Hallo,
ich habe einige Peltierelemente auf einen Kühlkörper montiert und elektrisch in Reihe geschalten (21x TEC1-127080).
Am Labornetzteil habe ich die Spannung stufenweise angehoben und bei einer Gesamtspannung von 150V/DC leuchtete ein Peltierelement hell auf und war danach hochohmig.
Ich gehe davon aus, dass sich die Spannung der in Reihe geschalteten Peltierelemente ungleichmäßig aufgeteilt hatte.
Wie schaffe ich da Abhilfe? Eine Z-Diode welche die höhe der Nennspannung des Peltierelementes hat parallel zu jeden Element schalten?
Symmetrierwiderstände wie bei einer Reihenschaltung von Kondensatoren einsetzen?
Peltierelemente sind leitende PN Übergänge, also sollten sich die Spannungen gleichmässig aufteilen. Ähnlich wie in Serie geschaltete Leuchtdioden.
Es sollten aber gleiche Elemente in Serie geschaltet werden.
Ist der Strom zu hoch, dann können die Elemente defekt werden. Das schwächste Element hat zuerst seinen Geist aufgegeben. Der Strom muss begrenzt werden.
Ich gehe davon aus, dass sich die Spannung der in Reihe geschalteten
Peltierelemente ungleichmäßig aufgeteilt hatte.
Oder die waren nicht alle gut mit dem KK verbunden und es gab einen Hotspot oder du hast eines davon bei der Montage angeknackst oder es war gar schon vorgeschädigt.
Wie schaffe ich da Abhilfe?
Ich würde die Dinger erst mal einzeln testen.
Und dann würde ich schon früh ab niedriger Spannung das Verhalten der Peltierelemente (Spannungsverteilung, Wärmeverteilung) kontrollieren.
Wie schaffe ich da Abhilfe?
Schalte sie parallel. Dann sieht jedes Pelztier nicht mehr Spannung als jedes andere.
Denn die vielen tausende klitzeklinen Peltierelemente auf 1 größeren Peltierelement sind ja auch alle parallel geschaltet.
Das mit der Z-Diode ist eine Sackgasse. Mit ein Wenig nachsinnieren über die beteiligten Spannungen und Ströme wird dir das schnell klar.
Denn die vielen tausende klitzeklinen Peltierelemente auf 1 größeren
Peltierelement sind ja auch alle parallel geschaltet.
Nein, die sind alle hintereinander geschaltet, und es sind auch keine pn-Übergänge, sondern abwechselnd p- und n-leitende Halbleiterwürfel, die über Brücken aus Kupferblech mäanderförmig miteinander miteinander verbunden sind.
_P-N_P-N_P-
bei
einer Gesamtspannung von 150V/DC leuchtete ein Peltierelement hell auf
und war danach hochohmig.
Evtl hast du die Spannungsfestigkeit der Deckplatte überschritten.
Viele der heute verkauften Peltiers aus Chinesien werden zwar mit Keramikplatten zusammengehalten, auf deren Innenseiten die Kupferbrücken aufmetallisiert sind, aber ich kenne auch Typen, bei denen die Deckplatten aus Aluminiumblech bestehen.
Zwischen diesem Alublech und den Kupferbrücken befindet sich eine dünne wärmeleitende Kunststofffolie. Die schwarze Farbe dieser Folie lässt vermuten, dass der Kunststoff mit Graphit oder Metallpulver versetzt ist um die Wärmeleitfähigkeit zu erhöhen.
Da beide Füllstoffe elektrisch leiten, geht das leider auf Kosten der elektrischen Isolationsfähigkeit.
Der Poster hat nahezu alles falsch gemacht. Peltier sind zwischen zwei Oberflaechen, da ist nichts mit "sehen". Dann sollte man die Temperaturen kontrollieren. Fuer besten Wirkungsgrad sollte man sie am unteren Ende der spezifizierten Leistung betreiben, nicht am Oberen.
