Без байпаса можно использовать приборы с малым током порядка миллиампер. Шунтируя измерительную катушку большим сопротивлением, чем ваше собственное, можно изменить предел измерения. Схема проста: измеряемый ток пропускается через байпас, параллельно подключается амперметр.
Шунты: назначение, принцип действия, расчетные формулы. Причины, ограничивающие область применения шунтов при измерении больших токов?
В электронике и электротехнике часто можно услышать слова «байпас», «обход», «обход». Слово «шунт» пришло из городского обихода: шунт буквально означает «ответвление», «перевод на другой путь». Итак, в электронике байпас — это что-то, что подключается к цепи и «отводит» ток в другую сторону. Так что это облегчает задачу). По сути, байпас — это простой низкоомный резистор, проще говоря. И как бы странно это ни звучало, шунт — это простейший преобразователь тока в напряжение. Но как это возможно? Оказывается, это очень просто!
Таким образом, у нас есть простой обходной путь. Кстати, по своей форме он характеризуется как резистор. Неудивительно, ведь это резистор с низким сопротивлением.
Предположим, что ток течет из точки A в точку B. На своем пути он встречает байпас и проходит через него почти беспрепятственно, поскольку сопротивление байпаса очень низкое. Помните, что электричество характеризуется такими параметрами, как ток и напряжение. Электрический ток протекает через шунт с определенной силой (I), которая зависит от нагрузки цепи.
Помните закон Ома для части электрической цепи? Ну, вот:
Сопротивление шунта всегда постоянно и не меняется; проще говоря, это «константа». Падение напряжения на шунте можно измерить вольтметром, как показано на рисунке:
В соответствии с формулой
и делаем шокирующе простой вывод: чем больше ток, протекающий через шунт, тем выше показания вольтметра.
Так что же это значит? А это значит, что мы можем легко вычислить ток, протекающий через провод АВ ;-). Все очень просто! И самое замечательное, знаете что? Нам даже не нужен амперметр ;-).
Это принцип обхода. И чаще всего этот принцип используется только для расширения пределов измерения измерительных приборов.
Назначение измерительных шунтов и их расчет
Определение 1 Байпас — это простейший трансформатор электрического тока.
Параллельный трансформатор — это трансформатор с четырьмя выводами. Две клеммы, на которые подается электрический ток, называются токовыми входами, а выходы, с которых снимается напряжение, называются потенциальными входами. Как правило, динамические входы подключаются к механизму измерительного устройства. Наиболее важными параметрами измерительных ветвей являются:
- Номинальное выходное напряжение.
- Номинальный входной ток.
Сопротивление точки измерения рассчитывается по следующей формуле:
где: Iш — номинальный входной ток; Uш — номинальное выходное напряжение.
Основной функцией цепей ответвления является расширение пределов измерения тока измерительных приборов. Большая часть измеряемого тока протекает через шунт, а меньшая часть — через измерительный механизм. Байпасы имеют низкое сопротивление и поэтому в основном используются в цепях постоянного тока с магнитоэлектрическими измерительными приборами. На следующем рисунке показана схема подключения этого байпасного счетчика. Ток, протекающий через измерительный прибор, связан с величиной измеряемого тока следующим образом:
Являетесь ли вы экспертом в этой области? Предложите стать автором задания
где: I — измеряемый электрический ток; Rш — сопротивление шунтирования; Ri — сопротивление измерительного прибора.
Если необходимо, чтобы ток, протекающий через измерительный прибор, иногда был меньше измеряемого тока, сопротивление шунтирования должно удовлетворять следующему выражению:
где n — коэффициент шунтирования.
Коэффициент байпаса рассчитывается по следующей формуле:
Пример схемы внешнего обхода, используемой в усилителях 2000, показан на следующем рисунке.
Рисунок 1: Схема обхода. Автор24 — Онлайн-обмен студенческими работами
Здесь: C и D — потенциальные клеммы, A и B — токовые клеммы.
Дрены изготовлены из манганина. Если шунт рассчитан на малые токи (до 30 ампер), он устанавливается в корпус устройства. Для измерения больших токов используются приборы с внешними шунтами, так как в этом случае потери мощности не нагревают прибор.
Готовые работы на аналогичную тему
Курсовая работа Расчет шунтов и резисторов 400 ₽ Реферат Расчет шунтов и резисторов 230 ₽ Контрольная работа Расчет шунтов и резисторов 250 ₽
Получите индивидуальную консультацию для вашего проекта.
