Что такое шунт в электричестве

Содержание

Режимы работы электрических цепей. Шунт

Что такое шунт в электричестве

1.1. Электрическая цепь. Основные понятия и определения 13

Если цепь содержит не менее двух узлов и контуров и не менеетрёх ветвей, то такая цепь являетсяразветвлённой, в противном случае––неразветвлённой.

Смешанным соединением участков электрической цепи называется сочетание последовательных и параллельных соединений.

Взависимости от соотношения сопротивления источника и нагрузки различают четыре режима электрической цепи:

1. Рабочие ––

•номинальный (Rн =Rнн, все параметры цепи соответствуют расчётным);

•согласованный (Rн =Rвн, обеспечивает передачу максимальной мощности от источника к нагрузке при КПД 50 %).

2.Предельные ––

•холостого хода (Rн Rвн, разрыв электрической цепи, напряжение на выходных разъёмах равно ЭДС);

•короткого замыкания (Rн Rвн, характеризуется высоким значением силы тока, которая ограничена только внутренним сопротивлением источника, обычно является аварийным режимом).

1.1.4.1. Номинальный режим
Номинальный режим –– режим электри-
ческой цепи, в котором сопротивление нагруз- i
ки соответствует паспортному или расчётному
(Rн =Rнн, рис.1.3). Rвн
Номинальный режим является основным u Rнн
рабочим режимом любой электрической цепи.
e
Номинальному режиму соответствует но-
минальные или расчётные значения напряже-
ния (u =uн) и тока (i =iн).
Параметры номинального режима приво- Рис. 1.3.
дятся в паспорте устройства а также на пас-

Номинальный режим

портной табличке (шильдике), расположенном на корпусе устройства.

14 1. Основные положения
Согласованный режим–– режим элек-
i трической цепи, в котором сопротивление
нагрузки равно внутреннему сопротивле-
Rвн нию источника (Rн =Rвн, рис.1.4).
Rн= Rвн u Характерной особенностью согла-
e сованного режима является максимум
передаваемой мощности от источника к
нагрузке. Основным недостатком этого ре-
жима является низкий КПД (50 %).
Рис. 1.4. Согласованный Рассмотрим согласованный режим по-
дробнее.
режим Ток в цепи и мощность в цепи, при-
ведённой на рис. 1.4 определяются следую-
щими выражениями: e
i =
Rвн+ Rн
p = Rнi2 = Rн e2
(Rвн +Rн)2
Найдём максимум мощности приёмника, приравняв к нулю про-
изводную мощности по сопротивлению нагрузки:
dp = e2 (Rвн +Rн)2 − 2(Rвн +Rн)Rн = 0.
dRн (Rвн +Rн)4

Полученное равенство будет выполняться при условии равенства нулю делителя (при e = 0 наступит режим холостого хода и передача энергии осуществляться не будет):

(Rвн +Rн)2 − 2(Rвн +Rн)Rн = 0.

И окончательно:

Rвн= Rн.

Следствием равенства сопротивлений нагрузки и источника является низкое значение КПД:

1.1. Электрическая цепь. Основные понятия и определения 15
μ = Rнi2 = = 1 .
(Rн +Rвн)i2 2Rн 2

В связи с низким КПД, согласованный режим применяется главным образом в маломощных (в первую очередь электронных) цепях.

1.1.4.3. Режим холостого хода

Режим холостого хода –– режим электрической цепи, в котором сопротивление нагрузки значительно превышает внутренне сопротивление источника (Rxx Rвн, рис. 1.5).

Говоря о режиме холостого хода, обычно, подразумевают работу без нагрузке, что, в случае электрических цепей, соответствует бесконечно большому сопротивлению или разрыву цепи.

Режиму холостого хода соответствует максимум напряжения (будет равно ЭДС: uхх =e) и равенство нулю тока (iхх = 0).

iхх= 0

Rвн

uхх= e

e

Рис. 1.5. Режим холостого хода

1.1.4.4. Режим короткого замыкания

Режим короткого замыкания –– режим электрической цепи, в котором сопротивление нагрузки значительно ниже внутреннего сопротивления источника (Rкз Rвн, рис. 1.6).

