Что такое шунтирование в электротехнике и его принцип кратко

Обновлено: 05.07.2024

Рамка магнитоэлектрического прибора имеет катушку, выполненную из тонкого провода, рассчитанного на очень маленький ток. Поэтому магнитоэлектрические амперметры могут измерять ток величиной несколько десятков миллиампер.

Как же быть, если нужно измерить значительно больший ток, например, несколько десятков ампер? Может быть, перемотать обмотку прибора более толстым проводом? Нет, такое решение будет неудачным. Рамка прибора станет очень тяжелой, возрастут трение в опорах и погрешность прибора. Кроме того, придется поставить спиральные пружинки из более толстой проволоки. Они будут иметь большую жесткость, и силы электромагнитного взаимодействия не смогут повернуть стрелку прибора.

Рис. 15.3. Схема включения шунта для расширения пределов измерения амперметра

Пойдем по другому пути. Как в реке делают отводной канал, так и в электрической цепи можно отвести часть тока в боковую связь, в которую и включить амперметр магнитоэлектрической системы.

Для этого применяют шунт — резистор с очень малым сопротивлением, который включают параллельно прибору (рис. 15.3).

Распределение токов в рамке амперметра и в шунте обратно пропорционально их сопротивлениям:

Измеряемый ток равен сумме токов:

Выразим ток в шунте из первой формулы и подставим это значение во вторую.

Коэффициент К называют коэффициентом шунтирования. Он показывает, во сколько раз нужно увеличить показания амперметра с шунтом, чтобы получить измеряемый ток. Коэффициент шунтирования равен

Если известны коэффициент шунтирования и сопротивление амперметра, легко найти сопротивление шунта:

Пример 1. Определить сопротивление шунта, который необходим, чтобы амперметром на 1 А с сопротивлением 0,075 Ом измерить ток величиной 25 А.

Прежде всего определим коэффициент шунтирования:

Теперь можно найти сопротивление шунта:

Заметим, что это сопротивление должно быть выдержано очень точно, иначе при измерении возникает большая ошибка.

Мы видим, что шунт представляет собой резистор с очень маленьким сопротивлением. Поэтому шунт делают в виде короткой пластинки довольно большого сечения (рис. 15.4).

Рис. 15.4. Конструкция шунта. Манганиновая пластинка довольно большого сечения имеет четыре зажима. Силовые зажимы служат для подключения измеряемого тока, к потенциальным зажимам подключают измерительный прибор. Такая конструкция уменьшает влияние переходного сопротивления контактов на точность измерения

Из какого материала изготовить шунт? Очевидно, что медь не подходит. Медный шунт будет изменять сопротивление при нагревании, и появится большая ошибка. Нужен материал, который имеет постоянное сопротивление при любой температуре. Таким материалом является манганин (сплав меди, марганца и никеля). Его температурный коэффициент в 100 раз меньше, чем меди.

На рис. 15.4 Вы видите, что шунт имеет не два зажима, а четыре. Два больших зажима служат для подключения шунта в цепь измеряемого тока. К двум маленьким зажимам подключают магнитоэлектрический прибор.

Это сделано для того, чтобы исключить влияние переходного сопротивления контактов.

Приборостроительные заводы выпускают стандартные шунты на различные токи. При этом желательно, чтобы шунт подходил к каждому амперметру.

Для этого шунт и амперметр должны иметь одинаковое падение напряжения при номинальном токе:

Пусть, например, при полном отклонении стрелки амперметра на 1 А падение напряжения на его сопротивлении составляет 75 мВ (это наиболее распространенное значение). Все шунты, у которых падение напряжения также равно 75 мВ, могут работать с этим прибором и с любыми другими приборами на 75 мВ. Это могут быть шунты на 10, 15, 25, 100 А.

На шунте указываются только падение напряжения и номинальный ток. Сопротивление шунта в наших рассуждениях не участвует. Конечно, задать напряжение и ток — то же самое, что задать сопротивление, однако на практике это гораздо удобнее.

Мы видели, что использование закона Ома помогает подобрать шунт к амперметру. Этот замечательный закон позволяет также при помощи амперметра измерять напряжение в цепи. Действительно, если измерить ток в цепи, сопротивление которой известно, то по закону Ома

Конечно, нет необходимости каждый раз производить умножение. Достаточно сделать это один раз и на шкале прибора проставить не амперы, а вольты.

Рис. 35.5. Добавочное сопротивление в цепи амперметра превращает его в вольтметр

Практически для того чтобы амперметр превратить в вольтметр, последовательно с рамкой магнитоэлектрического прибора подключают резистор с большим сопротивлением (рис. 15,5).