Виды шунтов
Промышленные амперметры выглядят следующим образом:
Как бы странно это ни звучало, но это вольтметры. Просто их шкала построена по закону Ома (с делениями шкалы) и уже рассчитана. Короче говоря, он показывает напряжение и измеряет в амперах ;-).
На одном из них можно даже увидеть предел измерения до 100 ампер. Как вы думаете, если поместить такой прибор в вакуум цепи и пропустить ток, скажем, 90 ампер, выдержит ли это тонкая проволока измерительной катушки внутри амперметра? Я думаю, что будет белый, густой дым). По этой причине такие измерения проводятся только через шунты.
Именно здесь расположены промышленные шунты:
Устройства в правом нижнем углу могут проводить ток до килоампер и более.
Каждый промышленный амперметр поставляется с собственным шунтом. Чтобы использовать измеритель тока, нужно просто собрать шунт с измерителем тока по этой схеме:
В некоторых амперметрах этот шунт встроен прямо в корпус прибора.
Если необходимо, чтобы ток, протекающий через измерительный прибор, иногда был меньше измеряемого тока, сопротивление шунтирования должно удовлетворять следующему выражению:
Расчет измерительного шунта миллиамперметра
Байпас — это электрический или магнитный ответвитель, подключенный параллельно основной цепи. Подключение одного элемента цепи параллельно другому для уменьшения общего электрического сопротивления называется байпасом. Это нашло широкое применение в проектировании схем.
Измерительная перемычка представляет собой резистор, подключенный параллельно клеммам токоизмерительного прибора (параллельно его внутреннему электрическому сопротивлению). Это позволяет расширить диапазон измерения тока при одновременном снижении чувствительности и разрешения.
Измерительные ветви изготовлены из манганина. В зависимости от дизайна они могут быть различными:
Для измерений малых токов (не более 30 А) шунт обычно располагается внутри корпуса прибора. При измерениях больших токов байпас располагается на внешнем устройстве, чтобы избежать чрезмерного нагрева корпуса.
В портативных магнитоэлектрических устройствах, рассчитанных на токи 30 ампер и менее, внутренние шунты рассчитаны на несколько пределов измеряемой величины.
Мультилимитные шунты сконструированы как серия резисторов, которые можно менять с помощью тумблера или прокладывая провод от одной клеммы к другой, в зависимости от предела измерения.
Внешние резисторы обычно калибруются по общим значениям тока и напряжения. Эти шунтирующие резисторы имеют диапазон значений напряжения: 10, 15, 30, 50, 60, 75, 100, 150 и 300 мВ.
При использовании шунтирующих элементов в измерении величин переменного тока возникает дополнительная ошибка при преобразовании частоты, поскольку сопротивления измерительного элемента и шунтирующего устройства имеют различные зависимости от частоты.
Байпасы классифицируются по точности: 0,02, 0,05, 0,1, 0,2 и 0,5. Числовые значения для каждой категории указывают допустимое отклонение сопротивления от номинального значения в процентах.
Эксплуатационными требованиями к элементам байпаса являются: низкие потери напряжения в диапазоне байпаса во избежание перегрева устройства; постоянное значение сопротивления для обеспечения точности измерений; устойчивость к коррозии и воздействию окружающей среды.
Мониторинг постоянного тока имеет широкий спектр применения, например:
-
Фотоэлектрическая промышленность,
- Электрические генераторы и двигатели
- Оборудование для сварки,
- преобразователи,
- и других систем с высокими постоянными токами.
- Амперметр M367 имеет максимальный предел тока 150 A. Очевидно, что в определении этих токов участвует внешний шунтирующий резистор. В отсоединенном состоянии от шунтирующего элемента это миллиамперметр с максимальной индикацией тока 30 мА.
Расчет и изготовление шунта
Поэтому можно достичь любого диапазона измерения, изменяя величину сопротивления электронного соединения. Чтобы продемонстрировать это на практике, можно своими руками изготовить байпас для амперметра.
Значение общего тока I распределяется между шунтирующим резистором (Rx, Ih) и счетчиком (Ra, Ia) и обратно пропорционально сопротивлению этих частей.
Основные понятия и формулы
Сопротивление шунта измерительной цепи.
Чтобы умножить измерительную шкалу на коэффициент n, возьмите значение: Rш=(n-1)/Ra, где n=I/Ia — коэффициент шунтирования.
