Добрый день, уважаемые форумчане.
Сейчас работаю над проектом термостабилизации некого замкнутого объема воздушного пространства, а точнее шкафа с коммуникационным оборудованием. Возникла идея испосьзовать для этой цели элементы пельтье. Типа таких:http://www.chipdip.ru/catalog/show/thermoelectric-modules.aspx
Но есть сложность:для питания климатической системы присутствует только постоянное напряжение 50V. В связи с этим вопрос: нажежно ли будет последовательное включение, скажем, четырех 12V-вых элементов?

Этот элемент - тепловой насос. Он переносит тепло с одной стороны на другую + добавляет туда собственное тепловыделение. Если Вас такое устраивает... А теплоперенос пропорционален току, а уж напряжение...

Да, хотелось бы сделать что то подобное:http://www.chipdip.ru/product/kryotherm-120-24-aa.aspx
Может кто-нибудь поможет с информацией по элементам; к примеру, зависимость внутреннего сопротивления от температуры, предельные эксплуатационные характеристики, кпд и т.п.?

Да. последовательно включать можно, это чисто токовый прибор.
Но вообще эти вещи... не для шкафов, это для маленьких объемов. КПД-то вдвое ниже паровозного.
Хотя, если это лабораторный стенд, то за ценой не стоят.

Если Вы хотите шкаф охлаждать, то он должен быть теплоизолирован, как холодильник. Иначе толку не будет. Посчитайте тепловыделение внутри. А параметры на сайтах производителей этих штук приводятся.

Для шкафов мы ставим фанкойлы

Извините что вклиниваюсь. Вот тут стоит про умах, это что его нельзя превышать? А если превысить, что будет?

Элемент Пельтье - полупроводниковый прибор. Что будет, если, например, превысить "умах" транзистора?

Что то у меня с английским туго, не пойму это:

Цитата из Thermoelectric Cooling FAQ

ИМХО из опыта более важно обеспечить идеальный теплоотвод от обеих поверхностей и идеальную (по возможности) теплоизоляцию радиаторов на обеих поверхностях друг от друга.
Мы заказывали дорогущую мехобработку и двухкомпонентную теплопроводящую "грязь".

Если прикинуть мощность теплообмен шкафа, выйдет ватт 400, это около 20-30 элементов Пельтье, и учитывая КПД охлаждения, это около 1 кВт потребления по питанию. Соответственно при КПД источника 80 %, добавите 200 Вт к тем 600 Вт тепла.

Какое-то безумие - без расчета энергетики начать заниматься мелкими вопросами.
Любительщина в худшем смысле этого слова.

Ничего личного, успехов.

Тоесть в принципе превышать можно? Просто проблема, мне пришлось перенять проект (биохимия,подготовка пробы),прототип прибора есть и работает, теплоотвод сама проба, но температура отслеживается и превысить максимально допустимую не может. Но меня смутило, что 2 в серию Пельтье 4.2в на 12В подключены. Никогда с Пельтье не работал, а информации по ним почти ноль.

Вам охлаждать или греть?

Пельтье - токовый прибор. Потому что его производительность зависит от тока, а напряжение равно падению на внутреннем сопротивлении прибора плюс термо-ЭДС, и из-за этого термо-ЭДС может гулять достаточно сильно в зависимости от текущего перепада температур. В статике характеристика ток-производительность параболическая. Это связано с тем, что перекачиваемый тепловой поток пропорционален току, а тепловыделение на внутреннем сопротивлении пропорционально квадрату тока, и в некоторый момент при повышении тока прирост тепловыделения начинает превышать прирость перекачиваемого теплового потока, и поэтому эффективность начинает снижаться. Поэтому подавать на элемент ток больше характеристического никакого смысла нет. Но и не вредно. Вредно только его перегреть.

Спасибо Oldring и Dog Pawlowa, в общем понятно.


И охлаждать и греть и всё это циклически, управлять буду мостом H-Bridge. Может есть ещё какие-нибудь советы, буду очень благадарен.

И ещё элементы Пельтье плохо переносят тепловые удары.
Так что только плавное наращивание мощности и никаких регуляторов с релейной характеристикой.

По моему охлаждать шкаф элементами пельтье все равно что гвозди микроскопом забивать.
Много дешевле агрегат от холодильника/кондиционера. Существуют фреоновые холодильные системы для PC.