Dann sollte beachtet werden, dass die Waermeleistung, zB 15W thermisch bedeutet, dass soviel Waerme transportiert wird bei einer Temperaturdifferenz von Null. Und dass bei der maximalen Temperaturdifferenz die Waermeleistung auf Null abgesunken ist.
Es gibt seitenweise Application Notes bei den Herstellern, die sollte man lesen.
in Reihe geschalten (21x TEC1-127080).
Am Labornetzteil habe ich die Spannung stufenweise angehoben und bei
einer Gesamtspannung von 150V/DC leuchtete ein Peltierelement hell auf
und war danach hochohmig.
Aus dem quasi nicht auffindbaren Datenblatt:
TEC1-127080 => 15.4 V/DC 8.5 A 72 W * 21St. => 323,4V / 1,5KW
"Temperatur-Differenz (max.) 67 °C"
Fragen:
Hattest du das Labornetzteil wenigstens zuvor auf eine Strombegrenzung von 8,5A eingestellt?
Wie hoch war der tatsächliche Strom kurz vor dem Durchbrennen?
Wie hast du die maximal zulässigen Temperaturen überwacht?
Wie sieht dein Gesamtaufbau aus um die 1,5KW auch zuverlässig innerhalb der erlaubten Temperaturen abzuführen?
Meine Glaskugel sagt irgendwie du hast die nackten PE angeschlossen und hast gehofft das diese die ca. 600W (geschätzt 150V * 4A) irgendwohin los werden und nicht anfangen zu glühen.
ich habe einige Peltierelemente auf einen Kühlkörper montiert
Du hast aber schon die Seite auf den KK montiert, die heiß wird?
Diese heiße Seite muss nämlich laut Datenblatt immer(!) auf unter 90°C gekühlt werden.
ja - das geht ... du musst aber berücksichtigen, dass jede weitere Stufe ungefähr die doppelte Leistung jaben muss. Schließlich muss sie die transportierte Wärme + die Verlustwärme des vorhergehenden Peltiers abführen.
und natürlich wäre es sinnvoll jedes der Elemente separat zu regeln udn einen entsprechenden Kupferblock (zur Wäremespreizung und für etwas thermische Trägheit) dazwischen zu klemmen.
Zwei gleiche Elemente intereinander fangen wunderbar an zu schwingen - selbst mit einer entsprechenden Regelung (kann ich aus Erfahrung schreiben ;) )
Wenn man die Dinger stackt bekommt man Pyramiden, zweistufig geht noch, um zB -20 .. +60 unter Schutzgas durchzufahren
Die 3 Stufigen sind dann eher fuer's Vakuum.
Zwei gleiche Elemente intereinander fangen wunderbar an zu schwingen
Die "schwingen" irgendwie, wenn die elektrisch und mechanisch/thermisch "hintereinander geschaltet" sind? Welcher physikalische Mechanismus bringt da ein schwingungsfähiges Verhalten mit sich?
Da steht eigentlich alles gut erklärt drin, muß man halt lesen
Falls das die Antwort auf meine Frage ist: ich kann dort nichts finden (auch nicht in den Punkten 30..36) was auf ein mechanisch oder thermisch schwingungsfähiges Verhalten hindeutet.
Die "schwingen" irgendwie, wenn die elektrisch und mechanisch/thermisch
"hintereinander geschaltet" sind? Welcher physikalische Mechanismus
bringt da ein schwingungsfähiges Verhalten mit sich?
Das war die Kombination aus 2 Peltier + einen entsprechenden Regler mit Temperatursensor. Da konnte ich wunderbar zuschauen wie der Strom sich verändert hat - die Periode lag bei ca 3 Sekunden...
Aber am Ende hat sich bei dem Versuchsaufbau herausgestellt dass die Reifbildung eh vernünftige Messergebnisse verhindert. Also abgebucht unter 'Erfahrungen', das Zeug liegt aber immer noch im Schrank ;)
Evtl hast du die Spannungsfestigkeit der Deckplatte überschritten.