Для расчета байпаса микроамперметра можно использовать данные измерительной головки измерителя: сопротивление рамки (Rram), значение тока, соответствующее максимальному отклонению стрелки индикатора (Iind) и наибольшее значение ожидаемого диапазона измерения тока (Imax). Значение 30 мА принимается за максимальный измеряемый ток. Значение Iind должно быть определено экспериментально. Для этого переменный резистор R, индикатор шкалы и измерительный прибор последовательно соединяются в цепь.
Расчет шунтирующего звена
Перемещая резистор R, следует добиться максимального значения стрелки на дисплее шкалы и записать значение Iind в блок управления. Из опыта нам известны значения Iind = 0,0004 А и Rram = 1кОм (также измеренные контроллером), этого достаточно для дальнейшего расчета сопротивления шунтирования микроамперметра (индикатора) по формуле:
Rш = Rрам * Iинд / Imax; мы имеем Rш = 13,3 Ом.
Выбрав материал для изготовления конструкции и зная значение его удельного сопротивления, необходимо рассчитать длину токового шунта.
Длина проводника
По отношению,
где: p — удельное сопротивление, J — длина, S — площадь поперечного сечения проводника, геометрические параметры медного провода (p = 0,0175 Ом*мм2 /м).
Значение площади можно рассчитать по формуле, используя принятое значение диаметра:
Тогда требуемое значение будет таким же:
Для диаметра проводника d = 0,1 мм подстановка значений дает длину:
Расчет байпаса для амперметра постоянного тока привел к следующим выходным данным:
максимальный измерительный ток — 30 мА,
материал проводника — медная проволока диаметром 0,1 мм и длиной 0,45 м.
Электронный калькулятор облегчает расчеты на измерительной шкале и делает их более удобными.
Полезно знать, как преобразовать вольтметр в амперметр и использовать его для проверки силы тока при зарядке батарей.
Амперметр для зарядного устройства
Необходимо проверить, чтобы стрелка вольтметра могла полностью отклоняться вдоль измерительной шкалы. Убедитесь в отсутствии дополнительных резисторов или внутренних шунтов.
Метод расчета для выбора шунтирующего резистора уже обсуждался, поэтому самодельный амперметр изготавливается чисто практическим способом с использованием измерительного прибора или тестера с диапазоном измерения до 8 ампер.
Зарядный выпрямитель, дополнительный эталонный амперметр, проводник для будущего байпаса и зарядная батарея объединены в простую схему.
Чтобы сделать шунт для амперметра на 10 А своими руками, на концах неизолированного толстого медного провода длиной до 80 см сгибают кольцеобразные отводы для крепления болта. Затем в цепь последовательно с эталонным измерителем подключается батарейный выпрямитель.
Один конец вольтметра хорошо соединен с шунтом, другой конец пропущен через медную проволоку в качестве зонда. Питание подается через выпрямитель, а ток в цепи устанавливается на 5 А с помощью эталонного амперметра.
Начиная с точки подключения, зонд для измерения напряжения проходит вдоль провода до тех пор, пока в обоих приборах не появится одинаковое значение тока. В зависимости от значения сопротивления рамки используемого индикаторного вольтметра следует определить необходимую длину обходного кабеля длиной до одного метра.
Обходной кабель может быть намотан на катушку или намотан другим способом. Катушки должны быть слегка натянуты, чтобы они не касались друг друга, или изолированы хлорвиниловой трубкой по всей длине обводной катушки.
Возможность заранее определить длину кабеля, чтобы впоследствии заменить его изолированным проводником, также приемлема и практична, но требует внимательности и добросовестности при замене байпаса, повторяя все действия несколько раз. Это связано с точностью измерений амперметра.
Соединительные провода вольтметра всегда должны быть припаяны непосредственно к катушке шунта, иначе прибор будет давать неточные показания.
Соединительные провода между шунтом и счетчиком могут быть любой длины, поэтому шунтирующий элемент может быть размещен в любом месте корпуса выпрямителя.
Шкала токоизмерительного прибора для измерения постоянного тока равномерная, что следует учитывать при выборе такого прибора. Букву V следует заменить на A, а числовые значения привести в соответствие с максимальным током 10 A.
Поскольку радиолюбители обычно работают с низким напряжением и интенсивностью в своих электронных устройствах, вы можете применить этот принцип в своих собственных конструкциях. Все, что вам нужно сделать, это приобрести низкоомный резистор и использовать его в качестве датчика тока). Как говорится: «ловкий трюк» 😉 😉 😉.