Говоря о режиме короткого замыкания, обычно, подразумевают аварийный режим вызванный разрушением изоляции или попаданием в цепь постороннего предмета.

Важно отметить, что в ряде случаев (например при исследовании трансформатора), для получения характеристик электрического устройства, проводят опыт короткого замыкания. В этом случае режим короткого замыкания не является

i e

u

e

Рис. 1.6. Режим короткого замыкания

аварийным, т. к. токи и напряжения в электрической цепи не превышают номинальных.

Режиму короткого замыкания соответствует минимум напряжения (uкз = 0) и большое значение тока (фактически ток ограничен внутренним сопротивлением источника,iкз → ∞).

1.1.4.5.Сводная таблица параметров основных режимов электрической цепи

Наименование режима Сопротивление Напряжение Сила тока
Номинальный Rн= Rнн uн= uнн iн= iнн
Согласованный Rн= Rвн –– ––
Холостого хода RнRвн uн = e iн → 0
Короткого замыкания RнRвн uн → 0 iн → ∞

Rн ––сопротивление нагрузки;

Rнн ––номинальное сопротивление нагрузки;Rвн ––внутреннее сопротивление источника;uн ––напряжение на нагрузке;

uнн ––номинальное напряжение на нагрузке;e ––ЭДС;

iн ––сила тока в нагрузке;

iнн ––номинальная сила тока в нагрузке;

1.1.4.6. Шунт

Рис. 1.7. Шунт

Rш ––шунт,

R ––шунтируемый элемент

Шунт (от англ. shunt––ответвление)––элемент электрической цепи, сопротивление которого, в заданном диапазоне частот, значительно меньше сопротивления шунтируемого элемента, к которому шунт включается параллельно (рис.1.7).

Шунтирование, в основном, применяется в измерительной технике для расширения пределов измерения амперметров.

Источник: https://StudFiles.net/preview/2874418/page:4/

Измерение, контроль и регистрация результатов при сварке

Измерение – процесс определения значений переменной, выраженных соответствующей физической величиной.

Переменными процесса сварки являются: электрические параметры (напряжение дуги, ток сварки, мощность дуги, электрическое сопротивление дуги, …), скорость подачи электродной проволоки, скорость сварки, температура в заданной точке основного металла, и др.

Могут определяться средние значения параметров или их эффективные значения, а также пиковые значения параметра, его частотные характеристики и т.п.

Контроль – сравнение измеряемого значения искомого параметра сварки с заданными пределами (верхним и нижним).

Измерение основных параметров сварки

Из всех параметров режима сварки только напряжение дуги не требует использования специальных датчиков и может быть определено прямым измерением с использованием вольтметра. Для того, чтобы измерить скорость подачи электродной проволоки, ток сварки, температуру основного металла, расход защитного газа и т.п. требуется применение соответствующих датчиков.

Измерение тока сварки

Имеется большое разнообразие датчиков тока: трансформаторы тока, токовые шунты и датчики тока на основе преобразователей Холла.

Трансформатор тока – это измерительный трансформатор, ток во вторичной обмотке которого пропорционален току в первичной обмотке. Этим измерительным прибором можно измерять значения только переменного тока.

Первичная обмотка трансформатора тока включается в электрическую цепь последовательно с потребителем, ток которого необходимо определить. К выводам вторичной обмотки подключается амперметр с диапазоном измерения тока 1 – 5 ампер (таким образом, трансформатор тока работает в режиме короткого замыкания).

Внешний вид некоторых типов трансформаторов тока

Трансформаторы тока выпускаются на разные диапазоны измерения тока (0 – 300 А, 0 – 600 А и т.д.). Причем диапазон тока во вторичной обмотке сохраняется постоянным: 1 – 5 ампер.

