مقاومت شنت (Shunt) چیست

در بسیاری از کاربردهای الکترونیک و برق قدرت، تشخیص شار جریان (Current Flow) یک موضوع مهم است. این کار اغلب برای نظارت و کنترل هر برنامه ای ضروری است. بر اساس نوع کاربرد، انواع مختلفی از سنسورهای جریان با روش های ویژه سنجشی وجود دارند که برای تشخیص یا اندازه گیری شار جریان استفاده می شوند. متداول ترین راه کار مورد استفاده برای تشخیص شار جریان در هر سیستم، با یک مقاومت حس کننده جریان یعنی یک مقاومت شنت امکان پذیر است. در این مقاله از وبلاگ شرکت سازنده تابلو برق آداک، در مورد مقاومت های شنت و کاربردهای آن آشنا می شویم. 

مقاومت شنت چیست؟

مقاومت شنت وسیله ای است که برای ایجاد یک مسیر مقاومت کمتر استفاده می شود تا ماکزیمم جریان در سراسر مدار به حرکت درآید. این مقاومت از ماده ای ساخته شده است که TCR کمتری دارد که به آن ضریب مقاومت در دمای پایین نیز می گویند. این مقاومت ها معمولاً در آمپرمترها استفاده می شوند که به عنوان دستگاه های اندازه گیری جریان نیز شناخته می شوند. در این دستگاه ها، اتصال مقاومت شنت را می توان به صورت موازی انجام داد. در حالی که آمپرمتر به مدار یا دستگاهی به صورت سری متصل می شود. نماد مقاومت شنت در شکل زیر نشان داده شده است.

روش طراحی مقاومت شنت

طراحی این مقاومت را می توان با استفاده از سیم مسی بسیار نازک انجام داد. اما اندازه و طول آن عمدتاً به مقاومت مورد نیاز بستگی دارد. اگر از سیم مسی با قطر 2.59 میلی متر یا 10 AWG استفاده کنیم، مقاومت سیم مسی 0.9987 اهم برای هر 1000 فوت است. بنابراین، این مقاومت ممکن است بر اساس کیفیت سیم مسی تغییر کند. برای اندازه گیری طول سیم مورد نیاز برای یک مقدار شنت خاص، می توان از فرمول زیر استفاده کرد.

طول سیم = مقاومت شنت مورد نیاز / مقاومت در هر 1000 فوت

به عنوان مثال، اگر به شنت 0.5 mΩ نیاز دارید و از سیم مسی 10 AWG استفاده می کنید، مقادیر فوق را در معادله بالا جایگزین کنید.

0.5 فوت = 0.5/0.9987 = طول سیم

مقاومت شنت چگونه کار می کند؟

کار شنت را می توان با ارائه مسیری با مقاومت کمتر به شار جریان انجام داد. این وسیله مقاومت کمتری دارد و به صورت موازی به دستگاه اندازه گیری جریان مانند آمپرمتر متصل می شود. هنگامی که مقاومت و ولتاژ مشخص است، این وسیله جریان را با استفاده از قانون اهم اندازه گیری می کند. بنابراین، اگر ولتاژ دو طرف یک مقاومت را اندازه گیری کنیم، می توانیم با استفاده از معادله قانون اهم زیر، جریان جاری در سراسر دستگاه را اندازه گیری کنیم.

I = V/R

اندازه گیری جریان با مقاومت شنت

آمپرمتری را در نظر بگیرید که دارای مقاومت “Rm” است و فقط می تواند یک جریان کوچک “Im” را اندازه گیری کند. یک مقاومت شنت مانند “Rs” به صورت موازی به آمپرمتر متصل می شود تا برد آن را افزایش دهد.

در نمودار مدار بالا، “Rs” مقاومت شنت است، “I” جریان شنت و “I” جریان درون مدار مورد اندازه‌گیری یا بار کلی است. کل جریانی که از منبع تامین می شود با “I” نشان داده می شود و به دو خط جدا می شود. طبق قانون فعلی KCL یا Kirchhoff.

I = Is + Ia

Is = I-Ia

که در آن:

“Is” شار جریان در سراسر مقاومت Rs است.

‘Ia’ شار جریان در سراسر مقاومت Ra است.

مقاومت شنت مانند “Rs” به سادگی به موازات مقاومت “Rm” متصل می شود. بنابراین افت ولتاژ در این دو معادل است.