Промышленные измерители тока выглядят примерно так:
Виды шунтов
Промышленные амперметры выглядят следующим образом:
На одном из них предел измерения может достигать 100 ампер. Как вы думаете, если поместить такой прибор в вакуум цепи и пропустить ток, скажем, 90 ампер, выдержит ли это тонкая проволока измерительной катушки внутри амперметра? Я думаю, что будет белый, густой дым). По этой причине такие измерения проводятся только через шунты.
На одном из них можно даже увидеть предел измерения до 100 ампер. Как вы думаете, если поместить такой прибор в вакуум цепи и пропустить ток, скажем, 90 ампер, выдержит ли это тонкая проволока измерительной катушки внутри амперметра? Я думаю, что будет белый, густой дым). По этой причине такие измерения проводятся только через шунты.
Именно здесь расположены промышленные шунты:
Устройства в правом нижнем углу могут проводить ток до килоампер и более.
Каждый промышленный амперметр поставляется с собственным шунтом. Чтобы использовать измеритель тока, нужно просто собрать шунт с измерителем тока по этой схеме:
В некоторых амперметрах этот шунт встроен прямо в корпус прибора.
Работа шунта на практическом примере
Маркировку можно прочитать на обратной стороне:
Как вы читаете характеристику такой маркировки? Это очень просто! Это означает, что когда через байпас протекает ток в 20 ампер, падение напряжения на байпасе составляет 75 милливольт.
0,5 — степень точности. То есть, сколько мы измерили, ошибка составляет 0,5% от измеренного значения. Допустим, мы измерили падение напряжения в 50 милливольт, тогда погрешность измерения составит 50 плюс-минус 0,25. Такой точности достаточно для промышленных и электронных применений ;-).
Итак, у нас есть простая лампочка на 12 вольт:
Настраиваем источник питания на 12 вольт и подключаем нашу лампочку. Лампочка включается, и мы сразу видим, какой ток она потребляет, благодаря встроенному в блок питания амперметру. Наша лампочка потребляет 1,7 ампера.
Предположим, что у нас нет встроенного амперметра в источнике питания, но нам нужно знать, какой ток протекает через лампу. Для этого мы построим простую схему:
И измерьте падение напряжения на самой перемычке. Результат — 6,3 милливольта.
Поскольку мы знаем, что при силе тока 20 ампер напряжение на спае составляет 75 милливольт, какой ток протекает через спай, если падение напряжения на нем составляет 6,3 милливольта? Вспомните учительницу математики Марьиванну и решите простую аналогию из 5 класса 😉
Помните, что указывал наш источник питания?
Погрешность составляет 0,02 ампера! Я думаю, что это произошло из-за ошибки прибора).
Поскольку радиолюбители обычно используют низкие напряжения и малые токи в своем электронном оборудовании, вы можете применить этот принцип в своих собственных конструкциях. Все, что вам нужно сделать, это приобрести низкоомный резистор и использовать его в качестве датчика тока). Как говорится: «Ловкий трюк — это ловкий трюк» 😉
Поскольку радиолюбители обычно используют в своей электронике низкие напряжения и малые токи, вы можете применить этот принцип в своих собственных конструкциях. Все, что вам нужно сделать, это приобрести низкоомный резистор и использовать его в качестве датчика тока). Как говорится, «хитрая уловка» 😉 .
Расширить диапазон измерения амперметра можно с помощью дополнительного устройства — трансформатора тока. Он работает по принципу обычного трансформатора, при этом первичная обмотка содержит всего несколько витков. Поскольку через него протекает измеряемый ток, значение тока во вторичной цепи во много раз меньше.
Подключение амперметра через трансформатор тока
Однако эти трансформаторы имеют большие габариты и используются только в промышленных сетях. Они не подходят для небольших приложений.
Заводские изделия изготавливаются из материалов, которые не меняют своих свойств в широком диапазоне температур. Поэтому лучше всего выбрать готовый байпас и адаптировать его для своих целей, уменьшив сечение и длину проводника до расчетного значения. Однако для изготовления шунта для амперметра можно использовать и подручные материалы: Медная или стальная проволока, даже крепеж.
Подгонка измерительной системы
Теперь вам нужен источник питания с регулятором напряжения для обеспечения необходимого тока. В качестве нагрузки можно использовать подходящий резистор или лампу накаливания.