Читайте также  Как правильно завести электричество в деревянный дом

При измерении сварочных токов роль первичной обмотки выполняет сам сварочный кабель, пропущенный в центральное отверстие трансформатора тока. При этом необходимо помнить простое правило: сколько раз сварочный кабель пропущен через центральное отверстие трансформатора тока, во столько раз уменьшается диапазон измерения тока, а также снижается погрешность измерения, что является желательным при измерении малых сварочных токов.

Принцип измерения тока сварки с помощью трансформатора тока.

Для удобства пользования, а именно, для подключения трансформатора тока без разрыва сварочной цепи, трансформаторы тока изготавливают в виде измерительных клещей.

Внешний вид трансформатора тока, выполненного в виде измерительных клещей

Токовым шунтом является низкое активное сопротивление, которое устанавливается в разрыв цепи. Значение тока определяется через падение напряжения на шунте, которое он вызывает.

Внешний вид токовых шунтов (на переднем плане — на 500 А; на заднем — на 300 А) Схема подключения токовых шунтов в измерительную (сварочную) цепь.

Электрическое сопротивление токовых шунтов подбирается таким образом, чтобы при его номинальном токе (например, 300 или 500 А) на нём падало строго определённое напряжение. Обычно оно составляет 75 мВ, но может быть и другим (например, 45 или 60 мВ). Падение напряжения на шунте измеряется милливольтметром. Для удобства пользования шкала милливольтметров, предназначенных для подключения к токовому шунту, градуируется в амперах, что исключает необходимость пересчета показаний пользователем.

Милливольтметр с диапазоном измерения

Токовый шунт не рекомендуется использовать для измерения переменного тока, так как собственная индуктивность шунта может влиять на скорость изменения тока и искажать форму его кривой.

Однако уместно заметить, что такое влияние шунта проявляется только при частотах переменного тока выше 10 кГц. Таким образом, токовый шунт вполне может быть использован в условиях дуговой сварки переменным током при использовании тока промышленной частоты (50 или 60 Гц).

Основным недостатком токовых шунтов является необходимость разрыва цепи, в которой измеряется ток.

В настоящее время вместо токовых шунтов всё чаще используются датчики тока на основе преобразователей Холла. Их основным компонентом является полупроводниковый элемент, который реагирует на магнитное поле, создаваемое током в цепи, т.е. током, значение которого требуется определить. Выходным сигналом такого датчика является напряжение, причём довольно высокое (обычно от 1 до 10 В в зависимости от модели датчика).

Датчики Холла по сравнению с токовыми шунтами имеют следующие важные достоинства:

Выходной сигнал датчика Холла примерно в 100 раз выше, чем у токового шунта. Более мощный выходной сигнал датчика Холла менее подвержен влиянию шумов. Поэтому датчик Холла обеспечивает более низкую погрешность измерения.

Датчик Холла относится к измерительным устройствам, которые не оказывают влияние на измеряемый сигнал. В то время как электрическое сопротивление токового шунта, пусть даже и незначительное, влияет на параметры сварочной цепи.

Токовый шунт, будучи включённым непосредственно в разрыв сварочной цепи, находится под напряжением, что требует особого внимания для исключения случайных контактов с другими электрическими цепями.

Кроме этого, при одновременном измерении тока сварки и напряжения дуги возможно ошибочное подключение измерительных кабелей таким образом, что произойдёт короткое замыкание сварочного источника питания.

Датчик Холла в этом смысле обладает очень важным преимуществом, так как не имеет прямого электрического контакта с компонентами сварочной цепи.

Токовый шунт требует больше затрат времени на установку, так как для этого необходимо разорвать цепь. Датчик Холла, выполненный в виде клещей, устанавливается в считанные секунды.

Внешний вид измерительных клещей, в которых используется датчик Холла и принцип его действия.

Для того, чтобы проведенное сравнение этих двух типов датчиков было полным необходимо также указать, что токовый шунт в 2 – 3 раза дешевле датчика Холла, и значительно более долговечнее и надёжнее последнего.

Измерение напряжения дуги

Определение значения напряжения дуги производится непосредственно вольтметром без применения каких-либо датчиков. Однако и в этом случае необходимо учитывать некоторые особенности измерения этого параметра процесса сварки для того, чтобы выполнить его должным образом.