И они еще не любят ШИМ. Во-первых, в ШИМ питании присутствует переменная составляющая, а эта составляющая приводит только к паразитному тепловыделению, а на перенос тепла влияет только постоянная составляющая. Во-вторых низкочастотный (<1 кГц) ШИМ может вызвать механическое повреждение из-за деформаций.

Спасибо учтём.



Спасибо. Вот сейчас как раз всё на шиме(1MHz) и сделано - придётся исправлять

Очень интересно.
Производим прибор для биохимических исследований в течение 10 лет.
Механику придумывали немцы, я разрабатывал электронику.
Обращайтесь, ежели что. Есть готовый контроллер на три канала. Диапазон поддержания температуры от 5 до 70 градусов.
Ух ты.... даже нашел ролик в инете. Прибор предыдущей модификации.
Покажите начальству
http://video.yandex.by/search.xml?text=Bio...;id=93608647-00

Прикольно, завидую таким насосам, калибрировать почти не надо. А в этом проекте у нас всё микро, и вся флюидика в картуше. Покажу начальству.

Я потратил полтора года на проект с рабочим объемом 250 микролитров (обработка стандартных слайдов)
Макет работал, но все ушло в мусорку

у нас есть дозатор с объёмом 500нл , калибрируется в специальной камере.

Вот вопрос, надо ли исправлять. Я недавно запрашивал "Криотерм" - это питерский производитель Пельтье - насчёт управления через ШИМ. Вот ответ:
-------------------------
На термоэлектрические модули нужно подавать постоянное напряжение. Но т.к. он имеет большую тепловую инерцию, то импульсный режим с
частотой больше 1 кГц ему будет не страшен и никак не повлияет на характеристики. А вот низкие частоты он будет воспринимать как отключение, что повлечет за собой снижение срока службы и такой модуль должен быть со специальной дополнительной опцией - циклирование.
-------------------------
То есть от ШИМ 1 МГц Пельтью не поплохеет. А вот линейный регулятор на такую мощность даже грустно себе представить.
А не поделитесь схемой Вашего ключа на 1 МГц? Заранее признателен.

Автору нужен источник постоянного тока. На каком-то импульсном преобразователе. Все импульсы будут сглажены конденсаторами параллельно элементу пельтье.
Поэтому вообще не вижу смысла обсуждать импульсы- их просто не будет если всё делать по человечески.


Решение задачи выглядит так : берётся достаточно мощный импульсный стабилизатор. Последовательно с элементами пельтье включается небольшой резистор. Напряжение обратной связи снимается с этого резистора. Получается источник постоянного тока. Всё.

Автору нужен стабилизатор температуры, насколько я понимаю, а не тока. А что, ключ будет работать прямо на ёмкость? В datasheet на изделия вроде ADN8830 предлагают ставить LC фильтр.

Чтобы регулировать температуру, нужно дозировать теплоперенос, который, в свою очередь, пропорционален току.

Очевидно что индуктивность там должна быть. Наберите в яндексе "импульсный преобразователь схема"

Да всё просто Дмитрий, H-Bridge и в каждую сторону на нагрузку/направление LC, ну и какой-нибудь драйвер HIP80xx.

Есть контроллеры MAX1978

Я к тому, что в контуре управления измерять надо температуру, а не ток. То есть датчиком будет измеритель температуры где-то в том шкафу - терморезистор или что-то вроде него, а не датчик тока в цепи элемента Пельтье.

А из чего мост? Это я спрашиваю, чтобы самому не думать - вдруг у Вас уже готовая схема на 1 МГц с наименованиями деталей. Мне даже моста не надо, у меня Пельтье будет работать только на охлаждение.
Спасибо.

Я уже привел ссылку, мост внутри MAX1979

В контуре сигнал управления (некоторая функция от нашего желания, температуры и времени) должен бороться с сигналом от датчика тока в этой самой цепи. Еще точнее сказать - заряда, если немного поинтегрировать их.

Здорово!

Что касается ШИМ для Пельтье, то его опасность преувеличена. У меня используется ШИМ с частотой 1 Гц и отказов элементов Пельтье не было.
Правда, российские мы никогда не использовали.

Как тут уже писали, сглаживающий дроссель делает ШИМ малозаметным для пельтье, но уменьшает тепловыделение. А частота совсем не играет роли.

