам понадобиться Радиатор способный передать в окружающую среду тепло от охлаждаемого объекта + тепло возникающее при работе элемента Пельтье. Думаю с теорией покончено можно двигаться дальше. Давайте посмотрим как по мнению спонсора обзора выглядит 13,90 зелени. Модуль представляет из себя этакий 5 уровневый бутерброд, он состоит из пары радиаторов и вентиляторов и собственно самого элемента Пельтье.Вентилятор большего размера предназначен для отвода тепла. При приложении усилия его можно снять без выкручивания шурупов. Вентилятор самый обыкновенный ( Питание 12В размер 90мм) прикрыт решёткой, изначально вентилятор установлен на отвод воздуха.

На противоположной стороне малый вентилятор (Питание 12В размер 40мм)Малыш прикручен на совесть Посмотрим на радиаторыБольшой радиатор размером 100мм*120мм высота 20ммМалый радиатор 40мм*40мм высота 20мм. Радиаторы скреплены двумя винтами, в малом радиаторе нарезана резьба. При снятии радиатора обнаружена термопаста это хорошо, но можно увидеть что есть недожим.Контакт с большим радиатором идеальным тоже не назовёшь.Главный вывод — если хотите выжать из этого модуля максимум то обязательно загляните под радиаторы. А если стереть термопасту то можно увидеть что тут установлен элемент TEC1-12705 (размер 40мм*40мм*4мм) хотя заявлен более мощный TEC1-12706. Мануал на TEC1-12705 peltiermodules.com/peltier.datasheet/TEC1-12705.pdfСнимем малый радиатор и попробуем запустить модуль замерив температуры «тёплой» и «холодной» сторон.Температура «холодной» стороны -16,1 «горячей» 37,5 дельта 53,6. ток потребления при 12В составил 4,2А. На режим элемент Пельтье вышел через 90с. А теперь весёлая часть. Находим металлическую и блестящую пластину и делаем в ней отверстие для термопары.Кладём термопасту и устанавливаем термопаруДалее изготавливаем узконаправленный фотоприёмник и фотодиод из чёрной бумаги и обычных компонентовСобираем готовое устройство вспоминая правило «угол падения равен углу отражения»Кто догадался что это такое? Это прибор (ну точнее модель для демонстрации принципа действия) для определения температуры точки росы/относительной влажности воздуха. Действует следующим образом: ИК-светодиод светит в отражающую пластинку, после отражения свет от ИК-светодиода попадает на ИК-фотодиод. С обратносмещённого ИК-фотодиода снимается сигнал напряжения. При охлаждении пластинки до температуры точки росы на ней начинает собираться конденсат, интенсивность отражаемого излучения падает, сигнал на фотодиоде изменяется. Регистрируя температуру пластины, и окружающего воздуха можно найти относительную влажность. Для работы я использовал Brymen BM869 (с самодельным кабелем и софтом) и Uni-t UT61E Ниже представлен результат Рыжий график температура пластины, синий график сигнал с фотодиода. Будем считать момент, когда напряжение с фотодиода изменилось на половину от общего изменения напряжения есть момент выпадения конденсата. Исходя из поставленных условий измеренная температура точки росы в комнате +9С.Температура окружающего воздуха 26,7 (на графиках не отображалась т.к. она была неизменна).Одновременно я запустил модуль HTU21 и наблюдал за показаниями в терминале.(скриншот терминала добавлен к графику).Далее я использовал онлайн калькулятор planetcalc.ru/248/ для пересчёта влажности в температуру точки росы Результат пересчёта влажности с HTU21 в температуру точки росы совпал с измеренной напрямую температурой точки росы. Это значит, что если описанным выше методом определять точку росы, а затем делать пересчёт, то можно достаточно точно определять влажность (Ну естественно если делать всё по-взрослому). Данный метод называется методом охлаждаемого зеркала, а гигрометры, построенные на таком принципе, называются конденсационными. Надеюсь вам понравился обзор, и Вы узнали для себя что-то новое. Всем спасибо за внимание. Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта. Используемые источники:

• http://mypractic.ru/element-pelte-tec1-12706-xarakteristiki-primenenie-usloviya-ekspluatacii.html
• https://izobreteniya.net/modul-pelte-tec1-12706-harakteristiki/
• https://mysku.ru/blog/china-stores/41515.html