文档介绍：西安电子科技大学
硕士学位论文
BiTe基热电模块脉冲方波驱动下的性效研究
姓名:王晓强
申请学位级别:硕士
专业:机械电子工程
指导教师:贾建援
20050101
摘要本文针对基热电模块的常规直流驱动模式,提出了高频脉冲方波驱动的新的驱动模式,并从固体物理学的角度对该驱动模式下热电模块的工况过程进行了分析,建立了相应的热电模块工作性能参量淞俊⑽虏睢制冷效率奈锢肀泶锸剑簧杓浦谱髁颂峁└咂德龀宸讲ㄇ腜原理电路,对热电模块进行了性能参数的测试实验。并据此对热电模块在脉冲驱动模式下的性效表现作了总结归纳,提出了一种有关热电制冷研究的新想法。关键词:热电换热脉宽调制费米能级
.—.琾、瑆:
睢#日期乏盟箜。声/抢锢迹篺明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果;也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处,本人承担一切相关责任。本人签名:关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕业离校后,发表论文或使用论文胙宦畚南喙工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件,允许查阅和借阅论文;学校可以公布论文的全部或部分内容,可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。本人签名创新性声明导师签名
第一章绪论热电制冷研究历史及现状热电制冷又称半导体致冷或温差电制冷。具有热电能量转换特性的材料,在有电流通过时有制冷功能,因此而得名热电制冷。由于半导体材料具有最佳的热电能量转换特性,它的应用才使热电制冷实用化,为此人们又把热电制冷称为半导体致冷。至于温差电制冷名称的由来,是由于先发现了材料的温差电动势之后再发现其反效应,即具有制冷功能的帕尔帖效应,与温差发电对应,把后者称为温差电制冷。由热电原理制成的热电器件,由于具有很多独特的优点,如没有移动部件、结构紧凑、无噪声、无污染、安全不失效等,在少数尖端科技领域已经获得了较为成功的应用。近年来,由于氟里昂对环境的破坏作用己被人们普遍认识,制造无污染、无噪声的制冷机成为制冷技术的追求目标。同时,随着计算机技术、航天技术、超导技术和微电子技术的发展,迫切需要小型静态制冷且能固定安装的长寿命的制冷装置。热电制冷正是由于其在低品位能源利用及环境保护等方面的特殊功能,在各国受到高度重视。随着熟电理论的发展以及研究的不断深入,热电制冷显示了极为广泛的应用前景,国际上正掀起一股强劲的热电研究上世纪初,人们在利用电磁能的大量科学实验中,发现某些金属材料有热电效应。其中最著名的是塞贝克发现的温差电流现象和帕尔帖发现的温度反常现象。年德国科学家塞贝克⑾钟形露忍荻鹊氖匝蕉舜嬖谝坏缡撇睿现象称之为塞贝克效应,为后来用于测温的热电偶和热电能量转换器的应用提供了理论基础【俊T旰螅ü呐炼观察到:当电流流过两种不同的金属时,接头附近的温度将发生变化。但当时帕尔帖并未意识到这一现象与塞贝克效应之间的相互联系。直到年,帕尔帖现象的本质才由楞次隽正确的解释:两个导体是吸热还是放热取决于流过导体的电流方向。他进一步作了实验演示:先在接头处使水冻结成冰,随后改变电流方向使冰解冻。上述现象就是帕尔帖效应【俊辏滥费发现并建立了塞贝克效应与帕尔帖效应之间的关系,并预言了第三种温差电现象,即汤姆逊效应的存在。汤姆逊效应的发现对后来的温差电学和热力学的发展起到了极大的推动作用。在这些研究发现基础之上,年,德国的提出了一个令人满意的温差电制冷和发电的理论,该理论指出:较好的温差电材料必须具有大的塞贝克系数,从而保热潮。第一章绪论
⑷半导体热电空调器的制冷系数已接近证有较明显的热电效应,同时应有较小的热导率,使能量保持在接头附近,另外还要求电阻较小,使产生的焦耳热最小。对这几个性质的要求可由“温差电优值”疵枋觥F涠ㄒ逦猌;口冢疉,涂诜直鹞H纯讼凳偷绲悸剩这之后,有人进行了热电发电和热电制冷的研究。由于当时只能使用热电性能较差的金属材料,能量转换的效率很低。例如,当时曾用金属材料中热电性能最好的锑—鹊缗甲龀扇鹊绶⒌缙鳎湫驶共坏%。因此,一百多年来除了把金属热电偶用于温度测量外,热电效应在技术上没有得到实际应用。本世纪年代以后,半导体材料在各个技术领域得到了广泛应用,发展非常迅速。热电性能较好的半导体材料使热电效应的效率大大提高,从而使热电发电和热电制冷进入工程实践领域。例如,在宇宙航行器上应用的碲化铅半导体热电发生器苑派湫