Tìm hiểu về điện trở shunt

Điện trở shunt là gì

Điện trở shunt là điện trở có giá trị điện trở rất thấp. Điện trở shunt chủ yếu được làm bằng vật liệu có hệ số nhiệt độ thấp. Nó được mắc song song với ampe kế cần mở rộng phạm vi đo. Nó cũng được mắc nối tiếp với tải có dòng điện cần đo.

Điện trở shunt dùng để làm gì

Điện trở shunt được sử dụng để đo dòng điện, xoay chiều hoặc trực tiếp bằng cách đo điện áp rơi trên điện trở.

Dụng cụ để đo cường độ dòng điện gọi là ampe kế. Hầu hết các ampe kế hiện đại đều đo điện áp rơi trên một điện trở chính xác có điện trở đã biết. Dòng điện được tính bằng cách sử dụng định luật Ohm: I = V/R

Hầu hết các ampe kế đều có một điện trở sẵn có để đo dòng điện. Tuy nhiên, khi dòng điện quá cao đối với ampe kế, cần phải có một cách khác. Giải pháp là đặt ampe kế song song với một điện trở shunt chính xác. Đây chính là vai trò của điện trở shunt trong ampe kế.

Thông thường đây là điện trở manganin có độ chính xác cao với giá trị điện trở thấp. Dòng điện được chia qua shunt và ampe kế, sao cho chỉ một phần trăm nhỏ (đã biết) chạy qua ampe kế. Bằng cách này, vẫn có thể đo được dòng điện lớn. Bằng cách chia tỷ lệ chính xác của ampe kế, cường độ dòng điện thực tế có thể được đo trực tiếp. Sử dụng cách đo này, về lý thuyết cường độ dòng điện lớn nhất có thể đo được là vô tận. Tuy nhiên, không được vượt quá điện áp định mức của thiết bị đo. Điều này có nghĩa là dòng điện tối đa nhân với giá trị điện trở, không được cao hơn điện áp định mức. Ngoài ra, giá trị điện trở phải càng thấp càng tốt để hạn chế nhiễu cho mạch. Ngược lại, độ phân giải càng nhỏ thì điện trở càng nhỏ và do đó điện áp rơi giảm.

Ví dụ:

Một điện trở shunt được sử dụng với điện trở 1 mOhm. Điện trở được đặt trong một đoạn mạch, và điện áp rơi 30 mV được đo trên điện trở. Như vậy dòng điện bằng điện áp chia cho điện trở, hay: I = V / R = 0,030 / 0,001 = 30 A. Có thể thực hiện phép tính tương tự, nhưng với giá trị điện trở chưa biết còn điện áp và dòng điện đã biết. Bằng tính toán có thể hiệu chỉnh điện trở shunt.

Cách mắc điện trở shunt trong mạch để đo dòng điện

Có 2 cách mắc điện trở shunt như hình bên dưới

Trong cách mắc này shunt được đặt ở phía nối đất để loại bỏ điện áp chế độ thông thường. Tuy nhiên, vẫn tồn tại những nhược điểm khác.
Trong cách mắc này, điện áp chế độ thông thường có thể quá cao đối với ampe kế.

Điều quan trọng là phải cẩn thận chọn vị trí của shunt trong mạch. Khi mạch chia sẻ nối đất chung với thiết bị đo lường, shunt thường được mắc càng gần nối đất càng tốt. Lý do là để bảo vệ ampe kế khỏi điện áp chế độ thông thường có thể quá cao và làm hỏng thiết bị hoặc cho kết quả sai. Một bất lợi khác là các rò rỉ bỏ qua shunt có thể không được phát hiện. Trong trường hợp mắc điện trở shunt trong chân không có nối đất, nó phải được cách ly với đất hoặc có bộ phân áp hoặc bộ khuếch đại cách ly để bảo vệ thiết bị. Có thể có các cách khác để không kết nối thiết bị đo lường trực tiếp với mạch điện áp cao, chẳng hạn như sử dụng hiệu ứng Hall. Tuy nhiên, shunt vẫn là một lựa chọn tốt vì nó có giá cả phải chăng và rẻ.

Cách tính điện trở shunt

Một số thông số quan trọng để tính điện trở shunt. Điện trở Shunt có dòng điện định mức tối đa. Giá trị điện trở được cho bởi điện áp rơi ở dòng điện định mức tối đa. Ví dụ, một điện trở shunt định mức 100A và 50mV có điện trở 50/100 = 0,5 mOhm. Điện áp rơi ở dòng điện tối đa thường được định mức là 50, 75 hoặc 100 mV.

Các thông số quan trọng khác bao gồm dung sai điện trở, hệ số nhiệt độ của điện trở và công suất định mức. Công suất định mức cho biết lượng điện mà điện trở có thể tiêu tán ở nhiệt độ môi trường nhất định mà không làm hỏng hoặc thay đổi các thông số điện trở. Công suất sản xuất có thể được tính toán bằng định luật Joules. Điện trở Shunt thường có hệ số suy giảm 66% để hoạt động liên tục nếu thời gian hoạt động dài hơn hai phút. Nhiệt độ cao ảnh hưởng tiêu cực đến độ chính xác của shunt. Từ 80 độ C bắt đầu trôi nhiệt và sẽ trở nên tồi tệ hơn khi nhiệt độ tăng lên. Từ 140 độ trở lên, điện trở sẽ bị hỏng và giá trị điện trở bị thay đổi vĩnh viễn.