Shunt (elektrisk)
Inom elektronik är en shunt en enhet som skapar en väg med låg resistans för elektrisk ström , så att den kan passera en annan punkt i kretsen . Ursprunget till termen är i verbet "at shunt" som betyder att vända sig bort eller följa en annan väg.
Defekt enhetsbypass
Ett exempel är julbelysning i miniatyr som kopplas i serie . När glödtråden brinner ut i en av glödlamporna visas hela nätspänningen över den utbrända glödlampan. Ett shuntmotstånd , som har kopplats parallellt över glödtråden innan det brändes ut, kommer då att kortslutas för att kringgå den brända glödtråden och låta resten av strängen tändas. Om för många lampor brinner ut kommer dock en shunt också att brinna ut, vilket kräver att man använder en multimeter för att hitta felpunkten.
Solceller
Inom solceller används termen flitigt för att beskriva en oönskad kortslutning mellan de främre och bakre ytkontakterna på en solcell , vanligtvis orsakad av waferskada .
Åskledare
Ett gasfyllt rör kan också användas som shunt, särskilt i en blixtavledare . Neon och andra ädelgaser har en hög genomslagsspänning , så att ström normalt inte kommer att flyta över den. Ett direkt blixtnedslag (som på en radiotornsantenn) kommer dock att få shunten att båga och leda den enorma mängden elektricitet till marken , vilket skyddar sändare och annan utrustning.
En annan äldre form av blixtavledare använder ett enkelt smalt gnistgap, över vilket en båge hoppar när en hög spänning är närvarande. Även om detta är en lågkostnadslösning, erbjuder dess höga utlösningsspänning nästan inget skydd för moderna solid-state elektroniska enheter som drivs av den skyddade kretsen.
Bypass för elektriskt brus
Kondensatorer används som shuntar för att omdirigera högfrekvent brus till jord innan det kan fortplanta sig till lasten eller andra kretskomponenter.
Används i elektroniska filterkretsar
Termen shunt används i filter och liknande kretsar med en stegtopologi för att hänvisa till de komponenter som är anslutna mellan linjen och gemensamt. Termen används i detta sammanhang för att särskilja de shuntkomponenter som är anslutna mellan signal- och returledningarna från de seriekopplade komponenterna längs signalledningen. Mer generellt kan termen shunt användas för en komponent kopplad parallellt med en annan. Till exempel shunt -m-härledd halvsektion en vanlig filtersektion från bildimpedansmetoden för filterdesign.
Dioder som shuntar
Om enheter är känsliga för omvänd polaritet hos en signal eller strömförsörjning, kan en diod användas för att skydda kretsen. Om den är ansluten i serie med kretsen förhindrar den helt enkelt omvänd ström, men om den är parallellkopplad kan den shunta den omvända matningen, vilket gör att en säkring eller annan strömbegränsande krets öppnas.
Alla halvledardioder har en tröskelspänning – vanligtvis mellan 1 / 2 volt och 1 volt – som måste överskridas innan betydande ström kommer att flyta genom dioden i den normalt tillåtna riktningen. Två antiparallella shuntdioder (en för att leda ström i varje riktning) kan användas för att begränsa signalen som strömmar förbi dem till högst deras tröskelspänningar, för att skydda senare komponenter från överbelastning.
Shuntar som kretsskydd
När en krets måste skyddas från överspänning och det finns fellägen i strömförsörjningen som kan producera sådana överspänningar, kan kretsen skyddas av en enhet som vanligtvis kallas en kofotskrets . När denna enhet upptäcker en överspänning orsakar den en kortslutning mellan strömförsörjningen och dess retur. Detta kommer att orsaka både ett omedelbart spänningsfall (skyddar enheten) och en momentan hög ström som förväntas öppna en strömkänslig enhet (som en säkring eller strömbrytare ). Denna enhet kallas en kofot eftersom den liknas vid att tappa en riktig kofot över en uppsättning samlingsskenor (exponerade elektriska ledare).
Kampen kort
På krigsfartyg är det vanligt att installera korta stridshuntar över säkringar för viktig utrustning innan man går in i strid. Detta inaktiverar överströmsskydd vid en tidpunkt då det inte är en säker reaktion att koppla bort strömmen till utrustningen. [ citat behövs ]
Rangering av ett instrument men seriekopplat i krets
Som en introduktion till nästa kapitel visar denna figur att termen "shuntmotstånd" bör förstås i sammanhanget av vad den shuntar.
I detta exempel skulle motståndet R L förstås som "shuntmotståndet" (till belastningen L), eftersom detta motstånd skulle leda ström runt belastningen L. RL är parallellkopplad med belastningen L.