Viele der heute verkauften Peltiers aus Chinesien werden zwar mit
Keramikplatten zusammengehalten, auf deren Innenseiten die Kupferbrücken
aufmetallisiert sind, aber ich kenne auch Typen, bei denen die
Deckplatten aus Aluminiumblech bestehen.
Zwischen diesem Alublech und den Kupferbrücken befindet sich eine dünne
wärmeleitende Kunststofffolie. Die schwarze Farbe dieser Folie lässt
vermuten, dass der Kunststoff mit Graphit oder Metallpulver versetzt ist
um die Wärmeleitfähigkeit zu erhöhen.
Da beide Füllstoffe elektrisch leiten, geht das leider auf Kosten der
elektrischen Isolationsfähigkeit.
Den Punkt finde ich durchaus beachtenswert. Wenn man viele in Reihe schaltet und auf einen Kühlkörper packt könnte das durchaus zum Problem werden.
Aber der Thread scheint eh zu nichts zu führen. Der TO hat ihn aufgemacht und meldet sich nicht mehr.
Vielleicht hat er völlig blauäugig Elemente unterschiedlicher Leistung in Reihe geschaltet und wundert sich dann darüber dass das schwächste verreckt wenn er einfach die Nennspannungen der Elemente addiert und anlegt.
in Reihe geschalten (21x TEC1-127080).
Am Labornetzteil habe ich die Spannung stufenweise angehoben und bei
einer Gesamtspannung von 150V/DC leuchtete ein Peltierelement hell auf
und war danach hochohmig.
Aus dem quasi nicht auffindbaren Datenblatt:
TEC1-127080 => 15.4 V/DC 8.5 A 72 W * 21St. => 323,4V / 1,5KW
"Temperatur-Differenz (max.) 67 °C"
Bei Völkner gibt es das auch zu kaufen. Also vielleicht verstehe ich es ja falsch, aber da steht doch etwas zur maximalen Leistung im Datenblatt.
Wenn man mal 16,4V * 8,5A rechnet, dann liegt man „unwesentlich“ über den erlaubten 82W - bei 50 Grad Hot site temperature.
Sozusagen tot gegrillt…
Nachtrag: Man muss also den optimalen Arbeitspunkt über U/I einstellen.
Wenn man mal 16,4V * 8,5A rechnet, dann liegt man „unwesentlich“ über
den erlaubten 82W - bei 50 Grad Hot site temperature.
Nun, die 16V 8A sind die maximale elektrische Leistung, soviel elektrisch wird verbraten. die 82W sind die thermische Leistung. Soviel Waerme wird gepumpt. Bei einer Temperaturdifferenz von Null. Auf der Warmseite erscheinen dann die elektrischen 130W plus die gepumpten 82W, um die 200W. Bei einer Temperaturdifferenz von Null. Dh man muss die 200W wegbringen um die Temperatur zu halten. Mit kuehlen ist dann noch nichts. Sofern man die 200W mit minimaler Temperatudifferenz (optimal Null) wegbringt faengts an zu Kuehlen. Dabei nimmt die Pumpleistung ab, waehrend die elektrische Leistung konstant bleibt.
Wenn man die Dinger stackt bekommt man Pyramiden, zweistufig geht noch,
um zB -20 .. +60 unter Schutzgas durchzufahren
Die 3 Stufigen sind dann eher fuer's Vakuum.
Sowas nennt sich dann "Pagodenkühler". Die unteren "Pelztiere" müssen
ja grösser sein, weil sie mehr Wärmeleistung wegkühlen müssen wie
die oberen. Solche Kühler hat man zumindest früher gern für Kamera-
sensoren benutzt, um deren Rauschen zu vermindern.
Die "schwingen" irgendwie, wenn die elektrisch und mechanisch/thermisch
"hintereinander geschaltet" sind? Welcher physikalische Mechanismus
bringt da ein schwingungsfähiges Verhalten mit sich?