Первый шаг заключается в сопоставлении полного отклонения указателя прибора с максимальным значением показаний. В этот момент сопротивление нашего самодельного прибора регулируется до максимально возможного совпадения с концевым гребнем весов.
Затем мы проверяем, что промежуточные значения богатства совпадают с соответствующими значениями. Если нет, разберите амперметр и перерисуйте шкалу.
И если вы все сделаете правильно, поставьте готовое устройство на место.
Читайте также: как проверить уровень здания в домашних условиях.
Как узнать, как проверить уровень здания в домашних условиях
Байпас — это резистор, подключенный параллельно клеммам амперметра (параллельно внутреннему сопротивлению прибора) для увеличения диапазона измерения. Измеряемый ток I распределяется между измерительным шунтом (rs, Ih) и амперметром (ha, Ia) обратно пропорционально их сопротивлениям.
Сопротивление шунтирования gh=ga x Ia/(I-Ia ).
Для увеличения диапазона измерения в n раз, байпас должен иметь сопротивление hh=(n-1)/ha
1) Электромагнитный амперметр имеет внутреннее сопротивление Ga=10 Ом и диапазон измерения до 1 А. Рассчитайте сопротивление шунтирования hh так, чтобы амперметр мог измерять ток до 20 А (рис. 1).
Измеренный ток 20 A разветвляется на ток Ia=1 A, который течет через амперметр, и ток Iш, который течет через байпас:
Следовательно, ток, протекающий через шунт, равен Iш=I-Ia=20-1=19 А.
Измеренный ток I=20 A необходимо разделить на соотношение Ia:Iш=1:19.
Из этого следует, что сопротивления ветвей должны быть обратно пропорциональны токам: Ia:Ih=1/ha : 1/rh,
Сопротивление байпаса rs=10/19=0,526 Ом.
Сопротивление шунта должно быть в 19 раз меньше сопротивления амперметра га, чтобы ток Iш, протекающий через него, был в 19 раз больше тока Ia=1A, протекающего через амперметр.
2. магнитоэлектрический миллиомметр имеет диапазон измерения 10 мА без байпаса и внутреннее сопротивление 100 Ом. Какое сопротивление должен иметь байпас, если устройство должно измерять ток до 1 А (рис. 2)?
Когда игла полностью отклонена, через миллиметровую катушку протекает ток Ia = 0,01 А, а ток Ih = I-I
Поэтому: Ish=I-Ia=1-0,99 A=990 мА.
Ток 1 A делится на резисторы в обратной пропорции.
Это соотношение дает сопротивление байпаса:
10:990=gsh:100; gsh=(10×100)/990=1000/990=1.010 Ом.
Когда стрелка полностью отклонена, на блок подается ток Ia=0,01 A, на байпас — ток Ih=0,99 A, а в общую цепь — ток I=1 A.
При измерении тока I=0,5 A через шунт протекает ток Ih=0,492 A, а через амперметр — ток Ia=0,05 A. Стрелка отклоняется на половину шкалы.
При токе от 0 до 1 A (при выбранном байпасе) токи в ветвях разделяются соотношением ha:hs, т.е. 100:1.01.
Амперметр (рис. 3) имеет внутреннее сопротивление Ga = 9,9 Ом и сопротивление шунтирования 0,1 Ом. В каком соотношении измеренный ток 300 А распределен между блоком и байпасом?
Если прибор подключается непосредственно к измерительной цепи без трансформатора тока, он называется измерителем постоянного тока.
Подключение амперметра через шунт
Без байпаса можно использовать устройства с малым током порядка миллиампер. Шунтируя измерительную обмотку большим сопротивлением, чем ваше собственное, можно изменить предел измерения. Схема проста: измеряемый ток пропускается через байпас, параллельно подключается амперметр.
Без байпаса можно использовать приборы с малым током порядка миллиампер. Шунтируя измерительную катушку большим сопротивлением, чем ваше собственное, можно изменить предел измерения. Схема проста: измеряемый ток пропускается через байпас, параллельно подключается амперметр.
Эти два элемента соединяются следующим образом:
Амперметр M367 имеет максимальный предел измерения тока 150 A. Очевидно, что в определении этих токов участвует внешний шунтирующий резистор. Без влияния шунтирующего элемента устройство становится миллиметровым счетчиком с максимальным показанием тока 30 мА.
Поэтому можно достичь любого диапазона измерения, изменяя величину сопротивления электронного соединения. Чтобы продемонстрировать это на практике, можно своими руками изготовить байпас для амперметра.
