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 с целью предотвращения перегрузки по току . Электрические шунты обычно используются в различных приложениях, включая системы распределения электроэнергии, системы электрических измерений, автомобильные и морские приложения.
Одним из примеров являются миниатюрные рождественские огни , которые соединены последовательно . Когда нить накаливания перегорает в одной из лампочек накаливания , полное линейное напряжение появляется на перегоревшей лампочке. Шунтирующий резистор , который был подключен параллельно нити накаливания до того, как она перегорела, затем закоротит, чтобы обойти перегоревшую нить и позволить остальной части гирлянды гореть. Однако, если перегорит слишком много лампочек, шунт также перегорит, что потребует использования мультиметра для поиска точки 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 , как и другие благородные газы , имеет высокое пробивное напряжение , поэтому обычно ток через него не течет. Однако прямой удар молнии (например, в антенну радиовышки ) вызовет дугу в шунте и отведет огромное количество электричества в землю , защищая передатчики и другое оборудование.
Другая старая форма грозоразрядника использует простой узкий искровой промежуток, через который проскакивает дуга при наличии высокого напряжения. Несмотря на низкую стоимость решения, его высокое напряжение срабатывания практически не обеспечивает защиты для современных твердотельных электронных устройств, питаемых защищенной цепью.
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 топологией лестничного типа для обозначения компонентов, подключенных между линией и общим проводом. Термин используется в этом контексте для различения компонентов шунта, подключенных между сигнальной и обратной линиями, от компонентов, подключенных последовательно вдоль сигнальной линии. В более общем смысле термин шунт может использоваться для компонента, подключенного параллельно с другим. Например, полусекция шунта m является общей секцией фильтра из метода импеданса изображения при проектировании фильтра. [1]
Если устройства уязвимы к обратной полярности сигнала или 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 ток, вызывая срабатывание предохранителя или другой схемы ограничения тока.
Все полупроводниковые диоды имеют пороговое напряжение – обычно от 0,5 до 1 вольта – которое должно быть превышено, прежде чем через диод начнет протекать значительный ток в нормально допустимом направлении. Два антипараллельных шунтирующих диода (по одному для проведения тока в каждом направлении) могут использоваться для ограничения сигнала, проходящего мимо них, до уровня, не превышающего их порогового напряжения, чтобы защитить последующие компоненты от перегрузки.
Когда цепь должна быть защищена от перенапряжения, а в источнике питания есть режимы отказа, которые могут вызывать такие перенапряжения, цепь может быть защищена устройством, обычно называемым схемой ломика . Когда это устройство обнаруживает перенапряжение, оно вызывает короткое замыкание между источником питания и его возвратом. Это вызовет как немедленное падение напряжения (защищая устройство), так и мгновенный высокий ток, который, как ожидается, откроет чувствительное к току устройство (такое как предохранитель или автоматический выключатель ). Это устройство называется ломиком, поскольку его можно сравнить с падением настоящего лома по набору шин (открытых электрических проводников).
На военных кораблях принято устанавливать боевые шунты через предохранители для необходимого оборудования перед началом боя. Это позволяет обойти защиту от перегрузки по току в то время, когда отключение питания оборудования не является подходящей реакцией. [ необходима 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 можно понимать как «шунтирующий резистор» (к нагрузке L), поскольку этот резистор будет пропускать ток вокруг нагрузки L. RL подключен параллельно нагрузке L.
Однако последовательные резисторы R M1 и R M2 являются низкоомными резисторами (как на фотографии), предназначенными для пропускания тока вокруг приборов M1 и M2 и функционирующими как шунтирующие резисторы для этих приборов. R M1 и R M2 подключены параллельно с M1 и M2. Если бы они были видны без приборов, эти два резистора считались бы последовательными резисторами в этой схеме.
Шунт амперметра позволяет измерять значения тока, слишком большие для непосредственного измерения конкретным амперметром. В этом случае отдельный шунт, резистор очень низкого, но точно известного сопротивления , помещается параллельно вольтметру , так что практически весь измеряемый ток будет протекать через шунт ( при условии, что очень высокое внутреннее сопротивление вольтметра принимает такую малую часть тока, что его можно считать пренебрежимо малым). Сопротивление выбирается таким образом, чтобы результирующее падение напряжения было измеримым, но достаточно низким, чтобы не нарушить цепь . Напряжение на шунте пропорционально току, протекающему через него, и поэтому измеренное напряжение можно масштабировать для непосредственного отображения текущего значения. [2] [3]
Шунты оцениваются по максимальному току и падению напряжения при этом токе. Например, шунт 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 50 мВ, 75 мВ или 100 мВ при работе при полном номинальном токе, и большинство амперметров состоят из шунта и вольтметра с полным отклонением 50, 75 или 100 мВ. Все шунты имеют коэффициент снижения для непрерывного (более 2 минут) использования, наиболее распространенным является 66%, поэтому шунт в примере не должен работать при токе выше 330 А (и падении 50 мВ) дольше этого времени.
Это ограничение связано с температурными пределами, при которых шунт больше не будет работать правильно. Для манганина , обычного материала шунта, при 80 °C начинает происходить тепловой дрейф, при 120 °C тепловой дрейф становится значительной проблемой, где ошибка, в зависимости от конструкции шунта, может составлять несколько процентов, а при 140 °C сплав манганина становится необратимо поврежденным из-за отжига, что приводит к дрейфу сопротивления вверх или вниз. [ необходима цитата ]
Если измеряемый ток также имеет высокий потенциал напряжения, это напряжение будет присутствовать и в соединительных проводах, и в самом считывающем приборе. [2] Иногда шунт вставляется в обратную ножку ( заземленную сторону), чтобы избежать этой проблемы. Некоторые альтернативы шунтам могут обеспечить изоляцию от высокого напряжения, не подключая счетчик напрямую к высоковольтной цепи. Примерами устройств, которые могут обеспечить такую изоляцию, являются датчики тока на эффекте Холла и трансформаторы тока (см. токовые клещи ). Токовые шунты считаются более точными и дешевыми, чем устройства на эффекте Холла. Обычные характеристики точности таких устройств составляют ±0,1%, ±0,25% или ±0,5%.
Шунт типа Томаса с двойной манганиновой стенкой и тип MI (улучшенная конструкция типа Томаса) использовались NIST и другими лабораториями стандартов в качестве законного эталона ома, пока в 1990 году не были заменены квантовым эффектом Холла . Шунты типа Томаса до сих пор используются в качестве вторичных стандартов для проведения очень точных измерений тока, поскольку использование квантового эффекта Холла является трудоемким процессом. Точность этих типов шунтов измеряется в ppm и суб-ppm шкале дрейфа в год установленного сопротивления. [4]
Если цепь заземлена (заземлена) с одной стороны, шунт для измерения тока может быть вставлен либо в незаземленный проводник, либо в заземленный проводник. Шунт в незаземленном проводнике должен быть изолирован для полного напряжения цепи относительно земли; измерительный прибор должен быть изначально 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 высокое синфазное напряжение относительно земли. Нагрузка удаляется из прямого пути к земле, что может создать проблемы для схемы управления, привести к нежелательным выбросам или и к тому, и к другому.
Десять из них служили исключительно в качестве стандарта сопротивления США с 1939 года, пока они не были вытеснены квантованным эффектом Холла (QHE) в 1990 году.
