Шунт — это устройство, предназначенное для обеспечения пути с низким сопротивлением для электрического тока в цепи . Обычно он используется для отвода тока от системы или компонента во избежание перегрузки по току . Электрические шунты обычно используются в различных приложениях, включая системы распределения электроэнергии, системы электрических измерений, автомобильную и морскую технику.
Одним из примеров являются миниатюрные рождественские гирлянды , соединенные последовательно . Когда в одной из ламп накаливания перегорает нить накаливания, на перегоревшей лампочке появляется полное линейное напряжение . Шунтирующий резистор , который был подключен параллельно нити до ее перегорания, затем закоротит, чтобы обойти сгоревшую нить и позволить остальной части струны загореться. Однако если перегорит слишком много лампочек, перегорит и шунт, что потребует использования мультиметра, чтобы найти место отказа.
В фотоэлектрической технике этот термин широко используется для описания нежелательного короткого замыкания между контактами передней и задней поверхности солнечного элемента , обычно вызванного повреждением пластины .
Газонаполненная трубка также может использоваться в качестве шунта, особенно в грозозащитном разряднике . Неон и другие благородные газы имеют высокое напряжение пробоя , поэтому обычно через него не протекает ток. Однако прямой удар молнии (например, в антенну радиовышки ) вызовет искрение шунта и проведение огромного количества электричества на землю , защищая передатчики и другое оборудование.
В другой более старой форме грозозащитного разрядника используется простой узкий искровой промежуток, через который при наличии высокого напряжения возникает дуга. Хотя это недорогое решение, его высокое напряжение срабатывания практически не обеспечивает защиты современных полупроводниковых электронных устройств, питающихся от защищенной схемы.
Конденсаторы используются в качестве шунтов для перенаправления высокочастотного шума на землю, прежде чем он сможет распространиться на нагрузку или другие компоненты схемы.
Термин «шунт» используется в фильтрах и подобных схемах с лестничной топологией для обозначения компонентов, подключенных между линией и общим проводом. Этот термин используется в этом контексте, чтобы отличить шунтирующие компоненты, подключенные между сигнальной и обратной линиями, от компонентов, подключенных последовательно вдоль сигнальной линии. В более общем смысле термин «шунт» можно использовать для обозначения компонента, подключенного параллельно другому. Например, полусекция, полученная из шунта m, представляет собой обычную секцию фильтра из метода проектирования фильтра по импедансу изображения . [1]
Если устройства уязвимы к обратной полярности сигнала или источника питания, для защиты цепи можно использовать диод . При последовательном подключении к цепи он просто предотвращает обратный ток, но при параллельном подключении он может шунтировать обратный источник питания, вызывая размыкание предохранителя или другой схемы ограничения тока.
Все полупроводниковые диоды имеют пороговое напряжение – обычно от 0,5 до 1 вольт – которое необходимо превысить, прежде чем через диод потечет значительный ток в обычно допустимом направлении. Два встречно-параллельных шунтирующих диода (по одному для проведения тока в каждом направлении) можно использовать для ограничения проходящего мимо них сигнала до уровня, не превышающего их порогового напряжения, чтобы защитить последующие компоненты от перегрузки.
Когда цепь необходимо защитить от перенапряжения и в источнике питания существуют режимы отказа, которые могут вызвать такие перенапряжения, цепь может быть защищена с помощью устройства, обычно называемого ломовой схемой . Когда это устройство обнаруживает перенапряжение, оно вызывает короткое замыкание между источником питания и его обраткой. Это вызовет как немедленное падение напряжения (защита устройства), так и мгновенный высокий ток, который, как ожидается, приведет к размыканию чувствительного к току устройства (например, предохранителя или автоматического выключателя ). Это устройство называется ломом , поскольку его действие можно сравнить с падением настоящего лома на набор шин (оголенных электрических проводников).
На военных кораблях перед входом в бой принято устанавливать боевые короткие шунты на предохранители основного оборудования. Это обходит защиту от перегрузки по току в тот момент, когда отключение питания оборудования не является подходящей реакцией. [ нужна цитата ]
В качестве введения к следующей главе на этом рисунке показано, что термин «шунтирующий резистор» следует понимать в контексте того, что он шунтирует.
В этом примере резистор RL следует понимать как «шунтирующий резистор» (по отношению к нагрузке L), поскольку этот резистор будет пропускать ток вокруг нагрузки L. RL подключается параллельно нагрузке L.