из них заключается в том, что для снижения погрешности измерения напряжения дуги необходимо избегать включения в цепь измерения падений напряжения на сварочных кабелях и на электрических контактах в сварочной цепи.

Справедливости ради следует сказать, что падение напряжения на переходном контакте мундштук – проволока не велико и не превышает 0,1…0,2 В при токах сварки 100 … 300 А.

Наиболее часто используемая схема подключения вольтметра при определении напряжения на дуге в условиях сварки МИГ/МАГ

Измерение скорости подачи электродной проволоки

Для измерения скорости подачи электродной проволоки обычно используется два типа тахогенераторов; оптический тахогенератор и тахогенератор электромагнитной системы.

Параметры выходного сигнала тахогенератора первого типа позволяют использовать его с измерительными устройствами с цифровым входом, в то время как тахогенератор второго типа должен подключаться к аналоговому входу измерительного устройства.

При отсутствии соответствующих тахогенераторов скорость подачи электродной проволоки можно измерить при настройке сварочной установки путем замера длины куска проволоки и времени, в течение которого он был подан подающим механизмом.

Внешний вид одного из тахогенераторов для измерения скорости подачи электродной проволоки

Измерение скорости сварки

Скорость сварки, как правило, определяют по длине выполненного сварного шва и времени, затраченного на его выполнение.

Измерение расхода газа

В сварочных установках используют расходомеры газа поплавкового и дроссельного типа.

Регистрирующие устройства

Для измерения параметров сварки и, в первую очередь, для регистрации результатов измерений используются самопишущие приборы измерения различных типов, а также системы на базе персональных компьютеров и другие электронные измерительные системы.

Одна из портативных систем для измерения и регистрации (на бумажном носителе) параметров сварки

Один из типов самопишущих приборов

Источник: http://weldering.com/izmerenie-kontrol-registraciya-rezultatov-svarke

Шунт для амперметра – как сделать самому, откалибровать и расширить возможности тестера

Измерение силы тока – достаточно важная процедура для расчета и проверки электрических схем. Если вы создаете прибор с потребляемой мощностью на уровне зарядки для мобильного телефона – для измерения достаточно обычного мультиметра.

Типичный недорогой бытовой тестер имеет предел измерения силы тока 10 А.

На большинстве подобных приборов имеется дополнительный разъем для измерения больших величин. Переставляя измерительный кабель, вы, наверное не задумывались, по какой причине надо организовывать дополнительную цепь, и почему нельзя просто воспользоваться переключателем режимов?

Почему одним прибором нельзя измерять широкий диапазон величин?

Принцип работы любого амперметра (стрелочного или катушечного) основан на переводе измеряемой величины в визуальное ее отображение. Стрелочные системы работают по механическому принципу.

Через обмотку протекает ток определенной величины, заставляя ее отклоняться в поле постоянного магнита. На катушке закреплена стрелка. Остальное – дело техники. Шкала, разметка и прочее.

Зависимость угла отклонения от силы тока на катушке не всегда линейная, это часто компенсируется пружиной особой формы.

Для обеспечения точности измерения, шкала делается по возможности с большим количеством промежуточных делений. В таком случае, для обеспечения широкого предела измерений шкала должна быть огромного размера.

Или же надо иметь в арсенале несколько прибором: амперметр на десятки и сотни ампер, обычный амперметр, миллиамперметр.

В цифровых мультиметрах картина схожая. Чем точнее шкала – тем ниже предел измерения. И наоборот – завышенная величина предела, дает большую погрешность.

Читайте также  Расчет обогрева помещения электричеством

Слишком загруженной шкалой пользоваться неудобно. Большое количество положений усложняют конструкцию прибора, и увеличивают вероятность потери контакта.

Применив закон Ома для участка цепи, можно изменить чувствительность прибора, установив шунт для амперметра.

Справка: Шунтом называется обходное сопротивление, проводник, подключенный параллельно измеряемому участку цепи. Часть тока устремляется в обход основного участка, и на подключенный прибор приходится меньшая нагрузка.