Что можно использовать?
Однако иногда в качестве грубого ориентира используется прямая скрепка или кусок проволоки.
Когда вы имеете дело с внушительным током от сотен до тысяч ампер — например, при запуске двигателя КАМАЗа, которому для запуска вала двигателя требуется пусковой ток 500 ампер и более — простой байпас просто расплавится. Вам необходимо использовать токовые клещи — они являются более мощной версией байпаса. То же самое относится к высоковольтным установкам и распределителям, где суммарный ток нагрузки достаточно велик.
Помимо проводов, кабелей, диэлектрического материала и разъемов, для создания байпаса необходимо следующее оборудование.
Что требуется?
Сборный миллиметр. Можно также использовать гальванометр — измерительную головку без внутренних отводов, резисторов и т.д.
- Лабораторный источник питания, обеспечивающий необходимую силу тока. Вы также можете использовать автомобильный аккумулятор последовательно, например, с фарой накаливания 100/90 Вт. Если у вас нет такой фары, можно подключить кусок никелевой электрокатушки или мощный керамический резистор на десять ватт. Никогда не подключайте шунт к устройству «короткозамкнутым», т.е. без нагрузки.
- При работе с домашней осветительной сетью — выпрямительный диодный мост (или отдельные высоковольтные диоды) и дополнительный автоматический выключатель на 16 А, предохранители на несколько ампер.
- Напряжение не подается до тех пор, пока схема не будет правильно собрана.
Наматывать провод (или эмалированную проволоку) не рекомендуется — индукция полученной катушки снижает точность амперметра. Мостовое соединение катушек имеет тот недостаток, что ослабляет пики тока, особенно в катушке со шпулей (с сердечником). Если кусок проволоки слишком длинный, смонтируйте его в виде гофрированной «змейки».
Шунт своими руками
В качестве диэлектрика можно использовать любой изолятор — от керамики до текстолита. В то же время, провод, скрученный в виде катушки, может перегреть диэлектрик, который не выдерживает высокой температуры — более 150 градусов. И только керамика и закаленное стекло устойчивы к перегреву.
Сначала вырезается диэлектрическая пластина и в ней сверлятся отверстия для винтов с шайбами и гайками. Материал — текстолит, гетинакс, дерево или композиты.
- На болтах установлены керамические втулки для изоляции тепла проволоки от опорной пластины. Далее следуют шайбы, которые зажимают провод.
- Для предотвращения ослабления и падения проволоки и проводов перед гайками устанавливаются шайбы.
- Наконец, провода и концы проводов помещаются между шайбами, и гайки затягиваются.
- Полученная секция подключается параллельно к амперметру или гальванометру.
Внешние резисторы обычно калибруются по общим значениям тока и напряжения. Эти шунтирующие резисторы имеют диапазон значений напряжения: 10, 15, 30, 50, 60, 75, 100, 150 и 300 мВ.
Внешние резисторы обычно калибруются по общим значениям тока и напряжения. Эти шунтирующие резисторы имеют диапазон значений напряжения: 10, 15, 30, 50, 60, 75, 100, 150 и 300 мВ.
Режимы работы электрических цепей. Шунт
| Если схема содержит не менее двух узлов и цепей и не менее трех ветвей, то это расширенная схема, в противном случае — неразветвленная схема. | 13 |
Смешанное соединение сегментов цепи представляет собой комбинацию последовательного и параллельного соединений.
В зависимости от соотношения между сопротивлением источника питания и нагрузки, схема делится на четыре режима:
-нормальный (Rn = Rnn, все параметры цепи соответствуют назначению),
-согласованный (Rn = Rfn, обеспечивает передачу максимальной мощности от источника к нагрузке с КПД 50 %).
-без нагрузки (Rn Rvn, разомкнутая цепь, напряжение на выходных клеммах равно EED),
-короткое замыкание (Rn Rvn, характеризуется высоким значением тока, ограниченным только внутренним сопротивлением источника, обычно является состоянием неисправности).