Однако последовательные резисторы R M1 и R M2 представляют собой низкоомные резисторы (как на фотографии), предназначенные для пропускания тока вокруг приборов M1 и M2 и функционирующие как шунтирующие резисторы для этих приборов. R M1 и R M2 подключены параллельно M1 и M2. Если рассматривать эти два резистора без приборов, в этой схеме они будут считаться последовательными резисторами .
Шунт амперметра позволяет измерять значения тока , слишком большие, чтобы их можно было напрямую измерить конкретным амперметром. В этом случае параллельно вольтметру включается отдельный шунт — резистор очень малого, но точно известного сопротивления , так что практически весь измеряемый ток будет течь через шунт (при условии, что внутреннее сопротивление вольтметра принимает настолько малая часть тока, что ею можно пренебречь). Сопротивление выбирается таким образом, чтобы результирующее падение напряжения было измеримым, но достаточно низким, чтобы не нарушить работу цепи . Напряжение на шунте пропорционально току, протекающему через него, поэтому измеренное напряжение можно масштабировать для непосредственного отображения значения тока. [2] [3]
Шунты рассчитаны на максимальный ток и падение напряжения при этом токе. Например, шунт на 500 А, 75 мВ будет иметь сопротивление150 микроом , максимально допустимый ток 500 ампер и при этом токе падение напряжения составит 75 милливольт . По соглашению большинство шунтов рассчитаны на падение напряжения 50, 75 или 100 мВ при работе на полном номинальном токе, а большинство амперметров состоят из шунта и вольтметра с полномасштабными отклонениями 50, 75 или 100 мВ. Все шунты имеют коэффициент снижения номинальных характеристик при непрерывном (более 2 минут) использовании, наиболее распространенным является 66%, поэтому примерный шунт не должен эксплуатироваться при токе выше 330 А (и падении напряжения 50 мВ) дольше этого значения.
Это ограничение связано с температурными ограничениями, при которых шунт перестает работать правильно. Для манганина , обычного материала шунта, при 80 °С начинает возникать тепловой дрейф, при 120 °С термодрейф представляет собой существенную проблему, где погрешность, в зависимости от конструкции шунта, может составлять несколько процентов, а при 140 °С манганин сплав становится необратимо поврежденным из-за отжига , что приводит к смещению значения сопротивления вверх или вниз. [ нужна цитата ]
Если измеряемый ток также имеет потенциал высокого напряжения, это напряжение будет присутствовать и в соединительных проводах, и в самом считывающем приборе. [2] Иногда шунт вставляют в ответную часть ( заземленную сторону), чтобы избежать этой проблемы. Некоторые альтернативы шунтам могут обеспечить изоляцию от высокого напряжения, не подключая счетчик напрямую к цепи высокого напряжения. Примерами устройств, которые могут обеспечить такую изоляцию, являются датчики тока на эффекте Холла и трансформаторы тока (см. клещи ). Современные шунты считаются более точными и дешевыми, чем устройства на эффекте Холла. Общие характеристики точности таких устройств составляют ±0,1%, ±0,25% или ±0,5%.
Шунт типа Томаса с двойными манганиновыми стенками и тип MI (улучшенная конструкция типа Томаса) использовались NIST и другими лабораториями по стандартизации в качестве юридического эталона сопротивления, пока в 1990 году его не заменил квантовый эффект Холла . Шунты типа Томаса до сих пор используются в качестве вторичных эталонов для очень точных измерений тока, поскольку использование квантового эффекта Холла — трудоемкий процесс. Точность этих типов шунтов измеряется в единицах на миллион и субчастях на миллион по шкале дрейфа за год установленного сопротивления. [4]
Если цепь заземлена (заземлена) с одной стороны, токоизмерительный шунт можно включить либо в незаземленный провод, либо в заземленный провод. Шунт в незаземленном проводнике должен быть изолирован от напряжения всей цепи относительно земли; измерительный прибор должен быть изолирован от земли или должен включать резистивный делитель напряжения или изолирующий усилитель между относительно высоким синфазным напряжением и более низкими напряжениями внутри прибора. Шунт в заземленном проводнике может не обнаружить ток утечки, который обходит шунт, но он не будет испытывать высокого синфазного напряжения на землю. Нагрузка удаляется от прямого пути к земле, что может создать проблемы для схем управления, привести к нежелательным излучениям или к тому и другому.
Десять из них служили исключительно стандартом сопротивления США с 1939 года, пока их не вытеснил квантовый эффект Холла (QHE) в 1990 году.