Изучение начнем с теории:

Как рассчитать шунт для амперметра?

  1. Расчет шунта для незначительного расширения верхнего предела шкалы амперметра.Сопротивление шунта вычисляется по формуле. Rш = (Rа * Iа)/(I — Iа)Rш – сопротивление, которым должен обладать шунт.Rа – внутреннее сопротивление амперметра без нагрузки.

    I – предполагаемый ток, при котором стрелка прибора займет максимальное положение в конце шкалы.Iа – ток, при котором стрелка прибора занимает крайнее положение в конце шкалы без применения шунта.Величина сопротивления рассчитывается по формуле в Омах, сила тока в Амперах.

  2. Расчет шунта для амперметра при существенном превышении предела измерений.Сопротивление шунта вычисляется по формуле. Rш = (Rа * Iа)/I

Как сделать шунт для амперметра, какие материалы при этом используются

Фабрично изготовленные шунты рассчитываются под готовые приборы, их параметры учитываются еще при вытягивании проволоки.

При создании учитывается даже расстояние от центра проволоки до мест подключения контактов. Несмотря на массивность конструкции, шунт достаточно точный и чувствительный прибор. На погрешность влияет даже разнесение контактов для прибора и контактов для измеряемой цепи.

Это низкоомные приборы. Сопротивление измеряется единицами Ом. Поэтому на рабочую величину влияет даже сечение проводника. При точной подгонке свойств шунта, можно делать на шине пропилы, для изменения удельного сопротивления.

Популярное:  Устройство заземления в частном доме своими руками

Еще один вариант юстировки фабричного шунта – подбор дополнительных сопротивлений. Такой способ часто практикуют доморощенные «Кулибины».

Шунт для амперметра своими руками можно изготовить из любого материала, обладающего низким сопротивлением и хорошей теплопроводностью. Если измеряемые токи не более 10 ампер – воспользуйтесь обычной стальной скрепкой большого размера.

Сталь противостоит влиянию высоких температур, и неплохо паяется (при необходимости стационарного монтажа). Если у вас есть медь – тоже хороший выбор. Только не переусердствуйте при калибровке. Случайно отпиленный для изменения сечения кусок нет смысла паять обратно.

[tip]Внимание! Если вы делаете проволочный шунт, не следует мотать из нее спираль. [/tip]

Индуктивность при протекании больших токов может исказить результат. Лучше применить иной материал, или уложить шунт волнами.

Как подобрать шунт для амперметра максимально точно?

Для стенда по подбору сопротивления нам понадобятся:

  • блок питания;
  • образцовый прибор;
  • качественные провода (медные);
  • переменное сопротивление;
  • собственно шунт и амперметр, для которого он готовится.

Схема нужна для точного подбора сопротивления шунта и калибровки прибора с установленной накладкой.

Установив под нагрузкой (заряд аккумулятора) минимальное и максимальное значение – приступаем к ступенчатому изменению силы тока переменным сопротивлением. Полученные на контрольном приборе значения наносим на шкалу.

Вспоминаем физику. урок по расчету шунта для амперметра.



Источник: http://obinstrumente.ru/elektronika/shunt-dlya-ampermetra.html

Подключение амперметра через шунт. Подбор и расчет устройства

Что же такое шунт? Это слово заимствовано из английского языка («shunt», и дословно означает «ответвление»). Физически это сопоставимо, так как через этот элемент, подключенный параллельно к измерительному прибору, проходит большая часть тока, а меньшая – ответвляется в сам прибор. В этом его принцип действия аналогичен байпасу, установленному в системах отопления.

Устройство амперметра

Чтобы осознать необходимость включения амперметра через шунт, напомним вкратце его устройство.

Внутри поля постоянного магнита находится катушка – рамка. По ее виткам протекает измеряемый ток. В зависимости от величины измеряемого параметра положение катушки относительно постоянного магнитного поля изменяется. На ее оси жестко закреплена стрелка прибора. Чем больше измеряемый ток, тем больше отклоняется стрелка.

