vdgtuВестник Дагестанского государственного технического университета. Технические наукиHerald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences2073-61852542-095XDaghestan State Technical University10.21822/2073-6185-2023-50-1-33-41vdgtu-1214Research ArticleЭНЕРГЕТИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНИКАENERGY AND ELECTRICAL ENGINEERINGОптимизация термоэлектрических систем контроля температурыOptimization of thermoelectric temperature control systemsСемилякА. И.SemilyakA. I.

Cемиляк Александр Иванович, старший преподаватель кафедры теоретической и общей электротехники 

367026, г. Махачкала, пр. И. Шамиля, 70

Alexander I. Semilyak, Senior Lecturer of the Department of Theoretical and General Electrical Engineering

70 I. Shamilya Ave., Makhachkala 367026

asemilyak@mail.ruСаркаровТ. Э.SarkarovT. E.

Саркаров Таджидин Экберович, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры теоретической и общей электротехники 

367026, г. Махачкала, пр. И. Шамиля, 70

Tadzhidin E.Sarkarov, Dr. Sci. (Eng.), Prof., Department of Theoretical and General Electrical Engineering

70 I. Shamilya Ave., Makhachkala 367026

sarkarovta@mail.ruЕвдуловД. В.EvdulovD. V.

Евдулов Денис Викторович, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры теоретической и общей электротехники 

367026, г. Махачкала, пр. И. Шамиля, 70

Denis V.Evdulov, Cand. Sci. (Eng.), Senior Lecturer, Department of Theoretical and General Electrical Engineering

70 I. Shamilya Ave., Makhachkala 367026

evdulovdenis@yandex.ruНазаровК. К.NazarovK. K.

Назаров Кадыр Курбанович, аспирант кафедры управления и информатики в технических системахи вычислительной техники 

367026, г. Махачкала, пр. И. Шамиля, 70

Kadyr K. Nazarov, Postgraduate student of the Department of Control and Informatics in Technical Systems and Computer Engineering

70 I. Shamilya Ave., Makhachkala 367026

nazarov.kadi@yandex.ruДагестанский государственный технический университетРоссияDaghestan State Technical UniversityRussian Federation2023080520235013341Copyright © Семиляк А.И., Саркаров Т.Э., Евдулов Д.В., Назаров К.К., 20232023Семиляк А.И., Саркаров Т.Э., Евдулов Д.В., Назаров К.К.Semilyak A.I., Sarkarov T.E., Evdulov D.V., Nazarov K.K.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.dgtu.ru/jour/article/view/1214Цель

Цель. Целью исследования является разработка методов регулирования температуры с помощью элемента Пельтье в заданном диапазоне температур.

 Метод

 Метод. Применен способ нагрева с использованием элемента Пельтье в устройстве контроля температуры небольшой пластины путем регулирования тока и с применением охлаждающего вентилятора для уменьшения инерционности.

Результат

Результат. Получена методика управления элементом Пельтье для поддержания необходимой температуры, которая осуществляется с помощью метода ШИМ, генерируемым процессором ATmega2560. Hмост на интегральной микросхеме L6203 переключает направление тока и может управлять током до 5А на элементе Пельтье с использованием сигнала ШИМ.

 Вывод

 Вывод. Полученный алгоритм управления обеспечивает увеличение тока нагрева на Пельтье до тех пор, пока температура не повысится до заданного высокого значения температуры, а затем, путем изменения направления тока создается ток охлаждения на элементе Пельтье пока температура медной пластины не снизится до заданной низкой температуры. При многократном повторении этой последовательности, отслеживается закономерность изменения температуры для исследования процесса нагрева и охлаждения пластины с помощью элемента Пельтье

Objective

Objective. The aim of the study is to study the methods of temperature control using the Peltier element in a given temperature range.

Method

Method. A heating method is applied using a Peltier element in a temperature control device of a small plate by regulating the current and using a cooling fan to reduce inertia.

Result

Result. A technique for controlling the Peltier element to maintain the required temperature is obtained, which is carried out using the PWM method generated by the ATmega2560 processor. The H-bridge on the L6203 integrated circuit switches the current direction and can control the current up to 5A on the Peltier element using a PWM signal.

Conclusion

Conclusion. The resulting control algorithm provides an increase in the heating current on the Peltier until the temperature rises to a predetermined high temperature value, and then by changing the direction of the current, a cooling current is created on the Peltier element until the temperature of the copper plate drops to a predetermined low temperature. With repeated repetition of this sequence, the regularity of temperature changes is monitored to study the process of heating and cooling the plate using the Peltier element.