Не точнее. Уже для тока рациональное приближение передаточной характеристики этого холодильника вместе со шкафом будет иметь первый полюс с постоянной времени десятки или даже сотни секунд. Без пропорционального звена в регуляторе обеспечить стабильность и, тем более, отсутствие перерегулирования (что, наверное, для биологических исследований важно), будет очень не просто.



1 Гц - это довольно низкая частота. Она у вас используется видимо потому, что велика теплоемкость системы, и за 1 секунду температура изменяется на доли градуса.

Пямоугольный ШИМ с током, равным характеристическому (соответствующий положению вершины параболы) имеет один побочный положительный эффект - он линеаризует характеристику Пельтье для режима охлаждения, не изменяя его максимальную производительность. Правда, при этом снижается КПД холодильника при малых токах - всегда много тепла рассеивается на радиаторе.

Ну тогда в схеме что мне досталась: HIP4082, PSMN2R6 и дроссель CHI 211B 4,5/1x0

Во спасибо.

Нет, точнее. Количество тепла пропорционально протекшему заряду. А обратный тепловой поток пропорционален разности температур, - постоянен в стационарном режиме.
Тут в ветке шкаф смешался с микролитровыми пробами.

И теплоемкость постоянна, с точностью до содержимого шкафа-дозатора. А физические коэффициенты пропорциональности точно неизвестны и, как всегда, их неизвестность компенсируется обратной связью. А количество выделившегося на внутреннем сопротивлении холодильника тепла вообще пропорционально интегралу квадрата тока. А приближение рациональной функцией передаточной характеристикой очень и очень примерно из-за уравнения теплопроводности, играющей существенную роль правее первого полюса, образуемого стационарной теплопроводностью и теплоемкостью. Так что с точки зрения управления система с Пельтье это нелинейный объект с преобладающим первым полюсом. И поэтому интегратор в его регуляторе - он не более "точнее", чем в любом ПИД регуляторе. На нулевой частоте дает нулевую ошибку, но и только. Более никаких чудес. С точки зрения достижения точности тут лучше линеаризовать холодильник, скомпенсировав его параболическую характеристику.

Или вы предлагаете добавить в контур прямую связь по расходу в этом дозаторе? Да, это уменьшит влияние переменного расхода на температуру. Но при этом контур должен быть всё равно с состоянием по итоговой производительности Пельтье, и подмешивать в него линейно нужно именно сигнал расхода, а интегрировать нужно уже ошибку обычным образом в контуре регулятора.

Так получилось, что я не представляю системы охлаждения без радиаторов на стороне нагрева и стороне охлаждения, поэтому система с низкой теплоемкостью не укладывается в голове Тем более для биохимии.
В качестве радиаторов алюминиевая пластина 10 мм. Датчик температуры стоит у внешней поверхности, разрешение 0.01 градуса и за секунду вообще ничего не реагирует. Тут речь шла о том, что такие перепады мощности уменьшают время жизни элемента Пельтье, так вот я этого не заметил. Время жизни уменьшается из-за перепадов температуры, а они возможны при плохом теплоотводе.

По поводу линеаризации немного сложнее, потому что характеристика зависит от уставки и температуры на второй стороне. Чтобы было легче жить ПИ-регулятору, я ввел составляющую прямого управления (аналог погодозависимого регулирования в теплотехнике) на основе данных о внешней температуре.

У вас очень большая постоянная времени. Возможно, даже второй полюс имеет частоту меньше герца. Бывает, нужно быстро регулировать температуру холодной стороны по внешнему сигналу, и тогда её теплоемкость минимизируют. Тогда за секунду температура может меняться на единицы градусов, почти как у голого холодильника без нагрузки.

Что такое "вторая сторона"? Физические свойства термоэлементов зависят от темпеературы, конечно, но это уже второе приближение. Поэтому в первом приближении там парабола, и она линеаризуется довольно неплохо. Температура горячей стороны к линеаризации параболы холодильника прямого отношения не имеет, если там радиатор гораздо больше с соответствующей огромной постоянной времени.

Да и перепад температур на горячей стороне всё равно пропорционален полному тепловому потоку, который уже линеаризуется внутри, так что снаружи не остается ничего нелинейного.

И очень правильно сделали, а если еще добавить интегратор тока элемента, будет еще лучше. Сигнал от ПИД и сигналы от тока датчика и внешней температуры должны суммироваться и управлять ШИМом. Коэффициенты нужно подобрать только.