Чтобы рамка могла поворачиваться, ее ось крепят в подпятниках, либо вывешивают на растяжках. При использовании подпятников ток рамки проходит по спиральным пружинам, если же подвижная часть прибора подвешена на растяжках, то они являются проводниками тока.

Из этой конструкции следует, что величина тока в рамке конструктивно ограничена. Пружины и растяжки не могут одновременно быть достаточно упругими и иметь большое сечение.

Подключение амперметра через трансформатор тока

Расширение пределов измерения амперметра возможно, если использовать дополнительно устройство, называемое трансформатор тока. Работает оно по принципу обычного трансформатора, но первичная обмотка содержит всего несколько витков. При прохождении по ней измеряемого тока его величина во вторичной обмотке будет меньше в несколько раз.

Но такие трансформаторы имеют соответствующие габариты и применяются только в промышленных сетях. В малогабаритных же устройствах их использование нецелесообразно.

Подключение амперметра через шунт

Если прибор включается в измерительную цепь напрямую, без трансформатора тока, его называют амперметром прямого включения.

Без шунта можно использовать приборы, рассчитанные на небольшую силу тока, порядка миллиампер. За счет шунтирования измерительной обмотки сопротивлением, большим, чем ее собственное, мы можем изменить предел измерения. Схема включения сложностью не отличается: через шунт проходит измеряемый ток, а параллельно ему подключается амперметр.

В дело здесь вступает первый закон Кирхгофа. Измеряемый ток делится на два: один протекает через рамку, второй – через шунт.

Соотноситься между собой они будут так:

Расчет сопротивления шунта

Отсюда следует, что, зная ток полного отклонения измерительной системы (Iпр) и внутреннее сопротивление рамки (Rпр), можно вычислить требуемое сопротивление шунта (Rш). И тем самым изменить предел измерения амперметра.

Но, перед тем как переделать миллиамперметр в амперметр, нужно решить две непростых задачи: узнать ток полного отклонения измерительной системы и ее сопротивление. Можно найти эти данные, зная тип миллиамперметра, который переделывается. Если это невозможно, придется провести ряд измерений. Сопротивление можно измерить мультиметром. А вот для второго параметра потребуется подать на прибор ток от постороннего источника, измеряя его величину с помощью цифрового амперметра.

Но такой расчет шунта для амперметра не будет точным. Невозможно с помощью подручных средств обеспечить требуемую точность измерений. Система измерения с шунтом имеет большую чувствительность к погрешности при определении исходных данных. Поэтому на практике проводится точная подгонка сопротивления шунта и калибровка амперметра.

Подгонка измерительной системы

Для изготовления заводских изделий используются материалы, не изменяющие своих характеристик в широком диапазоне температур. Поэтому лучший вариант – подбор готового шунта и подгонка для своих целей уменьшением сечения и длины его проводника до соответствия рассчитанному значению. Но для изготовления шунта для амперметра можно использовать и подручные материалы: медную или стальную проволоку, даже скрепки подойдут.

Теперь потребуется блок питания с регулятором напряжения, чтобы выдать требуемый ток. Для нагрузки можно использовать резистор соответствующей мощности или лампы накаливания.

Сначала добиваемся соответствия полного отклонения стрелки прибора при максимальном значении измеряемой величины. На этом этапе подбираем сопротивление нашей самоделки до максимально возможного совпадения с конечной риской на шкале.

Затем проверяем, совпадают ли промежуточные риски с соответствующими им значениями. Если нет – разбираем амперметр и перерисовываем шкалу.

И когда все получилось – устанавливаем готовый прибор на свое место.

Источник: https://electriktop.ru/instrument/podklyuchenie-ampermetra-cherez-shunt.html

Возобновляемые источники энергии и измерение тока в них

Человечество все больше стремиться к использованию возобновляемых источников энергии и пытается отказаться от источников на основе углерода.

Увеличение количества солнечных, ветровых, водных (приливы/отливы, волновая энергетика) источников энергии привело к необходимости использования высокоточного метода измерения тока.