элемент Пельтьеэффект Зеебекатермоэлектрический элементтермо-ЭДСширотно-импульсная модуляция (PWM)Peltier elementSeebeck effectthermoelectric elementthermo-EMFpulse width modulation (PWM)ReferencesМедведев Д.М. Структуры и алгоритмы обработки данных в системах автоматизации и управления : учебное пособие / Медведев Д.М.. - Москва : Ай Пи Ар Медиа, 2023. - 120 c.- ISBN 978-5-4497- 1873-0. - Текст : электронный // IPR SMART : [сайт]. - URL: ttps://www.iprbookshop.ru/ 127572.html.Medvedev D.M. Structures and algorithms of data processing in automation and control systems : textbook / Medvedev D.M.. - Moscow : AI Pi Ar Media, 2023; 120.- ISBN 978-5-4497-1873-0. - Text : electronic // IPR SMART : [website]. - URL: ttps://www.iprbookshop.ru/127572.html. [In Russ].Жмудь В.А. Системы автоматического управления. Новые концепции и структуры регуляторов : учебник / Жмудь В.А., Димитров Л.В., Носек Я.. - Москва : Ай Пи Ар Медиа, 2023. - 158 c. - ISBN 978-5-4497-1876-1. - Текст : электронный // IPR SMART : [сайт]. - URL: https:// www.iprbookshop.ru/ 127571.html.Zhmud V.A. Automatic control systems. New concepts and structures of regulators : textbook / Zhmud V.A., Dimitrov L.V., Nosek Ya.. - Moscow : AI Pi Er Media, 2023;158. - ISBN 978-5-4497-1876-1. - Text : electronic // IPR SMART : [website]. - URL: https://www.iprbookshop.ru/ 127571.html. [In Russ].Ким К.К. Электрические измерения неэлектрических величин : учебное пособие / Ким К.К., Анисимов Г.Н., Ткачук А.А.. - Москва : Ай Пи Ар Медиа, 2023. - 144 c.-— ISBN 978-5-4497-1881-5. - Текст : электронный // IPR SMART : [сайт]. - URL: https://www.iprbookshop.ru/127578.html.Kim K.K. Electrical measurements of non-electrical quantities : textbook / Kim K.K., Anisimov G.N., Tkachuk A.A.. - Moscow : AI Pi Er Media, 2023; 144.- ISBN 978-5-4497-1881-5. - Text : electronic // IPR SMART : [website]. - URL: https://www.iprbookshop.ru/127578.html. [In Russ].Лепявко А.П. Контактные средства измерений температуры : учебное пособие / Лепявко А.П.. - Москва : Академия стандартизации, метрологии и сертификации, 2022. - 88 c. - ISBN 978-5-93088- 216-2. - Текст : электронный // IPR SMART : [сайт]. - URL: https://www.iprbookshop.ru/ 126032.html.Lepyavko A.P. Contact temperature measuring instruments : textbook / Lepyavko A.P.- Moscow : Academy of Standardization, Metrology and Certification, 2022; 88. - ISBN 978-5-93088-216-2. - Text : electronic // IPR SMART : [website]. - URL: https://www.iprbookshop.ru/ 126032.html. [In Russ].Лысенко, В. Г. Микропроцессорные информационно-управляющие системы : учебное пособие / В. Г. Лысенко, О. В. Кубкина. - Ростов-на-Дону : РГУПС, 2019. - 70 с. - ISBN 978-5-907494-05-3. - Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. - URL: https://e.lanbook.com/ book/261956.Lysenko, V. G. Microprocessor information and control systems : textbook / V. G. Lysenko, O. V. Kubkina. - Rostov-on-Don : RSUPS, 2019; 70 - ISBN 978-5-907494-05-3. - Text : electronic // Lan : electronic library system. - URL: https://e.lanbook.com/ book/261956. [In Russ].Трофименко, В. Н. Микропроцессорные информационно-управляющие системы связи : учебное пособие / В. Н. Трофименко. - Ростов-на-Дону : РГУПС, 2019. - 120 с. - ISBN 978-5-88814-904-1. - Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. - URL: https://e.lanbook.com/ book/134040.Trofimenko, V. N. Microprocessor information and control communication systems : textbook / V. N. Trofimenko. - Rostov-on-Don : RSUPS, 2019; 120. - ISBN 978-5-88814-904-1. - Text : electronic // Lan : electronic library system. - URL: https://e.lanbook.com/ book/134040. [In Russ].Кузнецов, Е. Н. Элементная база и функциональные узлы информационно-измерительных и управляющих систем : учебное пособие / Е. Н. Кузнецов. - Пенза : ПГУ, 2019.- 348 с. - ISBN 978-5- 907102-89-7. - Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. - URL: https:// e.lanbook.com/book/162234.Kuznetsov, E. N. Element base and functional nodes of information-measuring and control systems : textbook / E. N. Kuznetsov. - Penza : PSU, 2019; 348 - ISBN 978-5-907102-89-7. - Text : electronic // Lan : electronic library system. - URL: https:// e.lanbook.com/book/162234. [In Russ].