1.1.4.1 Номинальная эксплуатация
| Номинальная работа — это работа цепи, в которой сопротивление ограничено внутренним сопротивлением системы питания. | ||
| Номинальный режим работы — это состояние цепи, при котором сопротивление нагрузки. | ||
| Номинальный режим работы — это состояние, при котором сопротивление нагрузки находится в пределах номинальных или расчетных значений. | i | |
| (Rn = Rnn, рисунок 1.3). | ||
| Рисунок 1.3: Rnn | Номинальный режим работы — это основной режим работы цепи. | |
| Rn | u | Номинальный режим работы — это основной режим работы любой цепи. |
| Номинальный режим работы относится к номинальному или номинальному напряжению. | ||
| e | ||
| Номинальный режим работы — это номинальное или расчетное напряжение. | ||
| номинальное напряжение (u = cn) и номинальный ток (i = in). | ||
| Номинальные рабочие параметры приведены на рис. | ||
| Рисунок 1.3. | Номинальные рабочие параметры указаны на заводской табличке устройства и на заводской табличке реле. | |
| Номинальные условия эксплуатации указаны на заводской табличке устройства. |
Номинальный режим
1.1.4.2 Общая информация
| 14 | 1.1.4.2 Согласованное функционирование | ||
| Цепь, в которой сопротивление нагрузки равно внутреннему сопротивлению нагрузки. | |||
| i | Сопротивление нагрузки равно внутреннему сопротивлению цепи | ||
| Rvn | |||
| Номинальный режим работы — это основной режим работы цепи. | Rn = Rnr | ||
| Характеристика | u | характеристика соединенно- | стабильная работа |
| e | максимальный | мощность, передаваемая от источника к нагрузке | |
| нагрузка. Самый большой недостаток этого режима | |||
| Самым большим недостатком этого режима является низкий КПД (50 %). | |||
| Рисунок 1.4. | |||
| Давайте подробнее рассмотрим балансировку | подробно. | ||
| Режим | |||
| Ток в цепи и мощность в цепи в… | схема, показанная на рисунке 1.4, задается следующими выражениями | ||
| следующим образом: | |||
| Rvn + Rn | e | ||
| i = | |||
| p = Rni2 = Rn | |||
| (Rnvn + Rn)2 | e2 | ||
| Максимальная мощность приемника определяется путем приравнивания выходной мощности нагрузочного резистора к нулю. | |||
| максимальная мощность приемника через сопротивление нагрузки: | |||
| = e2 | |||
| dp | (Rin + Rn)2 — 2(Rin + Rn)Rn | = 0. | dRn |
| (Rnrn + Rn)4 | Равенство выполняется, если делитель равен нулю (если e = 0, то передача энергии отсутствует): |
Байпас. Слово заимствовано из английского языка («shunt», что буквально означает «шунт») и, конечно, сопоставимо, так как большая часть тока протекает через этот элемент, подключенный параллельно счетчику, а меньшая часть — в сам счетчик. Принцип работы аналогичен принципу работы байпаса в системах отопления.
Подключение амперметра через шунт. Подбор и расчет устройства
Чтобы понять, почему необходимо подключать токоизмерительный прибор через байпас, кратко перескажем его конструкцию.
Устройство амперметра
Внутри поля постоянного магнита находится катушка — рамка. Измеряемый ток протекает через катушки. В зависимости от размера измеряемой величины положение катушки изменяется по отношению к постоянному магнитному полю. Стрелка жестко связана с осью катушки. Чем больше измеряемый ток, тем больше отклонение стрелки.
Чтобы катушка могла вращаться, вал либо устанавливается на опоре, либо подвешивается к шкиву. Если используются катушки, то ток в рамке передается по пружинам катушек, если же подвижная часть устройства подвешена к держателям, то они образуют проводники тока.
Из этой конструкции следует, что количество тока в раме конструктивно ограничено. Пружины и натяжители не могут быть достаточно упругими и в то же время иметь большое поперечное сечение.
Расширить диапазон измерения амперметра можно с помощью дополнительного устройства, называемого трансформатором тока. Он работает по принципу обычного трансформатора, но первичная обмотка содержит всего несколько витков. Поскольку через него протекает измеряемый ток, значение тока во вторичной цепи во много раз меньше.
Подключение амперметра через трансформатор тока
Однако эти трансформаторы имеют большие габариты и используются только в промышленных сетях. Они не подходят для небольших приложений.
Заводские изделия изготавливаются из материалов, которые не меняют своих свойств в широком диапазоне температур. Поэтому лучше всего выбрать готовый байпас и адаптировать его для своих целей, уменьшив сечение и длину проводника до расчетного значения. Однако для изготовления шунта для амперметра можно использовать и подручные материалы: Медная или стальная проволока, даже крепеж.
Подключение амперметра через шунт
Без байпаса можно использовать устройства с малым током порядка миллиампер. Шунтируя измерительную обмотку большим сопротивлением, чем ваше собственное, можно изменить предел измерения. Схема проста: измеряемый ток пропускается через байпас, параллельно подключается амперметр.
Без байпаса можно использовать приборы с малым током порядка миллиампер. Шунтируя измерительную катушку большим сопротивлением, чем ваше собственное, можно изменить предел измерения. Схема проста: измеряемый ток пропускается через байпас, параллельно подключается амперметр.
Эти два элемента соединяются следующим образом:
Амперметр M367 имеет максимальный предел измерения тока 150 A. Очевидно, что в определении этих токов участвует внешний шунтирующий резистор. Без влияния шунтирующего элемента устройство становится миллиметровым счетчиком с максимальным показанием тока 30 мА.
Расчет сопротивления шунта
Однако прежде чем миллиамперметр будет преобразован в амперметр, необходимо решить две сложные задачи: найти полный ток отклонения измерительной системы и ее сопротивление. Эти данные можно найти, если известен тип преобразованного миллиметра.
Если это невозможно, необходимо провести серию измерений. Сопротивление можно измерить с помощью мультиметра. Для определения второго параметра необходимо подать на устройство ток от внешнего источника и измерить его значение цифровым амперметром.
Не только в практике радиолюбителей иногда приходится измерять токи в несколько десятков ампер. Обычный мультиметр может измерять токи до 10 ампер, но не всегда.
Измерение больших токов шунтом
Прибор в вашей руке часто измеряет до десятых долей ампера. Опытный радиолюбитель может легко выйти сухим из воды, поэтому данная статья предназначена в основном для новичков.
Итак, давайте узнаем, как измерить силу тока с помощью закона Ома.
Основной закон электротехники, также известный как закон Ома, гласит. Эта формула гласит, что если мы подключим шунт (R) к нагрузке (где измеряется ток) и заменим напряжение (U), измеренное на шунте, формулой, то мы узнаем ток, текущий как от R, так и от U.
Применение закона Ома
Пример: от потребления двигателя шуруповерта мы ожидаем ток 20-30 А, может быть и больше. У нас есть провод с сопротивлением 0,035 Ом. Шунт подключается к положительному или отрицательному проводу, не имеет значения — рабочий ток одинаков во всех частях цепи.
Вольтметр также подключается параллельно шунту для измерения тока, потребляемого нагрузкой. При почти полном замедлении вала двигателя показания вольтметра составляли около 0,9 В.
Если I=0,9/0,035=25,7А, то это ток, потребляемый двигателем.
Примечание: Цифровой вольтметр не очень подходит для измерения пульсирующих и динамически колеблющихся токов, поскольку его контроллер измеряет очень медленно. Для этой цели лучше использовать вольтметр.
Выбрав шунт с соответствующим резистором, вы можете измерять любые постоянные или импульсные токи, даже до 300 А и более. Однако я сомневаюсь, что вам понадобятся такие измерения.
Обычные резисторы не подходят в качестве байпаса для высоких токов, поскольку имеют низкое энергопотребление. Вы можете рассчитать приблизительную потребляемую мощность шунта, умножив ожидаемый ток в амперах на падение тока в вольтах.
Для приведенного выше примера это 25,7*0,9=23,13 Вт, что является мощностью намотанных резисторов.
Проволочные резисторы с таким низким сопротивлением не всегда доступны, на самом деле я бы сказал, что они в основном недоступны.
Самодельный шунт
Чтобы избежать такой ситуации, можно использовать никелированный провод от неисправного нагревателя или, в крайнем случае, обычный медный провод.
Чтобы определить сопротивление провода, вам понадобится амперметр (прямая замкнутая цепь) и источник питания с нагрузкой. Амперметр, конечно, может быть рассчитан на меньшие токи, чем предполагается измерять с помощью байпаса.
Для измерения сопротивления шунта 0,035 Ω, например, я использовал источник напряжения 12 В и галогенную лампу 12 В мощностью 35 Вт. Поскольку я заранее рассчитал, что лампа потребляет 35 Вт/12 В = 2,9 А, я использовал амперметр на 5 А. Если мы знаем ток потребления нагрузки, как в моем случае, то амперметр, конечно, использовать нельзя, но будет большая погрешность измерения.
Для измерения байпаса отлично подходит сборный байпас от советского счетчика. Этот байпас имеет много проводов и способен выдерживать большие токи.