Stellenweise. Stellenweise ja auch in Bayern. Stellenweise
eben auch in Rest-Deutschland (ohne bajuwarisch-dialektische
Einflüsse), wie man immer wieder mal liest.
Jedoch nutzt man(n) auch in Bayern /schon/ mehrheitlich das
(so richtige) "(ei'-|aus-|ab-|auf-|weg-|zua-) g'schalt't".
Wenn man mal 16,4V * 8,5A rechnet, dann liegt man „unwesentlich“ über
den erlaubten 82W - bei 50 Grad Hot site temperature.
…
Waerme wird gepumpt. Bei einer Temperaturdifferenz von Null. Auf der
Warmseite erscheinen dann die elektrischen 130W plus die gepumpten 82W,
um die 200W. Bei einer Temperaturdifferenz von Null. Dh man muss die
200W wegbringen um die Temperatur zu halten. Mit kuehlen ist dann
Das kann ich schwerlich glauben. Das Teil ist zwar 4x4 cm2 groß, aber mit 200W befeuert ist das eine Heizplatte - ohne Lüfter, keine Chance.
Im Übrigen ist der Betrieb der Peltier Elemente ohne Kühlkörper nicht ratsam bzw. nicht zulässig.
Ja, nur muss die Größe zunehmen, weil jeweils die Abwärme der davor
liegenden zusätzlich transportiert werden muss.
Fast.
Baut man trotzdem besser nicht selbst, weil der Aufbau der Etagen etwas abweicht, damit sie auch elektrisch hintereinander geschaltet werden können.
Sinnigerweise betreibt man zur Kühlung verwendete Peltiers ja so auf, dass die Stromzuführungen auf der gleichen Seite -der Warmseite- sind, damit keine Wärmebrücke entsteht, und die mühsam erzeugt Kälte über die dicken Kupferkabel entschwindet.
Dementsprechend werden bei den üblichen einstufigen Peltiers die p- und n- Halbleiter paarweise verwendet.
Bei den Pagoden ist nur die oberste, kleinste, Stufe so aufgebaut.
Die darunterliegenden Etagen, sind als Doppel-Arrays organisiert, wobei in jedem Array ein p- bzw. n- Element fehlt um einen thermisch einwandfreien Übergang zu den benachbarten Etagen zu ermöglichen.
Waerme wird gepumpt. Bei einer Temperaturdifferenz von Null. Auf der
Warmseite erscheinen dann die elektrischen 130W plus die gepumpten 82W,
um die 200W. Bei einer Temperaturdifferenz von Null. Dh man muss die
200W wegbringen um die Temperatur zu halten. Mit kuehlen ist dann
Das kann ich schwerlich glauben. Das Teil ist zwar 4x4 cm2 groß, aber
mit 200W befeuert ist das eine Heizplatte - ohne Lüfter, keine Chance.
Im Übrigen ist der Betrieb der Peltier Elemente ohne Kühlkörper nicht
ratsam bzw. nicht zulässig.
Die Temperturdifferenz ist Extrapoliert. Kein Wunsch. Einfach mal die Spezifikationen anschauen. Die maximale Qaermeleistung ist Temperaturdifferen Null, und nimmt dann ab. Anbei
Gebräuchliche Peltiers haben eine Kennzeichnung von Plus und Minus.
Beide Anschlüsse sind dann auf der Warmseite.
Ich kenne nur solche, wie oben in der Peltier-Pyramide abgebildet.
Anschlüsse als rotes und schwarzes Kabel an der Seite.
Seltsamerweise ist bei denen, die wir in der Firma verwenden, die Warm- und Kaltseite nicht markiert, sondern irgendwer hat handschriftlich "hot" draufgeschrieben.
Hallo ihr lieben,
Vielen Dank für eure Rückmeldungen. Sorry das ich jetzt erst schreibe.
Die Elemente wurden an einen Labornetzteil betrieben. Der Strom durch die Elemente lag bei 3,5A.