Деулин, Б. И. Элементная база электроники : учебное пособие / Б. И. Деулин. - Орел : ОрелГАУ, 2013. - 131 с. - Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. - URL: https://e.lanbook.com/book/71395.Deulin, B. I. The element base of electronics: a textbook / B. I. Deulin. - Orel : OrelGAU, 2013; 131 - Text : electronic // Lan : electronic library system. - URL: https://e.lanbook.com/book/71395. [In Russ].Мирина, Т. В. Функциональные электронные узлы измерительных и диагностических систем : учебное пособие / Т. В. Мирина, Н. В. Мирин. - 3-е изд. - Москва : ФЛИНТА, 2012.- 271 с. - ISBN 978-5-9765-1518-5. - Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. - URL: https://e.lanbook.com/book/60734.Mirina, T. V. Functional electronic components of measuring and diagnostic systems: textbook / T. V. Mirina, N. V. Mirin. - 3rd ed. - Moscow: FLINT, 2012; 271. - ISBN 978-5-9765-1518-5. - Text: electronic // Lan: electronic library system. - URL: https://e.lanbook.com/book/60734. [In Russ].Бусурин, В. И. Основы получения информации в измерительных и управляющих системах : учебное пособие / В. И. Бусурин, Н. А. Макаренкова, Л. А. Шлеенкин. - Москва : МАИ, 2022. - 102 с. - ISBN 978-5-4316-0890-2. - Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. - URL: https://e.lanbook.com/book/298583.Busurin, V. I. Fundamentals of obtaining information in measuring and control systems: textbook / V. I. Busurin, N. A. Makarenkova, L. A. Shleenkin. Moscow : MAI, 2022; 102 - ISBN 978-5-4316-0890-2. - Text : electronic. Lan : electronic library system. - URL: https://e.lanbook.com/book/298583. [In Russ].W. S. Jeon, D. Y. Pang, K. H. Choi, T. K. Kwon, N. G. Kim and S. C. Lee, “Temperature control of aluminum plate using Peltier element,” Proceedings of KSPE 2004, pp.764-767, October, 2004.(in Korean).W. S. Jeon, D. Y. Pang, K. H. Choi, T. K. Kwon, N. G. Kim and S. C. Lee, “Temperature control of aluminum plate using Peltier element,” Proceedings of KSPE 2004, pp.764-767, October, 2004 [In Korean]W. S. Jeon, D. Y. Pang, K. H. Choi, T. K. Kwon, N. G. Kim and S. C. Lee, “Temperature-pressure characteristics of SMH actuator using Peltier module,” Journal of Control and Systems Engineering, Vol.7, No.1, pp.191-194, December, 2004.(in Korean).W. S. Jeon, D. Y. Pang, K. H. Choi, T. K. Kwon, N. G. Kim and S. C. Lee, “Temperature-pressure characteristics of SMH actuator using Peltier module,” Journal of Control and Systems Engineering, 2004; 7(1): 191-194 [In Korean]Gao, Min., and Rowe, D. M., “Improved model for calculating the coefficient of performance of a Peltier module,” Energy conversion & Management, Vol.41, pp.163-171, 2000.Gao, Min., and Rowe, D. M., “Improved model for calculating the coefficient of performance of a Peltier module,” Energy conversion & Management, 2000;41:163-171.Chein, Reiyu., and Huang, Guanming., “Thermo- electric cooler application in electronic cooling,” Applied Thermal Engineering, Vol.24, pp. 2207- 2217, 2004.Chein, Reiyu., and Huang, Guanming., “Thermo- electric cooler application in electronic cooling,” Applied Thermal Engineering, 2004; 24: 2207- 2217Dilhaire, Stefan, Salhi, Amine, Grauby, Stephane, and Claeys, Wilfrid, “Laser Seebeck Effect Imaging(SEI) and Peltier Effect Imaging(PEI): complementary investigation methods,” Microelectronics Reliability, Vol.43, pp.1609-1613, 2003.Dilhaire, Stefan, Salhi, Amine, Grauby, Stephane, and Claeys, Wilfrid, “Laser Seebeck Effect Imaging(SEI) and Peltier Effect Imaging(PEI): complementary investigation methods,” Microelectronics Reliability, 2003; 43:1609-1613Kang, B. H., Chang, H. J., Kim, S. Y., and Kim, S., “Cooling characteristics at hot side of the thermoelectric module for an air conditioner,” Korea J. of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering, Vol. 14, No.3, pp.482-488, 2002.Kang, B. H., Chang, H. J., Kim, S. Y., and Kim, S., “Cooling characteristics at hot side of the thermoelectric module for an air conditioner,” Korea J. of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering, 2002; 14(3):482-488.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.