СБОРНИК
НАУЧНЫХ ТРУДОВ НГТУ

ISSN: 2307-6879
English | Русский

Последний выпуск
№2(92) Апрель - Июнь 2018

Исследование математической модели термостата на основе элемента Пельтье

Выпуск № 3 (89) Июль - Сентябрь 2017
Авторы:

В.А. Гринкевич
DOI: http://dx.doi.org/10.17212/2307-6879-2017-3-62-77
Аннотация

При проектировании термостатов малой мощности и малых размеров могут быть использованы элементы Пельтье, так как такие термостаты меньше по размерам и массе по сравнению с компрессорным холодильным контуром. Применение элемента Пельтье позволяет обеспечить температуру в термостате как выше,так и ниже температуры окружающей среды в отличие от резистивных нагревательных элементов.Такие термостаты применяются для термостатирования приборов с зарядовой связью (ПЗС-матриц) в цифровых фотоаппаратах, лазеров, электронных компонентов, биоматериалов, растений, лекарств. Термоэлектрические термостаты могут применяться в научных исследованиях, например, для формирования температурных воздействий на растения при исследовании стрессоустойчивости от  различных внешних факторов. Термоэлектрическими термостатами можно формировать температурные воздействия на семена растений для улучшения их посевных качеств, в том числе всхожести, энергии прорастания. Также элемент Пельтье применяется в автомобильных холодильниках, медицинских термостатах. В данной работе рассматривается построение математической модели и численное моделирование температурных процессовв термостате на основе элемента Пельтьебез регулятора. Математическая модель необходима для анализа свойств переходных процессов в термостате, а также для последующего синтеза регулятора. Полученная математическая модель термостата на основе элемента Пельтье учитывает возможность работы термоэлектрического термостата в режиме нагревания и в режиме охлаждения. В сравнении с известными в литературе математическимимоделями предлагаемая модель более полно учитывает явления в термостате (например, эффект

Зеебека), а также учитывает процессы теплообмена с окружающей средой, что позволяет точнее описывать температурные процессы в термостате. На основе полученной математическоймодели было проведено численное моделирование в программе Matlab:Simulink. Результаты численного моделирования позволили оценить вид и время переходных процессов в термостате, возможный диапазон изменения температур в термостате, рабочий диапазон тока через элемент Пельтье. Полученные данные могут быть использованы для решения задачи синтеза системы управления температурным режимом термостата.


Ключевые слова: элемент Пельтье, термостат, регулирование температуры, математическая модель, нелинейная система, численное моделирование

Список литературы

1. Элемент Пельтье [Электронный ресурс] // Википедия. – URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82_%D0%9F%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D1%82%D1%8C%D0%B5 (дата обращения: 24.11.2017).



2. Сероклинов Г.В., Гунько А.В. Информационные технологии при исследовании изменения биопотенциала растений от действия температуры // Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП-2014): труды XII международной конференции, 2–4 октября 2014 г.: в 7 т. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2014. – Т. 7. – C. 72–75.



3. Сероклинов Г.В. Задачи автоматизации экспериментальных исследований сложных биофизических объектов // Методы и технические средства исследований физических процессов в сельском хозяйстве / Сибирский физико-технический институт аграрных проблем. – Новосибирск, 2001. – С. 46–53.



4. Сероклинов Г.В., Савченко О.Ф., Андреев А.Ю. Методология исследования объектов сельскохозяйственного производства на основе виртуальных средств измерений // Информационные технологии, информационные измерительные системы и приборы в исследовании сельскохозяйственных процессов: материалы Международной научно-практической конференции «Агроинфо-2003». – Новосибирск, 2003. – С. 252–256.



5. Yurkevich V.D. PWM controller design based on singular perturbation technique: a case study of buck-boost DC-DC converter // Proceedings of the 18th IFAC World Congress, Milan, Italy, August 28 – September 2, 2011. – Milan, 2011. – P. 9739–9744.



