Меню

Почему не применяются шунты в цепях переменного тока

Шунты для амперметра: подключение, применение и изготовление

  1. Зачем нужен шунт?
  2. Расчёт сопротивления шунта
  3. Схема включения устройства
  4. Что можно использовать?
  5. Что требуется?
  6. Шунт своими руками
  7. Переградуировка прибора
  8. С несколькими шунтами

Амперметр – прибор, замеряющий силу проходящего в электрической цепи тока, который часто бывает немалым. По закону Ома, чтобы пропустить больший ток, амперметр должен иметь как можно меньшее сопротивление. Решение – включение параллельно прибору шунта, обеспечивающего такое низкое значение сопротивления.

Зачем нужен шунт?

Шунт – это полосковая линия (усиленная дорожка на плате) или отрезок провода с достаточно толстым сечением, низкоомная (менее 1 Ом) катушка или резистор с мощностью от 10 Вт. Он используется, когда, например, амперметр, рассчитанный на ток в 10 А, не может замерить, скажем, 50-амперный ток, потребляемый включёнными в электроцепь источника питания устройствами. На жаргоне электриков это явление называется «на шкале не хватает ампер». А точнее – диапазон замеров по току на этом же амперметре не охватывает такие высокие токи.

Расчёт сопротивления шунта

Кроме закона Ома для участка цепи – её разрыва, в который включён амперметр, – в расчёт берётся и формула Кирхгофа. Общий ток, протекающий в месте включения прибора, равен сумме токов, проходящих через сам амперметр и его шунт.

Сопротивление амперметра в разы больше внешнего шунта. Ток, проходящий по внешнему шунту, в эти же несколько раз больше, чем на самом амперметре.

В случае с цифровым прибором, где вместо измерительной головки используется датчик тока и аналого-цифровой преобразователь, распределение токов, составляющих общий ток цепи, не меняется.

Схема включения устройства

Амперметр включается последовательно в разрыв цепи. Последний может находиться в любом её месте. Сам прибор показывает, сколько ампер в час потребляет эта цепь. Внешний шунт также включается последовательно в цепь, но в тот же самый разрыв, получается, параллельно самому амперметру.

Что можно использовать?

В идеале используют отрезок провода или проволоки из металла или сплава, незначительно меняющего своё электрическое сопротивление при нагреве. А нагреваться шунт будет обязательно – хотя бы до нескольких десятков градусов, так как по нему протекает ток в единицы и десятки ампер. Специалисты рекомендуют использовать сплав манганина. Манганиновая проволока (или лента) считается наиболее устойчивым электротехническим элементом: её температурный коэффициент сопротивления в 200 раз меньше, чем у меди, и в 300 раз ниже по сравнению с железом. Использование медных и стальных шунтов способно нести ощутимую погрешность при значительных токах, вызывающих их нагрев.

Но для приблизительной оценки иногда используют распрямлённую канцелярскую скрепку или отрезок провода.

Если речь идёт о внушительной силе тока от сотен до тысяч ампер – например, при старте двигателя «КамАЗа», где создаётся пусковой ток в 500 и более ампер для раскручивания стартером вала двигателя, – простой шунт здесь попросту расплавится. Необходимо использовать токовые клещи – они являются более мощной версией шунта. Аналогично поступают в электроустановках и распределителях с высоким напряжением, где общий ток потребителей довольно высок.

Что требуется?

Для изготовления шунта, кроме проволоки, проводов, диэлектрика и крепежа, потребуются следующие приборы.

  • Готовый миллиамперметр. Можно использовать и гальванометр – измерительную головку без внутренних шунтов, резисторов и так далее.
  • Лабораторный блок питания, выдающий требуемый ампераж. Можно воспользоваться и автомобильным аккумулятором, в цепь с которым последовательно включена, например, фара на 100/90 Вт на основе лампы накаливания. Если такой фары нет, можно подключить отрезок нихромовой электроспирали или мощный керамический резистор на десятки ватт. Ни в коем случае не подключайте шунт с прибором «накоротко», без нагрузки.
  • При работе с бытовой осветительной сетью – выпрямительный диодный мост (или одиночные высоковольтные диоды) и дополнительный защитный автомат на 16 А, плавкие предохранители на несколько ампер.

