Оценка возможности использования датчика Пельтье как теплового реле для асинхронных двигателей

Вве^ение. Элемент Пельтье это термоэлектрический преобразователь принцип действия, которого основан на эффекте Пельтье. Суть этого эффекта заключается в том, что при протекании тока в цепи, состоящей из разнородных полупроводников (полупроводниковых материалов с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости) в местах контакта в зависимости от направления тока, поглощается или выделяется тепло.

Данное исследование основано на использовании эффекта Зеебека – явления возникновения ЭДС в электрической цепи, состоящей из последовательно соединённых разнородных полупроводников, контакты ме^ду которыми находятся при различных температурах.

Широкого распространения элемент Пельтье не получил, в основном сфера его применения это охла^дение. Его используют для охла^дения воды в кулерах, прикрепляя Пельтье холодной стороной к резервуару с водой, а к горячей радиатор охла^дения. С помощью данного элемента изготавливают портативные холодильники, работающие от постоянного тока, напря^ением 12В, так ^е существуют автомобильные холодильники, созданные на базе элемента Пельтье. Ещё один вариант применения – это охла^дения компьютерного процессора. Так^е иногда его используют как термогенератор, например, для подзарядки телефона.

Перспективы использования элемента как датчика для асинхронных двигателей это снятие показаний нагрева двигателя во времени, а так^е сигнализация при дости^ении критической температуры (тепловое реле). Использование этого типа датчиков особенно актуально для сельского хозяйства, так как там двигатели работают в более ^ёстких по температурным условиям ре^имах. Это относится как к двигателям, установленным на зерновых дворах, так и для обеспечения технологических процессов в ^ивотноводстве.

Для использования датчиков в виде теплового реле необходимо изучить возмо^ность установки датчика на корпус асинхронного двигателя, а так^е изучить связь ме^ду выходными параметрами датчика и температурой внутри двигателя.

Целью исследования является оценка возмо^ности использования элемента Пельтье в качестве теплового реле в составе асинхронного двигателя.

В данном исследовании были поставлены две задачи:

• 1.    Разработать способ установки датчика на двигатель.

• 2.    Провести серию экспериментов для оценки возмо^ности регистрации температуры работающего двигателя.

Материалы, мето^ы и результаты иссле^ований. Для измерения нами использовались следующие приборы: пирометр, термо-анимометр, милливольтметр. Для эксперимента был использован трехфазный асинхронный двигатель производства Чехословакии «MezMohelnice» 1992 г. производства.

При помощи пирометра, было определенно одно из мест наибольшего нагрева двигателя, им явилась фронтальная крышка. В целях разработки способа крепления было решено снять фронтальную крышку для визуального осмотра возмо^ного способа крепления. Самым рациональным способом крепления явилось болтовое соединение радиатора (используемого для отвода тепла) и крышки двигателя. После того как элемент Пельтье был закреплен на двигателе приступили непосредственно к самому эксперименту. Подсоединив элемент Пельтье к миливольтметру, запустили двигатель. Во время эксперимента температура воздуха в помещении была 23,1°С.

Замеры проводили в течении 30 минут во время работы двигателя и 30 минут после, с интервалом в 5 минут (пирометром измеряли температуру двигателя и снимали показания с миливольтметра). По полученным данным во время работы двигателя были построены графики, представленные на рисунках 1, 2.

^{Т дви}г, С        —♦—Температура двигателя   —■— Температура радиатора

Т рад, ° С

Рисунок 1 – Зависимость температур двигателя и радиатора от времени (нагрев)

Рисунок 2 – Зависимость напря^ения от температуры двигателя (нагрев)

Согласно полученным экспериментальным данным напря^ение на выходе элемента Пельтье имеет квадратичную зависимость от температуры двигателя (рис. 3, 4).

^{Т дви}г, С     —д—Температура Двигателя--Температура радиатора

Т рад, ° С

Рисунок 3 – Зависимость температур двигателя и радиатора от времени (остывание)

Рисунок 4 – Зависимость напря^ения от температуры двигателя (остывание)

При остывании двигателя напря^ение на выходе элемента Пельтье носит экспоненциальную зависимость.

Выво^ы. В ходе эксперимента были получены уравнения, которые позволяют установить скорость нагрева и остывания датчика и перейти непосредственно к их анализу. По данным, полученным в ходе эксперимента, мо^но сделать вывод, что действительно элемент Пельтье мо^но использовать для регистрации температуры работающего двигателя. В ходе дальнейших экспериментов необходимо установить передаточный коэффициент ме^ду температурой внутри асинхронного двигателя и температурой на датчике.