Что такое шунт и зачем он нужен? Это устройство помогает электрическому току обходить участки цепи. Давайте разберемся, как работает шунт, его виды и применение. Рассмотрим практические примеры и кейсы. Вы получите полезные знания о шунтах, которые сможете использовать в своих проектах.
Определение шунта и его назначение
Итак, что такое шунт? По своей сути это электрическая цепь или устройство, которое подключается параллельно к основному участку цепи. Шунт позволяет части электрического тока протекать мимо этого участка, то есть обходить или шунтировать его.
Обычно шунт представляет собой резистор с небольшим сопротивлением или проводник. Процесс шунтирования заключается в параллельном подключении шунта к другому электрическому элементу цепи, чаще всего с целью уменьшения общего сопротивления.
На практике шунты используются, например, для расширения верхнего предела измерений амперметров. В этом случае требуемое сопротивление шунта Рш рассчитывается по формуле:
Где:
- Ин - номинальный ток амперметра
- Ун - номинальное напряжение, подаваемое на измерительный механизм
Применение шунтов таким образом позволяет расширить диапазон показаний амперметра за счет снижения точности и чувствительности.
Устройство и принцип работы шунта
Что такое шунт мы уже выяснили, теперь давайте разберемся, как он устроен и как работает. По своему строению шунт представляет собой резистор с двумя парами выводов:
- Токовые выводы - к ним подается ток I, проходящий через шунт;
- Потенциальные выводы - с них снимается напряжение U.
К потенциальным выводам обычно подключается измерительный прибор - вольтметр, осциллограф или другое устройство регистрации напряжения.
В основе работы шунта лежит закон Ома. Сопротивление шунта постоянно и не меняется. Поэтому величина тока I, протекающего через шунт, определяет величину падения напряжения на нем. Чем больше ток - тем больше будет напряжение U. Таким образом реализуется преобразование силы тока в измеряемое напряжение.
Номинальные значения входного тока и выходного напряжения шунта Ином и Уном определяют его номинальное сопротивление Рном:
Такой принцип работы шунта используется, например, для косвенных измерений больших токов с помощью штатных измерительных приборов. Рассмотрим такой случай более подробно далее.
Виды шунтов и их характеристики
Существует несколько разновидностей шунтов, которые классифицируются по разным признакам:
По конструктивному исполнению
- Внешние шунты - массивные, рассчитанные на большие токи;
- Внутренние шунты - компактные, встраиваются в корпус прибора.
По назначению
- Измерительные шунты - для расширения диапазона измерений приборов;
- Защитные шунты - ограничивают ток в отдельных участках цепи;
- Компенсационные шунты - используются в мостовых измерительных схемах.
Любой шунт характеризуется рядом параметров:
- Номинальный ток Ином;
- Номинальное напряжение Уном;
- Номинальное сопротивление Рном;
- Класс точности.
По классу точности шунты делятся на: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5. Это допустимое отклонение сопротивления в % от номинального Рном. Например, шунт класса 0,5 может иметь сопротивление в пределах +/-0,5% от расчетного.
Применение шунта в измерительных приборах
Одно из основных применений шунтов - это расширение пределов измерения тока электроизмерительных приборов, в частности амперметров. Рассмотрим такой случай подробнее.
Допустим, нам нужно измерить силу тока в цепи, значение которого может быть выше верхнего предела показаний имеющегося амперметра. Чтобы решить эту задачу, последовательно с амперметром включают шунт. Основная часть тока протекает через шунт, а через измерительный механизм амперметра - лишь небольшая часть тока. При этом показания прибора соответствуют полному току в цепи.
Таким образом можно в несколько раз увеличить верхнюю границу диапазона измеряемых токов амперметром. Конечно, при этом снижается точность и чувствительность прибора. Поэтому шунтирование применяют обычно с амперметрами переменного тока при измерении больших токов, когда высокая точность не требуется.
Расчет параметров шунта и амперметра
Для правильного подбора и расчета шунта необходимо знать следующие исходные данные:
- Максимальный измеряемый ток Имакс;
- Номинальный ток амперметра Ином;
- Номинальное напряжение на амперметре Уном.
По этим данным определяется нужное сопротивление шунта Рш по формуле:
На практике удобно использовать стандартные калиброванные шунты с определенными значениями Рш. Исходя из этого подбирается нужный амперметр переменного тока и производится его градуировка.
Практическое применение
Рассмотрим конкретный пример применения шунта для расширения диапазона амперметра. Допустим, необходимо измерить ток до 100 А. Имеется амперметр с Ином=5 А и Уном=50 мВ. Подходящий шунт с Рш=0,001 Ом позволит расширить верхний предел амперметра до 100 А.
При токе в 100 А падение напряжения на шунте составит U=I*R=100*0,001=0,1 В=100 мВ. Это как раз в два раза выше номинального напряжения нашего амперметра. Значит, он будет измерять ток в диапазоне 0-100 А с погрешностью до ±1%.