Напряжение подаётся только после правильной сборки цепи.

Шунт своими руками

Спирально сматывать проволоку (или эмальпровод) не рекомендуется – индуктивность получившейся катушки уменьшит точность амперметра. Катушечное шунтирование имеет недостаток – гашение скачков тока, особенно в случае дросселированной (с сердечником) катушки. Если отрезок проволоки слишком длинный, расположите его в виде волнистой «змейки».

В качестве диэлектрика подойдёт любой изолятор – от керамического до текстолитового. К тому же скрученный в виде катушки провод может перегреть диэлектрик, не выдерживающий повышенной – более 150 градусов – температуры. А к перегреву устойчивы лишь керамика и закалённое стекло.

  • Сначала вырезается диэлектрическая пластина, в которой сверлятся отверстия под болты с шайбами и гайками. Материал – текстолит, гетинакс, дерево или композитные материалы.
  • Для существенной изоляции тепла проволоки от несущей пластины на болты устанавливаются керамические колечки. После них ставятся шайбы, зажимающие проволоку.
  • Для предотвращения самопроизвольного раскручивания и выпадения проволоки и проводов перед гайками проставляются гроверные шайбы.
  • Наконец, вставляются провода и концы проволоки между шайбами, а гайки затягиваются.

Полученная деталь подключается параллельно амперметру или гальванометру.

Переградуировка прибора

Новую градуировку обновлённого стрелочного амперметра под новый шунт нужно произвести следующим образом.

  1. Снимите переднюю часть корпуса (смотровое окно прибора) вместе со стеклом.
  2. Подключите одну из лампочек известного номинала последовательно с амперметром к батарее или сетевому адаптеру питания. Так, на лампочках накаливания указывается ток в амперах и напряжение в вольтах. Если вы подключаете светодиодную панель или фару, на которой, например, указано напряжение 12 В и мощность в 24 Вт – вашим рабочим током будет 2 А (мощность, делённая на напряжение источника питания).
  3. Отметьте, на какой угол отклонилась стрелка прибора, точкой с числом (в данном случае это 2).
  4. Идеальный вариант – включите параллельно друг с другом одинаковые лампочки или фары, увеличивая их число каждый раз на одну. Так можно «прометить» всю шкалу амперметра. Этот способ хорош для переменного тока – шкала амперметра получается нелинейной за счёт влияния частоты тока и падения части напряжения на диодах. Разметка «на глаз» или с использованием транспортира (или по уже имеющейся «линейке» прибора), как часто делают при постоянном токе, не подойдёт. Лучше перестраховаться и сделать точнее.
  5. Закончив разметку, соберите прибор и проверьте, надёжно ли держится крепление шунта, хорош ли электрический контакт между ним и амперметром. Если габариты амперметра позволяют, шунт часто заливают эпоксидным клеем, а затем получившийся элемент (в виде бруска) приклеивают к задней стенке измерительной головки.

Амперметр с новым шунтом готов к работе. Можно подключить щупы или токовые клещи.

С несколькими шунтами

Из амперметра получится и самодельный килоамперметр. Так, из 100-амперного прибора легко сделать амперметр на 2 кА. Более высокие значения на практике вряд ли понадобятся. Если у вас в наличии имеется прибор с одноамперным диапазоном измерений, сделайте несколько коммутируемых шунтов. Незачем переразмечать шкалу – достаточно подобрать шунты на 5, 10, 50, 100 и более ампер. Они помещаются в один внешний корпус вместе с выходными клеммами (для щупов) и многопозиционным переключателем, рассчитанным на такие значения тока.

Читайте также:  Поверка моста переменного тока

Режимы помечаются маркером «x5», «x10» и так далее. Когда режим один, а амперметр переделан из одно- в десятиамперный, то слева от буквы «А» надпишите «x10» меньшим шрифтом.

При изготовлении многорежимного амперметра провода, соединяющие переключатель с шунтами и прибором, должны быть максимально короткими. Излишне длинные провода, подключённые к готовому шунту, имеющему точное сопротивление, и уже проградуированному прибору, приведут к заметной погрешности измерений – они включаются последовательно с шунтом и прибором, имеют своё, пусть и очень малое, сопротивление. Переключатель низкого качества со значительно окисленными контактами приведёт к тому, что прибор попросту начнёт «врать» – его токоведущие части и замыкающий подпружиненный шарик также вносят паразитное сопротивление.

Заводские амперметры проходят тщательную поверку, едва сойдя с конвейера. Недочёты учитываются при выпуске приборостроительным заводом следующей партии амперметров. Амперметры, имеющие значительную погрешность, бракуются и направляются на переработку.

О том, как произвести расчет шунта для амперметра, смотрите далее.

Источник

Измерительные шунты и добавочные резисторы

Измерительные ш унты

Шунт является простейшим измерительным преобразователем тока в напряжение. Измерительный шунт представляет собой четырехзажимный резистор. Два входных зажима шунта , к которым подводится ток I , называются токовыми, а два выходных зажима, с которых снимается напряжение U, называются потенциальными.

К потенциальным зажимам шунта обычно присоединяют измерительный механизм измерительного прибора.

Измерительные шунты и добавочные резисторы

Измерительный ш унт характеризуется номинальным значением входного тока I ном и номинальным значением выходного напряжения U ном . Их отношение определяет номинальное сопротивление шунта :

R ш= U ном / I ном

Ш унты применяются для расширения пределов измерения измерительных механизмов по току, при этом большую часть измеряемого тока пропускают через шунт, а меньшую — через измерительный механизм. Шунты имеют небольшое сопротивление и применяются, главным образом, в цепях постоянного тока с магнитоэлектрическими измерительными механизмами.

Рис. 1. Схема соединения измерительного механизма с шунтом

На рис. 1 приведена схема включения магнитоэлектрического механизма измерительного прибора с шунтом R ш. Ток I и протекающий через измерительный механизм, связан с измеряемым током I зависимостью

I и = I (R ш / R ш + R и),

где R и — сопротивление измерительного механизма.

Если необходимо, чтобы ток I и был в n раз меньше тока I , то сопротивление шунта должно быть:

где n = I / I и — коэффициент шунтирования.

Шунты изготовляют из манганина. Если шунт рассчитан на небольшой ток (до 30 А), то его обычно встраивают в корпус прибора (внутренние шунты). Для измерения больших токов используют приборы с наружными шунтами В этом случае мощность, рассеиваемая в шунте, не нагревает прибор.

Читайте также:  Почему паяльник не бьет током

На рис. 2 показан наружный шунт на 2000 А Он имеет массивные наконечники из меди, которые служат для отвода тепла от манганиновых пластин, впаянных между ними. Зажимы шунта А и Б — токовые.

Рис 2 Наружный шунт

Измерительный механизм присоединяют к потенциальным зажимам В и Г, между которыми и заключено сопротивление шунта. При таком включении измерительного механизма устраняются погрешности от контактных сопротивлений.

Наружный шунтНаружные шунты обычно выполняются калиброванными, т е. рассчитываются на определенные токи и падения напряжения. Калиброванные шунты должны иметь номинальное падение напряжения 10, 15, 30, 50, 60, 75, 100, 150 и 300 мВ.

Для переносных магнитоэлектрических приборов на токи до 30 А внутренние шунты изготовляют на несколько пределов измерения.

На рис. 3, а, б показаны схемы многопредельных шунтов. Многопредельный шунт состоит из нескольких резисторов, которые можно переключать в зависимости от предела измерения рычажным переключателем (рис. 3, а) или путем переноса провода с одного зажима на другой (рис. 3, б).

При работе шунтов с измерительными приборами на переменном токе возникает дополнительная погрешность от изменения частоты, так как сопротивления шунта и измерительного механизма поразному зависят от частоты.

Рис.3. Схемы многопредельных измерительных шунтов: a — шунта с рычажным переключателем, б — шунта с отдельными выводами

Шунты разделяются на классы точности 0,02; 0,05; 0,1; 0,2 и 0,5. Число, определяющее класс точности, обозначает допустимое отклонение сопротивления шунта в процентах его номинального значения.

измерительный шунт

Добавочные резисторы являются измерительными преобразователями напряжения в ток, а на значение тока непосредственно реагируют измерительные механизмы вольтметров.

Добавочные резисторы служат для расширения пределов измерения по напряжению вольтметров различных систем и других приборов, имеющих параллельные цепи, подключаемые к источнику напряжения. Сюда относятся, например, ваттметры, счетчики энергии, фазометры и т. д.

Добавочный резистор включают последовательно с измерительным механизмом (рис. 4). Ток I и в цепи, состоящий из измерительного механизма с сопротивлением Rи и добавочного резистора с сопротивлением Rд, составит:

где U — измеряемое напряжение.

Если вольтметр имеет предел измерения Uном и сопротивление измерительного механизма Rи и при помощи добавочного резистора Rд надо расширить предел измерения в n раз, то, учитывая постоянство тока I и, протекающего через измерительный механизм вольтметра, можно записать:

U ном / R и = n U ном / (Rи + Rд)

Рис 4. Схема соединения измерительного механизма с добавочным резистором

Добавочные резисторы изготовляются обычно из изолированной манганиновой проволоки, намотанной на пластины или каркасы из изоляционного материала. Они применяются в цепях постоянного и переменного тока.

многопредельный добавочный резисторДобавочные резисторы, предназначенные для работы на переменном токе, имеют бифилярную обмотку для получения безреактивного сопротивления.

При применении добавочных резисторов не только расширяются пределы измерения вольтметров, но и уменьшается их температурная погрешность.

В переносных приборах добавочные резисторы изготовляются секционными на несколько пределов измерения (рис. 5).

Рис. 5. Схема многопредельного вольтметра

Добавочные резисторы бывают внутренние и наружные. Последние выполняются в виде отдельных блоков и подразделяются на индивидуальные и калиброванные. Индивидуальный резистор применяется только с тем прибором, который с ним градуировался. Калиброванный резистор может применяться с любым прибором, номинальный ток которого равен номинальному току добавочного резистора.

добавочные резисторы

Калиброванные добавочные резисторы делятся на классы точности 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 и 1,0. Они выполняются на номинальные токи от 0,5 до 30 мА.

Добавочные резисторы применяются для преобразования напряжений до 30 кВ.

Источник

Шунты и добавочные сопротивления

Шунт — простейший преобразователь тока в напряжение. Используется для расширения пределов измерения измерительных приборов по току, прежде всего магнитоэлектрической системы и цифровых..

Шунт характеризуется номинальным значением входного тока шунта Iном и номинальным значением падения напряжения на шунте Uном. Их отношение определяет номинальное сопротивление шунта

Ток через измерительный механизм равен:

где I – измеряемый ток, Rп – сопротивление измерительного механизма прибора (амперметра).

Введем коэффициент шунтирования, равный отношению величины полного тока к величине тока, протекающего через измерительный прибор n = I/Iпр. Тогда для получения величины тока через измерительный механизм в n раз меньше величины тока в основной цепи, сопротивление шунта должно выбираться из условия Rш = Rп/(n-1),.

Измерительные шунты используются для измерений токов вплоть до 1000-5000А. Шунты для измерения токов до 30 А обычно встраиваются в измерительный прибор (внутренние шунты). Шунты на большие токи выполняются в виде отдельных устройств (внешние шунты).

Для шунтов предусмотрен следующий ряд номинальных напряжений — 10, 15, 30, 50, 60, 75, 100, 150 и 300 мВ

Измерительные шунты изготавливаются из манганина (сплав меди марганца и цинка, отличающийся высокой термостабильностью и очень малой термоЭДС) по следующим классам точности – 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5

Для переносных и щитовых приборов изготавливают многопредельные шунты, которые переключаются в ручном или автоматическом режимах..

Читайте также:  График внешних характеристик источников тока

Область применения шунтов ограничивается в основном постоянными токами (на переменном токе возникает дополнительная погрешность из-за различной частотной зависимости сопротивлений шунта и прибора) и использование совместно только с магнитоэлектрическими и цифровыми приборами. Существенное большее энергопотребление приборов других систем делает применение шунтов в этих случаях технически сложным и энергозатратным.

Добавочные сопротивленияявляются простейшими измерительными преобразователями напряжения в ток. А поскольку электроизмерительные приборы всех систем, за исключением электростатической, реагируют именно на величину тока, то добавочные сопротивления служат для расширения пределов измерения по напряжению вольтметров всех систем, а также других приборов, подключаемых к источнику напряжения — ваттметров, фазометров, счетчиков энергии.

Добавочное сопротивление включается последовательно с прибором и ток I в измерительной цепи прибора (рис. ) равен:

где U – измеряемое напряжение, RП и RД — собственное сопротивление прибора и добавочное сопротивление. Поскольку через добавочное сопротивление и прибор протекает одни и тот же ток, падение напряжения на измерительном приборе будет равно:

Если прибор (вольтметр) имеет предел измерения Uном то при помощи добавочного сопротивления можно расширить пределы его измерения в n раз если величина добавочного сопротивления удовлетворяет условию:

Добавочные сопротивления, как и шунты, обычно изготавливаются из манганина и используются при напряжениях до 30 кВ. В переносных и щитовых приборах используются многопредельные добавочные сопротивления.

Поскольку величина добавочных сопротивлений должна быть достаточно высокой и, соответственно, длина провода большой, они выполняются в виде катушки намоткой тонкого провода. Намотка добавочных сопротивлений, предназначенных для работы на переменном токе, для минимизации реактивного сопротивления выполняется бифилярной

Применение добавочных сопротивлений способствует также уменьшению температурной погрешности электроизмерительных приборов. Действительно, пусть коэффициенты bП и bД есть температурные коэффициенты сопротивления соответственно измерительного прибора и добавочного сопротивления. Тогда из схемы рис. следует, что общий температурный коэффициента всего вольтметра будет равен:

Температурный коэффициент добавочного сопротивления обычно близок к ну

лю, bД »0, следовательно можно считать, что:

Отсюда следует, что поскольку RП

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник



Почему не делают шунтов для амперметра на переменном токе?

Поставил в дачный вводной щиток амперметр на 20 А (прямого включения), вроде маловато получается.. Есть мысль зашунтировать его куском медной проволоки, благо что на вводных колодках и отверстия лишние есть. В то же время всегда используют трансформаторы тока для пределов более 20-30А (правда китайцы и 50 А выпускают прямого включения ). А чем же так плох шунт на переменке?

То есть на постоянку в 1000 А это ничего а на 40 ампер переменки уже смерть ?

Если вскрыть тот амперметр на 20 А, то очень вероятно там обнаружится внутренний шунт.
Вот если его «модернизировать» пополам — и будет 40 А.
Правда с поверкой будут сложности

Ну на постоянку трансформатор тока не прилепишь, по этому приходится мирится.
Думаю преследуют двойную цель это снижение нагрева шунта и удешевление измерительной цепи в целом. Шунты вещь не дешёвая.

То есть принципиально нет проблем в шунтах на переменный ток? Прибор у меня электромагнитной системы, так что катушка там просто на 20 ампер. Внутренние шунты стоят только в DC приборах, там я их частенько видел. Как по вольтам так и по току. Попробую в выходные шунт из проволоки на клеммник прикрутить, опыт это лучший критерий. Просто странно что никто в учебниках не упоминает о шунтах на переменку, поэтому и подумал что может есть какой-то принципиальный запрет на их использование. Тут амперметр просто валялся под руками, если что-то покупать то за 10 $ можно сразу с али взять дисплей с вольтами, амперами, мгновенной и потреблённой мощностью, поэтому что-то за деньги ставить смысла нет, стрелочное. Вот так получилось из подручных материалов, благо был ряд пустой под автоматы 😉 . Тесть любит выявлять домашних, пользующихся электронагревателями втихаря осенью и весной

Греться будет и будут уплывать показания.
А в чём проблема намотать трансформатор тока?

В том что амперметр прямого включения был под руками, а 30/5 надо покупать. Если уж покупать то за 9,7 $ есть сразу с дисплеем и трансформатором тока измеритель всего и вся (см выше). Точность мне не нужна. Тесть как бывший физик любит смотреть на вольтметр и амперметр, сокрушаясь о включенных тепловентиляторах — «Ветерках» . Для него и ставил, головки эти валялись лет 20..30 в запасниках, хоть куда-то пригодились . Да будут плыть показания и фиг с ними, я вот лично сомневаюсь что обмотка в амперметре намотана теми же 4 квадратами, что я шунт-перемычку сделаю 😉 .

Источник