Это добавочное сопротивление нужно прибавить к сопротивлению рамки прибора, чтобы получить полное сопротивление цепи:

Пример 2. Определить величину добавочного сопротивления в цепи магнитоэлектрического прибора, - сопротивление которого 100 Ом, а номинальный ток 5 мА, если необходимо измерить напряжение 150 В.

Определим полное сопротивление цепи вольтметра:

Из этого значения нужно вычесть сопротивление прибора:

Для добавочных резисторов используют манганиновую проволоку, поэтому величина добавочного сопротивления при нагреве не изменяется.

Иногда используют набор добавочных резисторов с переключателем. Тогда получают универсальный прибор на несколько пределов измерения.

Теперь мы можем поговорить еще об одной важной характеристике прибора о мощности, которая выделяется в самом приборе, шунте или добавочном резисторе. Электрики называют эту мощность собственным потреблением прибора.

Собственное потребление прибора должно быть по возможности малым. Иногда говорят по-другому: прибор, включенный в электрическую цепь, не должен изменять режим ее работы.

Собственное потребление магнитоэлектрических приборов очень мало, это — сотые и тысячные доли ватта. Поэтому в электротехнических установках это правило всегда выполняется. Но в электронных устройствах подключение электроизмерительного прибора может существенно изменить распределение токов и напряжений. Тогда используют электронные вольтметры, собственное потребление которых чрезвычайно мало.

В самом начале этой книги мы говорили о правилах подключения амперметра и вольтметра. Амперметр измеряет ток и включается в цепь последовательно. В нем выделяется мощность

Для уменьшения собственного потребления сопротивление амперметра должно быть как можно меньше. На первый взгляд кажется, что проще уменьшить ток, который к тому же входит в формулу в квадрате. Тут следует вспомнить, что ток — измеряемая величина и от амперметра зависеть не может.

Для собственного потребления вольтметра удобнее использовать другую формулу:

Мы видим, что для уменьшения АР следует увеличивать сопротивление вольтметра. Чем оно больше, тем лучше прибор. Очень часто указывают сопротивление прибора в расчете на один вольт. В примере 2 мы получили вольтметр с сопротивлением 200 Ом/В. Это прибор низкого качества. Его собственное потребление составляет

По сути дела шунт представляет из себя простой резист ор который имеет маленькое сопротивление, проще говоря, низкоомный резистор. И как бы это ни странно звучало: шунт является простейшим преобразователем силы тока в напряжение. Но как это возможно? Да оказывается все просто!

Как работает шунт

Итак, имеем простой шунт. Кстати, на схемах он обозначается как резистор. И это неудивительно, потому что это и есть низкоомный резистор.

Условимся считать, что ток у нас постоянный и течет из пункта А в пункт Б. На своем пути он встречает шунт и почти беспрепятственно течет через него, так как сопротивление шунта очень маленькое. Не забываем, что электрический ток характеризуется такими параметрами, как Сила тока и Напряжение. Через шунт электрический ток протекает с какой-то силой ( I ), в зависимости от нагрузки цепи.

Помните Закон Ома для участка электрической цепи? Вот, собственно и он:

Значит, исходя из формулы

и делаем простой до ужаса вывод: показания на вольтметре будут тем больше, чем бОльшая сила тока будет протекать через шунт.

Так что же это значит? А это значит, что мы спокойно можем рассчитать силу тока, протекающую по проводу АБ ;-). Все гениальное — просто! И самое замечательное знаете что? Нам даже не надо использовать амперметр ;-).

Вот такой принцип действия шунта. И чаще всего этот принцип используется как раз для того, чтобы расширить пределы измерения измерительных приборов.

Виды шунтов

Промышленные амперметры выглядят вот так:

На самом же деле, как бы это странно ни звучало — это вольтметры. Просто их шкала нарисована (проградуирована) уже с расчетом по закону Ома. Короче говоря, показывает напряжение, а счет идет в Амперах ;-).

На одном из них можно увидеть предел измерения даже до 100 Ампер. Как вы думаете, если поставить такой прибор в разрыв электрической цепи и пропустить силу тока, ну скажем, Ампер в 90, выдержит ли тоненький провод измерительной катушки внутри амперметра? Думаю, пойдет белый густой дым). Поэтому такие измерения проводят только через шунты.

А вот, собственно, и промышленные шунты:

Те, которые справа внизу могут пропускать через себя силу тока до килоАмпера и больше.

К каждому промышленному амперметру в комплекте идет свой шунт. Для начала использования амперметра достаточно собрать шунт с амперметром вот по такой схеме:

В некоторых амперметрах этот шунт встраивается прямо в корпус самого прибора.

