Элемент Пельтье TEC1-12706. Тест на охлаждение и получение электроэнергии
Элемент Пельтье TEC1-12706. Тест на охлаждение и получение электроэнергии
#пельтье #TEC1-12706
Всем привет. Сегодня мы рассмотрим термоэлектрический преобразователь – элемент Пельтье, самую популярную модель с размерами 40 на 40 мм. На нем имеется маркировка, в которой зашифрована информация об этом элементе.
Первые две буквы TE указывают на то, что это термоэлемент, третья буква C говорит, что это стандартный элемент, цифра после нее указывает на количество слоеd, т.е. в моем случае всего один слой. Три цифры после тире, «127», указывают на количество термопар в модуле, ну и последние две цифры «06» показывают максимальный допустимый ток. Если просветить этот элемент Пельтье фонариком, то можно увидеть размещенные там термопары. А вот что происходит с элементом Пельтье, если его сильно перегреть. Припой плавится и элемент разваливается.
Этот элемент Пельтье состоит из множества пар полупроводниковых параллелепипедов. Каждая пара состоит из одного n-типа и одного p-типа полупроводникового элемента, которые соединяются между собой металлической перемычкой. Металлическая перемычка, в виде медной пластинки, служит термическим контактом, и контактирует с керамической пластиной.
Пары параллелепипедов последовательно соединяются с другими парами полупроводников разной проводимости, получается с одной стороны элемента Пельтье соединение элементов от n-типа к p-типу, а с другой стороны в противоположном направлении. При пропускании через них электрического тока одна сторона будет нагреваться, а другая охлаждаться.
Максимальная разность температур для этого элемента между разными сторонами примерно 66 °C. Максимальное подаваемое напряжение 15.4В, максимальный ток 6А. Рекомендуемое напряжение составляет 12В. При этом элемент Пельтье будет выдавать от 70 до 80% своей максимальной мощности, но и проработает он так дольше.
Для тестирования я размещу один элемент Пельтье на алюминиевом радиаторе с кулером, сажать я его буду на термопасту. Чем эффективнее будет отводиться тепло от нагревающейся стороны, тем ниже температура получится на холодной.
Подавать я буду на него максимум 12В, и буду измерять проходящий ток, напряжение на элементе и температуру холодной стороны. Слева показывается ток, по центру напряжение, справа температура. Я начал плавно повышать напряжение, начиная с 3 вольт, и смотрел, как будет увеличиваться ток. При достижении 12В ток стал немного больше 3А. Получается, заявленные 6А можно получить только при максимально допустимом напряжении. ШИМ регулятор для управления работой термоэлемента использовать нельзя, так как резкие перепады температур для него критичны. Это будет приводить к разрушения полупроводниковых элементов из-за резких температурных расширений материала.
Буквально через пару минут температура на холодной стороне опустилась практически до -6°C, а потом начала подниматься. Но я все же успел заморозить каплю воды на поверхности и приморозить спичку. Через некоторое время температура и вовсе стала плюсовой. Температура радиатора в этот момент перевалила уже за 45 °C. Этого охлаждения явно недостаточно. Получается разница температур между сторонами около 40°C, и если держать температуру радиатора в пределах комнатной в районе 25°C, на холодной стороне можно будет получить до -20°C. С этим радиатором, даже с постоянно включенным вентилятором, снизить температуру не получается.
Элементы Пельтье можно накладывать слоями, и такие сборки можно найти на АлиЭкспресс, но там используются элементы разного размера, каждый последующий меньше предыдущего. У меня же будет два одинаковых элемента с термопастой между ними.
Начальная температура 33°C. Элементы я соединил последовательно и подал на них 24В. Я ожидал получить температуру гораздо ниже, чем в первом случае, но не тут-то было. Отводить тепло некуда, радиатор сильно теплый, и немного опустившись ниже нуля, температура сразу начала подниматься.
Если поменять полярность питания, то и температура сторон поменяется на противоположные. Греется он моментально, я даже не успел полностью поднять напряжение и отключил питание при 70°C, чтоб не расплавился.
И последний эксперимент, который я хотел провести с элементами Пельтье – это преобразование разности температур между пластинами в электрическую энергию. Одна сторона термоэлемента будет на радиаторе, а на другую я поставлю металлическую кружку с кипятком. При этом я буду снимать показания амперметра и вольтметра.