Die Heiße Seite lag für den Versuchsaufbau auf einen dicken Aluminiumblech, welches keine 60 Grad heiß war, als es zum durchbrennen des Elements kam.
Eine Verschaltung in Reihe wäre mir aufgrund der einfachen Umsetzung schon lieber.
Das Abführen der Wärme soll später über eine entsprechend Dimensionierte Wasserkühlung dimensioniert werden, welche ich im kleinen Maßstab schon erprobt habe.
Kann ich also ausschließen, dass es an der zu hohen Temperatur und an den zu hohen Strom liegt?
Allenfalls liegt's auch an der Montage. Das Datenblatt besagt, ein Peltier muss ohne(!) Druck montiert werden. Die Keramik kann brechen. zB einen Span unterklemmen genuegt. Oder die Verbindung zwischen Keramik und Halbleiter loest sich punktuell, und die Waermeleitung ist weg. Es gibt Leute, die verwenden Waermeleitpaste und erhoehen den Druck graduell. Und hoffen so, dass sich der Druck auf die gesammt Flaeche verteilt. Der Druck wird natuerlich nicht mit Schrauben direkt erzeugt, sondern ueber Federn. Auch wegen der Temperaturausdehnung.
Ich verwende nur ueberfraeste Flaechen, und verwende Silikonfett, anstelle von Waermeleitpaste. Das Fett ist duennfluessiger, verteilt sich besser und erlaubt daher substantiell duennere Schichten. Hatte bisher nie einen Bruch, oder Ueberhitzung oder dergleichen.
Also gehe ich richtig der Annahme,
das ihr eher eine Überhitzung als Ursache für das aufgeben des Elementes seht und nicht, dass sich die Spannung ungleichmäßig aufgeteilt hat?
Solange du Geheimdienst spielst und keinerlei Fakten auf den Tisch legst kann man alle möglichen Annahmen treffen.
Das nennt sich Spekulation und wurde hier schon in die unterschiedlichen Richtungen gemacht.
Jetzt liegt es an dir mit den nur dir zugänglichen Infos die richtigen Spekulationen auszuwählen.
Die Heiße Seite lag für den Versuchsaufbau auf einen dicken
Aluminiumblech, welches keine 60 Grad heiß war, als es zum durchbrennen
des Elements kam.
Wenn das nur auf dem Blech lag, reicht das keinesfalls für eine wirksame Kühlung. Man muss das schon befestigen und mit etwas Wärmeleitendem die Luft verdrängen.
Iirc darf die Warmseite von Peltier-Kühlern nicht über 80°C kommen, denn in der Gegend von 100°C schmilzt das Lot, mit dem die Wismuttellurid-Würfelchen auf die Kupferstreifen gelötet sind.
Das Leuchten, das du gesehen hast, dürften die Lichtbögen gewesen sein, die entstanden, als sich diese Kontaktstellen in Wohlgefallen aufgelöst haben.
Thermoelektrische Generatoren TEG, die mit diesem Material aufgebaut sind, sind anders dotiert und gelötet und halten deshalb höhere Temperaturen aus.
Die Heiße Seite lag für den Versuchsaufbau auf einen dicken
Aluminiumblech, welches keine 60 Grad heiß war, als es zum durchbrennen
des Elements kam.
Es kommt nicht auf die Temperatur des Bleches an, sondern auf die der heißen Seite des Peltier-Elements. Bei 3.5A setzt du in einem Element eine Leistung von etwa 50W um, die über eine Fläche von 40x40mm² (0.0016m²) abgegeben werden muss. Durch die Oberflächenrauhigkeit von Keramik und Alu hast du immer einen Luftfilm zwischen den Bauteilen, d.h. ohne Einsatz von Wärmeleitpaste o.ä. zur Überbrückung hast du es mit den Wärmeübergängen Keramik-Luft und Luft-Aluminium zu tun und das funktioniert nicht so wirklich gut, d.h. du bekommst für den Wärmeübergang auf die Aluplatte eine erhebliche Temperaturdifferenz.