Нет. Внутренний контур должен быть чисто токовым, чтобы компенсировать большие изменения термо-ЭДС. Перед ним должен быть линеаризатор параболы (предполагаю, что линеаризуют не ШИМ), на входе которого - сигнал производительности. Внешняя температура (лучше температура горячей стороны) в простейшем случае подмешивается пропорционально к сигналу производительности к выходу ПИД регулятора, но в общем случае лучше реализовать регулятор общего вида с несколькими входами, используя подходящую физическую модель горячего радиатора. В цифре это не сложно.

Какой-такой параболы? А про токовый я и пишу. Ток (забудем о сигнале внешней температуры) должен быть пропорционален сигналу системы управления (стабилизации) температуры (ПИД или др.). Но, так как ШИМ дает импульсы, то интегратор с компаратором тут помогут сделать автоматический ШИМ с постоянным временем включения. Это для быстрого времени. Медленное время - работа регулятора температуры.

это что то типа схемы заряда аккумулятора получается

Вы видимо пишите про т. н. релейный регулятор, то есть "интегратор с компаратором". Его недостаток - частота зависит от скважности. Вы пишите про "средний ток" и питаете холодильник прямо меандром? Тогда, да, параболы нет, но тепловыделение на горячем радиаторе больше, чем нужно.

Регулятор температуры у вас тоже аналоговый? Да, подбирать коэффициенты регулятора подстроечником для уникального изделия, существующего в одном экземпляре - тоже такая технология существует.

Дроссель сглаживает, интегратор интегрирует. Регулятор температуры частично аналоговый - интегратор, чтобы не использовать 20-разрядный ЦАП. Но иногда и такой. Мороки в 100 раз больше. А настройка на одном. Ведь не все приборы должны работать на северном полюсе... А то, что частота зависит от скважности... так нет там никакой частоты... только импульсы... сигма-дельта модулятор получается... Слыхали, наверное.


А элемент Пельтье - почти конденсатор, немного испорченный. Но не аккумулятор. Нет.

Дроссель сглаживает? Тогда парабола. Однозначно и общеизвестно. Писал ранее. Переносимый поток пропорционален току, а выделяемое внутри элемента Пельтье на его сопротивлении тепло пропорционално квадрату тока. Половина выделяемого тепла должна быть перекачана самим холодильником обратно. Поэтому и парабола с максимумом разности температур при некотором "характеристическом токе".

20-разрядный ЦАП и не нужен. Для интегратора достаточно 20-разрядного сумматора. И многоразрядного АЦП термометров.

У сигма-дельта модулятора есть задающий частоту внешний генератор. Иначе вы путаете.

Ну... не буду с Вами спорить... Есть задающий генератор - контроллер по таймеру измеряет сигнал с интегратора (не ПИД), а того, который интегрирует разность сигналов ПИД и тока. И включает или не включает ток на фиксированное время.
А по поводу сумматора непонятно. Вот как выдавать сигнал с ПИДа без многоразрядного ЦАПа? Там почти все от интегральной части.. В стационаре никакой-такой параболы не нужно учитывать для постоянной температуры, а только вариации тока. А импульс размазывается дросселем для удобства интегратора и др.

С интегратора нужно выдавать старшие битики. Разрядность интегратора имеет прямое отношение к его постоянной времени, но никак не к разрядности ЦАП. Разрядность ЦАП имеет отношение к СКО шума на его цифровом входе. Достаточно, чтобы шум превышал несколько младших разрядов, тогда шум квантования самого ЦАП будет несущественен. В ПИД регуляторе и так обычно есть достаточный шум от дифференциального звена, поэтому большая разрядность не нужна. Но даже если и нету - всегда можно подмешать дополнительный цифровой шум, при желании даже занявшись шэйпингом этого шума. Так как объект управления обычно интегрирующий некоторого порядка, и период обрабортки петли стараются сделать достаточно малым, чтобы не вносить заметных фазовых сдвигов, что тем более просто при управлении медленными Пельтье, этот шум эффективно фильтруется. В конце концов, можно управлять скважностью ШИМ даже потактово, просто со счетчиками с небольшой разрядностью, реализовав передискретизацию и шэйпинг цифрового шума.

Ну-ну. Если мне нужно держать точно температуру, то основной сигнал с интегратора в стационарном режиме. И он не меняется, и выдает нужную мощность... Сколько стоит ОУ с конденсатором?
И не уговаривайте меня делать его внутри контроллера... заниматься шейпингом я предпочитаю в другом месте.