6. Zinoviev G.S., Yurkevich V.D., Gordeev A.A. PWM current controller design for multi-level DC-DC converter via singular perturbation technique // The 12th International Conference and Seminar on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices (EDM 2011), Erlagol, Altai, Russia, 30 June – 4 July 2011: proceedings. – Novosibirsk, 2011. – P. 390–398.



7. Юркевич В.Д. Синтез систем стабилизации для неаффинных по управлению нелинейных динамических объектов на основе формирования разнотемповых процессов // XII Всероссийское совещание по проблемам управления ВСПУ-2014, Москва, 16–19 июня 2014 г.: труды. – М.: Ин-т проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, 2014. – С. 353–363.



8. Покорный Е.Г., Щербина А.Г. Расчет полупроводниковых охлаждающихся устройств. – Л.: Наука, 1969. – 204 с.



9. Соловьев А.Л. Параметрический синтез регуляторов с широтно-импульсной модуляцией по методу разделения движений: дис. … канд. техн. наук: 05.13.01. – Новосибирск, 2002. – 190 л.



10. Guiatni M., Kheddar A. Modeling identification and control of Peltier thermoelectric modules for telepresence [Electronic resource] // Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control. – 2011. – Vol. 133 (3). – P. 031010. – URL: https://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0ahUKEwjysc27hffTAhXMDZoKHeFGAqsQFggqMAA&url=https%3A%2F%2Fsaturne.lirmm.fr%2Fcontent%2Fdownload%2F8802%2F134594%2Ffile%2FPaper_018_JDSMC_2011.pdf&usg=AFQjCNFyTcGPcG9kVlI6AQf0Z8MLLm9UIA&sig2=T9ksE62D20n6nIZS5UCe3Q (accessed: 24.11.2017).



11. Аунг П.З.Определение условий получения максимальной энергетической эффективности элементом Пельтье // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия Техника и технологии. – 2016. – № 3 (20). – С. 153–158.



12. Исследование теплофизических процессов в системе краткосрочного хранения и транспортировки биологических материалов / Т.А. Исмаилов, О.В. Евдулов, М.А. Хазамова, И.Ш. Миспахов // Вестник Международной академии холода. – 2014. – № 3. – С. 10–14.



13. Белова О.В., Чернышов О.В. Метод математического моделирования тепловых источников в термоэлектрических элементах Пельтье // Научное приборостроение. –Т. 14, № 1. – С. 51–57.



14. Эффект Пельтье [Электронный ресурс] // Википедия. – URL:https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82_%D0%9F%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D1%82%D1%8C%D0%B5 (дата обращения: 24.11.2017).



15. Эффект Зеебека [Электронный ресурс]. – URL: http://thermointech.ru/tech/effekt-zeebeka/ (дата обращения: 24.11.2017).



16. Эффект Томсона [Электронный ресурс] // Википедия. – URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82_%D0%A2%D0%BE%D0%BC%D1%81%D0%BE%D0%BD%D0%B0] (дата обращения: 24.11.2017).



17. Закон Ньютона-Рихмана [Электронный ресурс] // Википедия. – URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%BD_%D0%9D%D1%8C%D1%8E%D1%82%D0%BE%D0%BD%D0%B0_%E2%80%94_%D0%A0%D0%B8%D1%85%D0%BC%D0%B0%D0%BD%D0%B0 (дата обращения: 24.11.2017).



18. Thermoelectric cooler TEC1-12706 [Electronic resource]. – URL: http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/227422/ETC2/TEC1-12706.html (accessed: 27.11.2017).



19. Физический практикум. Ч. 2. Электричество и магнетизм. Колебания и волны: учебное пособие для вузов/ В.В. Ларионов, В.И. Веретельник, Ю.И. Тюрин, И.П. Чернов. – Томск: Изд-во Том.ун-та, 2004. – 254 с.



20. Удельная теплоемкость [Электронный ресурс] // Википедия. – URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%82%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D1%91%D0%BC%D0%BA%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C (дата обращения: 27.11.2017).

Просмотров: 615