Seriemotstånden R M1 och R M2 är dock lågohmiska motstånd (som på bilden) avsedda att passera ström runt instrumenten M1 och M2, och fungerar som shuntmotstånd till dessa instrument. R M1 och R M2 är parallellkopplade med M1 och M2. Om de ses utan instrumenten skulle dessa två motstånd betraktas som seriemotstånd i denna krets.
Använd vid strömmätning
En amperemetershunt tillåter mätning av strömvärden som är för stora för att direkt mätas med en viss amperemeter. I det här fallet placeras en separat shunt, ett motstånd med mycket lågt men exakt känt motstånd , parallellt med en voltmeter , så att praktiskt taget all ström som ska mätas kommer att flyta genom shunten (förutsatt att voltmeterns inre resistans tar en så låg del av strömmen att den är försumbar). Resistansen väljs så att det resulterande spänningsfallet är mätbart men tillräckligt lågt för att inte störa kretsen . Spänningen över shunten är proportionell mot strömmen som flyter genom den, så den uppmätta spänningen kan skalas för att direkt visa strömvärdet.
Shuntar värderas efter maximal ström och spänningsfall vid den strömmen. Till exempel skulle en 500 A, 75 mV shunt ha ett motstånd på 150 mikroohm , en maximalt tillåten ström på 500 ampere och vid den strömmen skulle spänningsfallet vara 75 millivolt . Enligt konvention är de flesta shuntar konstruerade för att sjunka 50 mV, 75 mV eller 100 mV när de arbetar med sin fulla märkström och de flesta amperetrar består av en shunt och en voltmeter med fullskaliga avböjningar på 50, 75 eller 100 mV. Alla shuntar har en reduktionsfaktor för kontinuerlig (mer än 2 minuter) användning, 66% är den vanligaste, så exempelshunten bör inte köras över 330 A (och 50 mV fall) längre än så.
Denna begränsning beror på termiska gränser vid vilka en shunt inte längre fungerar korrekt. För manganin , ett vanligt shuntmaterial, vid 80 °C börjar termisk drift uppstå, vid 120 °C är termisk drift ett betydande problem där fel, beroende på shuntens utformning, kan vara flera procent och vid 140 °C manganinet. legeringen blir permanent skadad på grund av glödgning vilket resulterar i att motståndsvärdet glider upp eller ner. [ citat behövs ]
Om strömmen som mäts också har en hög spänningspotential kommer denna spänning att finnas i anslutningsledningarna och i själva avläsningsinstrumentet. Ibland sätts shunten in i returbenet ( jordad sida) för att undvika detta problem. Vissa alternativ till shuntar kan ge isolering från högspänningen genom att inte ansluta mätaren direkt till högspänningskretsen. Exempel på enheter som kan ge denna isolering är Halleffektströmsensorer och strömtransformatorer (se klämmätare ) . Aktuella shuntar anses vara mer exakta och billigare än Hall-effektenheter. Vanliga noggrannhetsspecifikationer för sådana enheter är ±0,1 %, ±0,25 % eller ±0,5 %.
Den dubbla manganinväggiga shunten av Thomas-typ och MI-typen (förbättrad design av Thomas-typ) användes av NIST och andra standardlaboratorier som den juridiska referensen för en ohm tills den ersattes 1990 av kvanthalleffekten . Shuntar av Thomas-typ används fortfarande som sekundära standarder för att ta mycket exakta strömmätningar, eftersom det är en tidskrävande process att använda quantum Hall-effekten. Noggrannheten hos dessa typer av shuntar mäts i ppm- och sub-ppm-skalan för drift per år av inställt motstånd.
Där kretsen är jordad (jordad) på ena sidan kan en strömmätande shunt sättas in antingen i den ojordade ledaren eller i den jordade ledaren. En shunt i den ojordade ledaren måste isoleras för full kretsspänning till jord; mätinstrumentet måste vara isolerat från jord eller måste inkludera en resistiv spänningsdelare eller en isoleringsförstärkare mellan den relativt höga common-mode-spänningen och lägre spänningar inuti instrumentet. En shunt i den jordade ledaren kanske inte upptäcker läckström som går förbi shunten, men den kommer inte att uppleva hög common-mode spänning till jord. Belastningen tas bort från en direkt väg till marken, vilket kan skapa problem för styrkretsar, resultera i oönskade utsläpp, eller både och.
Insättning på låg sida kan eliminera common-mode spänning, men inte utan nackdelar.
Insättning på hög sida löser nackdelar med låga sidor men garanterar common-mode spänning.
Isolerade förstärkare löser alla svårigheter och begränsningar med hög- eller lågsidaströmshuntmätningar.
Se även
externa länkar
| Myndighetskontroll : Nationell |
|---|