Vs = Va

آیا Rs = IaRa است

می دانیم که Is = I-Ia

Rs(I-Ia) = Ia Ra

IRs-IaRs = IaRa

IRs = IaRa+ IaRs

IR = Ia (Ra+ Rs)

I/Ia = (Ra+ Rs)/ Rs

N = 1 + Ra/Rs

جایی که ‘N’ نسبت کل جریان (I) است که باید اندازه گیری شود. به انحراف جریان در مقیاس کامل ‘Im’ قدرت ضرب شنت نامیده می شود.

این مقاومت در آمپرمتر برای اندازه گیری جریان بالا استفاده می شود، بنابراین به سادگی به صورت موازی به مدار آمپرمتر متصل می شود. این آمپر متر دستگاه سنجش جریان است. بنابراین جریان جهت جریان در مدار را می توان از طریق اشاره گر آن تعیین کرد.

انواع مقاومت های شنت

انواع مختلف این وسیله، بر اساس مواد مصرفی کربن، سرامیک، آلیاژ فلز و سیم‌پیچ به چهار نوع طبقه‌بندی می‌شوند.

کربنی

به سادگی با ترکیبی از عایق ریز و مواد کربنی از طریق یک چسب رزین طراحی شده است.

سرامیکی

با مواد سرامیکی با دمای بالا، جامد، مقاومتی و از طریق تماس های فلزی متصل طراحی شده است.

آلیاژی فلزی

شامل حداقل دو عنصر فلزی یا بیشتر است.

سیم پیچ

با سیم پیچ نازک روی میله سرامیکی طراحی شده اند.

انواع دیگر مقاومت های شنت عمدتاً شامل جریان DC، اهمی کم توان بالا، نوع توان بالا و ایزوله است.

مقاومت شنت جریان DC

مقاومت شنت جریان DC نوعی مقاومت تخصصی است که عمدتاً برای اندازه گیری جریان های بالا استفاده می شود. این مقاومت به صورت سری با بارهای سنگین مختلف مانند بخاری، موتور DC، حمام آبکاری، شارژر باتری و خط دیگ ذوب متصل می شود. این نوع عمدتاً برای انتقال خروجی میلی ولت به ابزاری مانند متر یا سایر ابزارهایی که متناسب با شار  جریان در سراسر شنت هستند طراحی شده است.

شاید برای شما جالب باشد: کلید اتوماتیک کمپکت چیست؟

مقاومت شنت با قدرت بالا

مقاومت‌های شنت با قدرت بالا عمدتاً با یک عنصر آلیاژی فلزی طراحی شده‌اند که به پایانه‌های مسی قلع‌شده لحیم می‌شود. این مقاومت‌ها برای کاربردهای مختلف مانند سیستم‌های مدیریت باتری، سنجش جریان در خودروهای هیبریدی و الکتریکی، ماژول‌های قدرت، صنعتی، مبدل‌های فرکانس، تقسیم ولتاژ، سنجش جریان در تجهیزات جوشکاری و میله‌های اتوبوس مناسب هستند.

مقاومت شنت اهمی پایین و توان بالا

یک مقاومت شنت کم اهمی با توان بالا برای تشخیص جریان در کاربردهای مختلف از طریق بهبود نیازهای برق مانند تجهیزات صنعتی و سیستم‌های خودرو استفاده می‌شود. مقاومت‌های شنت در برنامه‌های مبتنی بر تشخیص فعلی معمولاً برای تشخیص شرایط اضافه جریان در غیر این صورت سطوح باقیمانده باتری استفاده می‌شوند.

پارامترهای مقاومت شنت

پارامترهای این وسیله عمدتاً شامل مقاومت و درجه قدرت، تلرانس و ضریب دما می باشد.

درجه بندی قدرت

برای یک شنت، مقدار مقاومت یک پارامتر ضروری است زیرا این مقدار تعیین می کند که چه مقدار ولتاژ در طول جریان جریان کاهش می یابد. بنابراین، این مقدار را می توان به سادگی از طریق پرسپکتیو تقویت کننده جریان تعیین کرد. بر اساس بیشترین شار جریان و بالاترین ولتاژ ورودی این تقویت کننده، می توان مقدار Resistance را انتخاب کرد. همچنین اتلاف توان شنت را می توان به سادگی از طریق فرمول زیر تعیین کرد

اتلاف توان (Pd) = V x I

در معادله فوق، “V” ولتاژ و “I” جریان است

از آنجایی که افت ولتاژ در یک مقاومت را می توان از طریق قانون اهم تعیین کرد، اتلاف توان این مقاومت را می توان از طریق فرمول زیر تعیین کرد.

اتلاف توان (Pd) = I^2R

بنابراین، مقاومت با مقدار کمتر می تواند گرمای کم ایجاد کند و نیاز به استفاده از یک هیت سینک اضافی را رد کند. اتلاف توان را می توان از طریق مقدار PCR (ضریب توان مقاومت) نیز تشخیص داد.

تلورانس

تلورانس شنت یکی دیگر از پارامترهای ضروری برای تشخیص دقت آن است. به طور کلی، مدل های معمولی دارای تلورانس های مختلفی مانند 5، 10، یا حتی 1 درصد هستند. بنابراین، یک مقاومت 10 اهم با تلرانس 10 درصد، مقدار R از 9 تا 11 اهم را شامل می شود. با این حال، تلرانس در اکثر کاربردها زیاد در نظر گرفته نمی‌شود، اما تنها در مواردی در نظر گرفته می‌شود که خروجی کار بسیار به مقدار شناسایی شده وابسته باشد.

ضریب دمایی

ضریب دمایی یا TCR مقاومت شنت یک پارامتر دیگر است که برای تعیین میزان مقاومت با تغییر دمای آن استفاده می شود. این یک پارامتر بسیار مهم در هر کاربرد شنت است. تحمل 1000 درجه ppm/o سانتیگراد برای یک مقاومت 1% معمولی کار سختی نیست، با این حال، به دلیل حداکثر شار جریان، برای مقاومت باید بسیار کمتر باشد.

یک مقاله مفید دیگر بخوانید: کلید RCCB چیست؟کلید RCCB چیست؟

به دلیل افزایش دما، مقدار R را می توان تغییر داد و احتمالاً خطاها را نشان داد. مقدار ضریب دما عمدتاً به عناصر Resistor مانند تلورانس، قدرت و اندازه فیزیکی آن بستگی دارد. انواع مختلفی از شنت در دسترس هستند که از مقادیر بسیار پایین TCR استفاده می کنند. زیرا در این وسیله ها از عناصر فلزی فویل به عنوان مواد مقاومتی استفاده می شود.

مزایای شنت

از مزایای یک شنت می توان به موارد زیر اشاره کرد.

• این وسیله مدار را از اضافه ولتاژ محافظت می کند.
• برای جلوگیری از سر و صدا استفاده می شود.
• روش سنجش جریان این مقاومت بسیار ساده است.
• می توان از آن برای اندازه گیری AC و DC استفاده کرد.

معایب شنت

معایب یک شنت شامل موارد زیر است.

• نیازی به جداسازی گالوانیکی ندارد.
• افت ولتاژ ممکن است رخ دهد.
• اتلاف توان در این مقاومت ممکن است رخ دهد.

کاربردهای مقاومت شنت

کاربردهای shunt resistor شامل موارد زیر است.

1-برای اندازه گیری جریان AC یا DC با اندازه گیری افت ولتاژ در مقاومت استفاده می شود.
2-معمولاً در دستگاه های اندازه گیری جریان مانند آمپرمترها استفاده می شوند.
3-زمانی استفاده می شود که جریان اندازه گیری شده بر محدوده دستگاه اندازه گیری ضربه بزند سپس به موازات دستگاه اندازه گیری متصل می شود.
4-برای جلوگیری از نقص قطعات در دستگاه ها استفاده می شود.
5-برای جلوگیری از مشکل نویز فرکانس بالا از یک مقاومت شنت و یک خازن در مدار استفاده می شود.
6-عمدتاً در مدارهای کنترل حفاظت اضافه بار استفاده می شوند.

ساخت تابلو برق صنعتی

اگر به دنبال خرید تابلو برق یا سفارش ساخت تابلو برق صنعتی برای مجتمع تولیدی، مسکونی یا پروژه عمرانی خود هستید، هم اکنون با کارشناسان آداک تماس گرفته و دستگاه موردنظر خود را سفارش دهید. به پشتوانه سال ها تجربه تخصصی و اجرای صدها پروژه ملی، منطقه ای و بین المللی، مفتخر به همکاری با شما عزیزان هستیم. جهت سفارش طراحی و ساخت انواع تابلو برق فشار ضعیف و فشار متوسط، پست کمپکت و انواع سینی و نردبان کابل و بدنه آماده تابلو صنعتی، با ما تماس بگیرید.