Читайте также  Отопление дачного дома электричеством

Решение требуется по нескольким причинам: обеспечить точный биллинг, иметь улучшенный уровень контроля в различных частях энергосистемы и, возможно, самое главное, обеспечить максимальную эффективность распределенной энергосистемы.

Существует несколько способов измерения тока. Однако, наиболее подходящим для приложений возобновляемых источников энергии выглядит обычный амперметр, использующий шунтирующие резисторы (шунты) для работы с большими токами.

Потребность в возобновляемых источниках энергии

Возобновляемая энергетика давно уже не новинка. В течение многих десятилетий гидроэлектростанции были популярны в некоторых районах. Но для стран, пытающихся отказаться от углеродной энергетики, широкомасштабное использование солнечной энергии и энергии ветра было основным направлением развития альтернативной энергетики.

Напряжение, генерируемое возобновляемыми источниками энергии, отличается от обычных (традиционных) источников таких как ТЭС, ГЭС и атомные электростанции.

Это связано с тем, что возобновляемые источники генерируют постоянный ток, который требует преобразования в переменный для передачи на дальние расстояние, и обратного преобразования в постоянный ток в случае необходимости (например, хранение электрической энергии).

Стандартные источники электроэнергии по своей природе генерирует  переменное напряжение, которое можно легко подавать в электрическую сеть с использованием трансформаторов и подстанции.

Возобновляемая энергия проходит более сложный путь, прежде чем попасть в энергосистему. Фотоэлектрические панели генерируют чистую энергию постоянного тока, которая должна использовать инвертор для преобразования в переменный ток для подачи в электрическую сеть. Некоторые ветряные турбины также генерируют постоянный ток, особенно небольшие установки, которые видны вблизи домов, ферм и промышленных объектов.

В больших ветровых установках турбины могут производить энергию переменного тока. Однако подключение их к сети общего пользования требует синхронизации напряжение и частоты с сетью. Но в некоторых случаях этого можно избежать. Напряжение и частота выходной мощности коррелируют с частотой вращения ветряной турбины, которая зависит от скорости ветра.

Одним из решений является использование редуктора для синхронизации скорости турбины с частотой сети. Недостатком является то, что это добавляет сложности в систему, а также увеличивает стоимость и вес ветроустановки. В большинстве случаев предпочтительнее преобразовывать выход турбины в постоянный ток, а затем использовать инвертор для преобразования его обратно в переменный ток с правильной частотой и напряжением сети.

Для синхронизации и большей точности работы системы альтернативной энергии необходимо измерения тока, как на стороне постоянного напряжения, так и на стороне переменного. Для измерений переменного тока используются трансформаторы тока, которые помимо измерения обеспечивают и дополнительное преимущество гальванической изоляции от измеряемой цепи. Но трансформаторы тока не могут использоваться для измерения в цепи постоянного напряжения.

Существуют некоторые инструменты, основанные на датчиках тока Холла, которые могут измерять ток переменный и постоянный, а также обеспечивают гальваническую развязку. Основная проблема с этим типом измерения – точность. Обычно невозможно получить требуемую точность 0,1% (или выше) с помощью датчиков Холла.

Третий вариант — использовать амперметры с точными шунтирующими резисторами. Этот тип измерения не обеспечивает гальваническую развязку, поэтому к такому типу измерения необходимо относиться особенно внимательно.

Как работает шунтирующий резистор в амперметре

Работа амперметра с шунтом довольно проста. В прошлом этот способ измерения широко использовался для измерения тока. Основные принципы измерения с помощью данной методики преподаются практически во всех курсах по электротехнике. Резисторы используются для «шунтирования» больших токов.

Этот метод позволяет измерять значительно большие токи, чем это возможно при использовании обычных амперметров. Резистор с очень малым сопротивлением расположен последовательно с нагрузкой, что создает на нем небольшое падение напряжения, которое измеряется с помощью вольтметра. Затем ток рассчитывается с помощью закона Ома.