Работа шунта на практическом примере

В гостях у нас самый что ни на есть обыкновенный промышленный шунт для амперметра:

Сзади можно прочитать его маркировку:

Как же прочитать характеристику такой маркировки? Здесь все просто! Это означает, что если протекающая сила тока через шунт будет 20 Ампер, то падение напряжения на шунте будет 75 милливольт.

0,5 — это класс точности. То есть сколько мы замерили — это значение будет с погрешностью 0.5% от измеряемой величины. То есть допустим, мы замеряли падение напряжения 50 милливольт. Погрешность измерения составит 50 плюс-минус 0,25. Такой точности вполне хватит для промышленных и радиоэлектронных нужд ;-).

Итак, у нас имеется простая автомобильная лампочка накаливания на 12 Вольт:

Выставляем на Блоке питания напряжение в 12 Вольт, и цепляем нашу лампочку. Лампочка зажигается и мы сразу же видим, какую силу тока она потребляет, благодаря встроенному амперметру в блоке питания. Кушает наша лампа 1,7 Ампер.

Предположим, у нас нету встроенного амперметра в блоке питания, но нам надо знать, какая все-таки сила тока проходит через лампочку. Для этого собираем простенькую схемку:

И замеряем падение напряжения на самом шунте. Получилось 6,3 милливольта.

Так как мы знаем, что при 20 Амперах напряжение на шунте будет 75 милливольт, то какая сила тока будет проходить через шунт, если падение напряжения на нем составит 6,3 милливольта? Вспоминаем училку по математике Марьиванну и решаем простенькую пропорцию за 5-ый класс ;-)

Вспоминаем, что показывал наш блок питания?

Погрешность в 0,02 Ампера! Думаю, это можно списать на погрешность приборов).

Что такое шунт в электронике и видео про это:

Где купить шунт

Шунт — устройство, которое позволяет электрическому току протекать в обход какого-либо участка схемы, обычно представляет собой низкоомный резистор, катушку или проводник.
Шунтирование — процесс параллельного подсоединения электрического элемента к другому элементу, обычно с целью уменьшения итогового сопротивления цепи.
Шунты применяют обычно в амперметрах для повышения измеряемой величины. В амперметре шунт присоединяется параллельно прибору, а в вольтметре последовательно.
На рисунке с низу представлена схема подключения шунтов к вольтметру (V) и амперметру (A), шунты на схемах обозначены как Rш.

Если загнуть гвоздь дугой и засунуть в розетку. Это будет называться - зашунтировали розетку.

Николай Иванов Искусственный Интеллект (190795) Тоже можно. Но это "зашунтировали шунтом с нулевым сопротивлением". И верно, шунт как правило имеет какое то сопротивление, а в измерительных головках так калиброванные шунты.

Шунтом называется простой преобразователь тока, выполненный в виде резистора с четырьмя зажимами, два из них входные или токовые и два выходные или потенциальные. К этим частям изделия обычно подключают прибор измерения.

Используются токовые шунты для того, чтобы увеличить пределы измерения, при этом основная его часть проходит непосредственно через шунт, а другая через всю систему. Изделия отличаются небольшим сопротивлением, поэтому работают в цепях постоянного тока, где подключены электрические измерительные устройства.

В электротехнических сферах шунтом принято считать немного другое приспособление. Используется оно для замера тока, причем через него устремляется все напряжение системы. Шунт выполняется в виде небольшого элемента, напоминающего сопротивление. Его значение выбирается из такого расчета, чтобы величина падения напряжения была в несколько раз меньше основного значения, которое действует в системе. В такой ситуации наличие шунта не оказывает влияния на размер тока, принося лишь небольшое искажение. Только по закону Ома, величина падения напряжения будет пропорциональна проходящему току, поэтому он может измеряться при помощи вольтметра либо осциллографа.

Все шунты имеют свой мощностной коэффициент. При увеличении протекающего через него напряжения, изменяется сопротивление.

Шунты бывают индивидуальными и используются в калиброванных приборах, рассчитанных на определенный ток и перепады напряжения. Изделия могут применяться для работы с различными устройствами, которые имеют сопротивление, не выходящее за пределы измерений.

В переводе с иностранного языка шунт – ответвление, электропроводник, подключаемый параллельно к электроцепи для отвода части тока. Его используют, когда нельзя пропускать все напряжение через определенный участок цепи.

В общем, суть использования приспособления в том, чтобы осуществлять обход чего-либо. К примеру, в медицине при помощи шунта отделяют закупоренную часть вены, а в электротехнике в ее роли выступает резистор.

Читайте также: