Шунт (электрический) - Shunt (electrical)

Для использования в других целях см. Шунт.

В электроника, а шунт это устройство, которое создает низкийсопротивление путь для электрический ток, чтобы позволить ему обойти другую точку в схема.[1] Слово происходит от глагола «шунтировать», означающего отвернуться или пойти другим путем.

Неисправный байпас устройства

Один пример в миниатюре рождественские огни которые соединены последовательно. Когда нить выгорает в одном из лампы накаливания, полная линия Напряжение появляется на перегоревшей лампочке. Шунт резистор, который был связан в параллели поперек нити накала до того, как она сгорела, затем произойдет короткое замыкание, чтобы обойти сгоревшую нить и позволить остальной части нити загореться. Однако, если перегорает слишком много ламп, сгорит также шунт, что потребует использования мультиметр найти точку отказа.

Фотогальваника

В фотогальваника, этот термин широко используется для описания нежелательный короткое замыкание между контактами передней и задней поверхности солнечная батарея, обычно вызывается вафля повреждать.

Грозовой разрядник

А газ -наполненная трубка может также использоваться как шунт, особенно в грозовой разрядник. Неон и другие благородные газы иметь высокий напряжение пробоя, так что обычно ток не течет через него. Однако прямая молния удар (например, по радиовышка антенна ) вызовет шунт дуга и провести огромное количество электричества в земля, защищая передатчики и другое оборудование.

Другая старая форма грозового разрядника использует простой узкий искровой разрядник, через который дуга будет прыгать при наличии высокого напряжения. Хотя это недорогое решение, его высокое напряжение срабатывания почти не обеспечивает защиты для современных твердотельных электронных устройств, питаемых от защищенной схемы.

Обход электрического шума

Конденсаторы используются в качестве шунтов для перенаправления высокочастотного шума на землю, прежде чем он может распространиться на нагрузку или другие компоненты схемы.

Использование в схемах электронных фильтров

Термин шунт используется в фильтр и аналогичные схемы с лестничная топология для обозначения компонентов, подключенных между линией и общим. Этот термин используется в этом контексте для различения компонентов шунта, подключенных между сигнальной и обратной линиями, от компонентов, соединенных последовательно вдоль сигнальной линии. В более общем смысле термин шунт может использоваться для компонента, подключенного параллельно другому. Например, шунт m-производный полусекция это обычный раздел фильтра из импеданс изображения метод построения фильтра.[2]

Диоды как шунты

Если устройства уязвимы к обратной полярности сигнала или источника питания, диод может использоваться для защиты цепи. При последовательном подключении к цепи он просто предотвращает обратный ток, но при параллельном подключении он может шунтировать обратное питание, вызывая размыкание предохранителя или другой цепи ограничения тока.

Все полупроводниковые диоды имеют пороговое напряжение - обычно от ½ Вольта до 1 В - которое должно быть превышено, прежде чем через диод пройдет значительный ток в нормально допустимом направлении. Можно использовать два встречно-параллельных шунтирующих диода (по одному для проведения тока в каждом направлении), чтобы ограничить проходящий мимо них сигнал до не более чем их пороговое напряжение, чтобы защитить последующие компоненты от перегрузки.

Шунты как защита цепи

Когда цепь должна быть защищена от перенапряжения и в источнике питания есть режимы отказа, которые могут вызвать такие перенапряжения, цепь может быть защищена устройством, обычно называемым схема с ломом. Когда это устройство обнаруживает перенапряжение, оно вызывает короткое замыкание между источником питания и его возвратом. Это вызовет как немедленное падение напряжения (защита устройства), так и мгновенный высокий ток, который, как ожидается, откроет чувствительное к току устройство (например, предохранитель или же автоматический выключатель ). Это устройство называется лом как это похоже на отбрасывание фактического лом через набор шины (открытые электрические проводники).

Битва короткая

На боевых кораблях принято устанавливать битва короткая шунтирует предохранители для основного оборудования перед вступлением в бой. Это отключает защита от сверхтока в то время, когда отключение питания оборудования не является безопасной реакцией.[нужна цитата ]

Шунтирующий инструмент, но последовательно включенный в цепь

Источник переменного тока с измерителями и измерителями-шунтами плюс нагрузка с нагрузочным шунтом

В качестве введения к следующей главе этот рисунок показывает, что термин «шунтирующий резистор» следует понимать в контексте того, что он шунтирует.

В этом примере резистор RL будет пониматься как «шунтирующий резистор» (к нагрузке L), потому что этот резистор будет пропускать ток вокруг нагрузки L. RL подключен в параллельно с грузом L.

Тем не менее резисторы серии рM1 и RM2 представляют собой низкоомные резисторы (как на фото), предназначенные для пропускания тока по приборам M1 и M2, и функционируют как шунтирующие резисторы для этих приборов. рM1 и RM2 связаны в параллельно с M1 и M2. Если смотреть без инструментов, эти два резистора будут считаться резисторы серии в этой схеме.

Использование в текущих измерениях

50 А шунтирующий резистор с возможностью четырехконтактное зондирование
Дальнейшая информация: текущее зондирование

An амперметр шунт позволяет измерять Текущий значения слишком велики для непосредственного измерения конкретным амперметром. В этом случае отдельный шунт, резистор очень низкого, но точно известного сопротивление, размещается параллельно с вольтметр, так что практически весь измеряемый ток будет проходить через шунт (при условии, что внутреннее сопротивление вольтметра принимает такую ​​низкую часть тока, что им можно пренебречь). Сопротивление выбирается так, чтобы результирующее падение напряжения измерим, но достаточно низок, чтобы не нарушать схема. Напряжение на шунте пропорционально току, протекающему через него, поэтому измеренное напряжение можно масштабировать для непосредственного отображения текущего значения.[3][4]

Шунты рассчитываются по максимальному току и падению напряжения при этом токе. Например, шунт на 500 А, 75 мВ будет иметь сопротивление 150 микроом, максимально допустимый ток 500 усилители и при этом токе падение напряжения будет 75 милливольт. По соглашению, большинство шунтов рассчитаны на падение напряжения 50 мВ, 75 мВ или 100 мВ при работе на полном номинальном токе, а большинство амперметров состоят из шунта и вольтметра с отклонениями на полную шкалу 50, 75 или 100 мВ. Все шунты имеют коэффициент снижения номинальных характеристик для непрерывного (более 2 минут) использования, 66% является наиболее распространенным, поэтому приведенный в качестве примера шунт не должен работать при напряжении более 330 А (и падении напряжения 50 мВ) дольше указанного.

Это ограничение связано с тепловыми пределами, при которых шунт больше не будет работать правильно. За манганин, обычный шунтирующий материал, при 80 ° C начинает возникать тепловой дрейф, при 120 ° C тепловой дрейф представляет собой серьезную проблему, когда погрешность, в зависимости от конструкции шунта, может составлять несколько процентов, а при 140 ° C манганиновый сплав становится безвозвратно поврежден из-за отжиг что приводит к дрейфу значения сопротивления вверх или вниз.[нужна цитата ]

Если измеряемый ток также имеет высокий потенциал напряжения, это напряжение будет присутствовать также на соединительных выводах и в самом считывающем устройстве.[3] Иногда шунт вставляется в обратную ногу (заземленный сторона), чтобы избежать этой проблемы. Некоторые альтернативы шунтам могут обеспечить изоляцию от высокого напряжения, не подключая счетчик напрямую к цепи высокого напряжения. Примеры устройств, которые могут обеспечить эту изоляцию: эффект Холла датчики тока и трансформаторы тока (видеть клещи ). Токовые шунты считаются более точными и дешевыми, чем устройства на эффекте Холла. Общий точность технические характеристики таких устройств составляют ± 0,1%, ± 0,25% или ± 0,5%.

Шунт типа Thomas с двойной манганиновой стенкой и шунт типа MI (улучшенная конструкция типа Thomas) использовались NIST и другие лаборатории стандартов в качестве юридического эталона ома до тех пор, пока в 1990 году не был заменен квантовый эффект холла. Шунты типа Томаса до сих пор используются в качестве вторичных эталонов для очень точных измерений тока, поскольку использование квантового эффекта Холла - это трудоемкий процесс. Точность этих типов шунтов измеряется по шкале дрейфа ppm и суб-ppm за год установленного сопротивления.[5]

Если цепь заземлена с одной стороны, токовый измерительный шунт может быть вставлен либо в незаземленный провод, либо в заземленный провод. Шунт в незаземленном проводе должен быть изолирован на полное напряжение цепи относительно земли; измерительный прибор должен быть изолирован от земли или включать резистивный делитель напряжения или развязывающий усилитель между относительно высоким синфазным напряжением и более низкими напряжениями внутри прибора. Шунт в заземленном проводе может не обнаруживать ток утечки в обход шунта, но он не будет испытывать высокого синфазного напряжения относительно земли. Нагрузка отключается от прямого пути к земле, что может создать проблемы для схемы управления, привести к нежелательным излучениям или и то, и другое. Устройства, которые будут использоваться для измерения тока, включают:INA240, INA293, и INA180. Можно найти несколько устройств другого стиля здесь.

  • Вставка нижнего плеча может устранить синфазное напряжение, но не без недостатков.

  • Вставка верхнего плеча устраняет недостатки нижнего плеча, но гарантирует синфазное напряжение.

  • Изолированные усилители устраните все трудности и ограничения, связанные с измерениями токовых шунтов высокого или низкого уровня.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Рудольф Ф. Граф, Современный словарь электроники, Мак-Гроу Хилл, 1968 Библиотека Конгресса 68-13873 Шунт стр.454.
  2. ^ Маттеи, Янг, Джонс Микроволновые фильтры, сети согласования импеданса и структуры связи, p66, McGraw-Hill 1964
  3. ^ а б Руководство по электрическим инструментам, General Electric, 1949, страницы 8–9.
  4. ^ Террелл Крофт, Справочник американских электриков, McGraw-Hill, 1948, стр. 70
  5. ^ Р. Дзюба; Н. Б. Белецкий; Дж. Ф. Мэйо-Уэллс. «Устойчивость двустенных манганиновых резисторов» (PDF). В Давиде Р. Лиде (ред.). Век передового опыта в измерениях, стандартах и ​​технологиях: хроника избранных публикаций NBS / NIST 1901–2000 гг.. С. 63–65. CiteSeerX  10.1.1.208.9878. Дои:10.6028 / NIST.SP.958. НИСТ СП 958. Десять из них служили исключительно стандартом сопротивления США с 1939 года, пока не были вытеснены квантованным эффектом Холла (QHE) в 1990 году.

внешняя ссылка