Схема работы данной системе приведена ниже:

Это основной принцип работы измерительного прибора. Конечно, современные ампер-шунты немного сложнее. Шунтирующий резистор работает в паре с вольтметром для обеспечения максимального отклонение стрелки прибора при максимальном токе шунта.

Падение напряжения на шунте имеют строго фиксированные значения: 50, 75 или 100 мВ. В типичном примере резистор, который будет измерять ток до 100 А с падением напряжения 100 мВ, будет иметь значение сопротивления 1 мОм (0,001 Ом).

Для более высоких токов потребуется меньшее сопротивление резистора с более низким падением напряжения.

При таком низком сопротивлении оно должно быть определено точно и заранее, а любые другие элементы в системе, которые могут вызвать ошибки, должны быть устранены. Одним из способов снижения потенциально ошибочных измерений является использование четырехконтактного резистора для обеспечения раздельного соединения цепи нагрузки от измерительных терминалов.

Многие материалы, используемые для изготовления резисторов, чувствительны к изменению температуры. При измерении с точностью 0,1% материал резистора должен иметь низкий температурный коэффициент сопротивления (англ. TCR). Например, сплав манганина может использоваться для шунтирующих резисторов амперметров, поскольку его температурный коэффициент сопротивления стабилен в температурном диапазоне    от -40 до + 60ºC.

Шунты амперметра часто вынуждены рассеивать много энергии, поскольку они предназначены для работы с полным током сети. Конструкция амперметра с шунтом должна учитывать мощность рассеивания, используя методы проводимости и конвекции для рассеивания тепла.

Как сделать лучший выбор

При выборе шунта для данной системы необходимо учитывать ряд факторов, независимо от того, приобрели ли вы готовый резистор или изготавливаете свой. Как уже упоминалось ранее, сопротивление должно быть стабильным во всем температурном диапазоне, в котором будет работать система. Максимальная рабочая температура для резистора обычно составляет 80 ° C, при нормальной рабочей температуре от 40 до 60 ° C.

Максимальная рабочая температура поддерживается ниже 80 ° C, поскольку температура выше этой точки вызывает дрейф сопротивление и нарушает точность измерения. Если температура элемента сопротивления поднимается выше 140 ° C, это вызовет процесс «отжига», постоянно изменяя сопротивление.

Чтобы свести к минимуму вероятность этого, правильная установка и ориентация шунта жизненно важна. Если элемент установлен вертикально, он даст доступ к максимальному количеству воздуха для конвекции.

Но даже этого может быть недостаточно, и для схемы может потребоваться принудительное воздушное или водяное охлаждение (рисунок ниже):

В общем, шунты работают примерно на 66% от их расчетного максимального тока. Исключением могут быть шунты, предназначенные для измерения прерывистых или импульсных токов. В этих случаях можно допускать более высокие токи, не беспокоясь о том, что резистор будет перегреваться.

Следовательно, рабочий цикл становится важным этапом при выборе шунтирующего резистора.

Потребность в охлаждения и тип охлаждения могут быть рассчитаны на основе сочетания температуры окружающей среды, рабочего цикла (кратковременный, продолжительный и так далее) и максимально допустимой температуры.

Конечно, как и любой другой тип измерительного оборудования, амперметр с шунтом  требует регулярной повторной калибровки и повторной сертификации для обеспечения достаточной точности измерения, чтобы удовлетворить потребности системы, в которую он внедрен. Многие компании ежегодно выполняют эти действия.

Выводы

Амперметры с шунтами уже давно являются популярным инструментом для измерения тока. Другие измерительные технологии заменили амперметры с шунтирующими резисторами в некоторых приложениях, но альтернативная энергетика вновь возродила данную технологию.

При покупке или подборе амперметра для традиционных или специфических измерений следует проявлять осторожность, чтобы измеряющие резисторы (шунты) точно соответствовали потребностям системы.

Этот процесс можно упростить, работая с опытным производителем, который поможет вам преодолеть любые подводные камни.

Источник: http://elenergi.ru/vozobnovlyaemye-istochniki-energii-i-izmerenie-toka-v-nix.html

Понравилась статья? Поделить с друзьями: