Điện trở shunt là một loại điện trở đặc biệt có giá trị rất nhỏ, được thiết kế để đo dòng điện lớn một cách chính xác. Khác với các điện trở thông thường được sử dụng để hạn chế dòng điện, nó được thiết kế để cảm nhận dòng điện mà không làm thay đổi đáng kể hoạt động của mạch. Điện trở shunt thường được dùng để đo dòng một chiều DC, nhưng cũng có thể ứng dụng trong đo dòng xoay chiều ở một số trường hợp đặc biệt. Nó còn là điện trở có giá trị điện trở rất thấp và 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.Đồng thời được mắc nối tiếp với tải có dòng điện cần đo.

Định nghĩa

Điện trở Shunt là một bộ được dùng để đo dòng điện chạy qua dây dẫn khi có tải. Thường được đặt song song với dòng điện cần đo. Nó tạo ra một mức điện áp thay đổi tương ứng với dòng điện đi qua nó. Điện áp này sau đó có thể được đo bằng một bộ đo hoặc vi mạch điện tử khác. Điện trở shunt thường được sử dụng trong các ứng dụng đo và kiểm tra dòng điện lớn, như trong ngành công nghiệp hoặc trong các hệ thống điều khiển và điện tử công suất.

Mục đích

Điện trở shunt được sử dụng để đo dòng điện (chủ yếu là dòng điện một chiều DC, hoặc dòng xoay chiều tần số thấp) bằng cách đo điện áp rơi trên điện nó.

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 sử dụng một điện trở shunt có giá trị rất nhỏ mắc nối tiếp trong mạch. Ampe kế sẽ đo điện áp rơi trên shunt, từ đó tính toán ra dòng điện thực tế..

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. Trên lý thuyết, dòng điện đo được có thể mở rộng tùy ý, miễn là không vượt quá giới hạn 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 tính toán ngược lại để xác định giá trị điện trở shunt.

Nguyên lý hoạt động

Có nhiều cách khác nhau để đo cường độ dòng điện chạy qua mạch. Tuy nhiên, phương pháp phổ biến nhất là thực hiện phép đo gián tiếp, xác định mức điện áp trên một điện trở chính xác dựa trên định luật Ohm. Giá trị sụt giảm điện áp sẽ tương ứng trực tiếp với dòng điện đi qua mạch. Việc xác định được chính xác độ sụt áp này sẽ cho phép bạn đo độ lớn của dòng điện.

Việc lắp điện trở shunt giúp tạo ra một sụt áp tỷ lệ với dòng điện đi qua nó, để có thể đo bằng đồng hồ mV. Do đó, các điện trở Shunt thường không ghi trị số điện trở, mà ghi dòng điện định mức kèm điện áp rơi. Ví dụ Shunt 500A/100mV có nghĩa là dòng định mức 500A, và điện áp rơi trên Shunt khi có dòng 500A đi qua là 100mV.

Cách đấu nối: Điện trở shunt đấu nối tiếp với tải, dùng các đấu nối lớn (bu lông lớn),và đồng hồ mV được nối vào hai đầu nối nhỏ.

Thông số điện trở

• Dòng định mức: Ghi sẵn số liệu 400A, 600A, 800A, 1000A.
• Ngõ ra có thông số: 60mV, 75mV.
• Sai số cho phép: ±0,5% toàn thang đo (Full Scale).
• Thông số nhiệt độ hoạt động: -25~60 độ C.
• Thông số khối lượng: 0.78 Kg, tùy vào dòng sơ cấp.
• Thông số dây sử dụng là 1.5 mét với tiết diện 1,5 mm².

Ví dụ với điện trở 100A/75mV

Điện trở shunt luôn luôn có hai thông số cần quan tâm dòng điện của tải và điện áp rơi:

• Dòng tải đi qua shunt có giá trị vài chục ampe cho tới hàng nghìn ampe & tương ứng với điện áp rơi. Các thang đo chuẩn: 50A, 100A, 200A, 300A, 500A …
• Điện áp rơi tương ứng với tải đi qua thường có các giá trị chuẩn: 0-75mV, 0-100mV, 0-120mV, 0-20mV …

Như vậy: điện trở shunt ghi 100A/75mV tương ứng dòng lớn nhất đi qua điện trở là 100A khi đó điện áp rơi sẽ là 75mV. Dòng điện đi qua shunt sẽ tỉ lệ thuận với điện áp rơi.

• Nếu dòng nhỏ thì điện áp rơi nhỏ
• Khi dòng lớn thì điện áp rơi tăng dần, không quá 75mV
• Dòng max chỉ 100A và điện áp rơi lúc này là 75mV

Tóm lại,

• Điện trở shunt được dùng để đo dòng điện một chiều (DC) dựa trên điện áp rơi xuất ra của shunt.
• Điện áp rơi tiêu chuẩn: 0-75mV, 0-100mV, 0-150mV, 200mV …
• Tín hiệu ngõ ra tuyến tính với dòng đi qua shunt nhưng không vượt quá giá trị ghi trên shunt.
• Điện trở shunt được mắc nối tiếp trong mạch điện DC.
• Cần một bộ khuếch đại tín hiệu mV của shunt thành tín hiệu analog 4-20mA / 0-10V để truyền về PLC hoặc các bộ điều khiển.

Ứng dụng

- Điện trở shunt công dụng bảo vệ mạch chống quá áp

Một phương pháp phổ biến để bảo vệ mạch khỏi điện áp quá cao là sử dụng mạch crowbar (bảo vệ quá áp). Khi điện áp vượt ngưỡng, mạch crowbar sẽ tạo ra một đoản mạch, khiến dòng điện đi tắt qua đường bảo vệ thay vì đi qua tải. Điều này làm cho điện áp trên tải tụt nhanh xuống gần bằng 0, đồng thời dòng điện lớn đi qua mạch crowbar sẽ kích hoạt cầu chì hoặc bộ ngắt mạch để ngắt nguồn điện, giúp bảo vệ an toàn cho mạch chính.

- Điện trở shunt công dụng bỏ qua một thiết bị bị lỗiKhi một phần tử trong một chuỗi mạch bị lỗi, nó sẽ phá vỡ mạch hoàn chỉnh. Một điện trở shunt có thể được dùng để bỏ qua phần tử bị hỏng, giúp duy trì mạch hoạt động. Khi phần tử hỏng gây ra điện áp bất thường, điện trở shunt sẽ tạo đường dẫn thay thế cho dòng điện. Điện sẽ truyền xung quanh phần tử bị lỗi. Một ví dụ điển hình của việc này là đèn chiếu sáng Giáng sinh.

- Điện trở shunt công dụng vượt qua nhiễu điệnShunt với một tụ điện đôi khi được áp dụng trong các mạch mà tiếng ồn tần số cao là một vấn đề. Trước khi tín hiệu không mong muốn đạt đến các phần tử mạch, tụ điện chuyển hướng nhiễu tới mặt đất.

Lưu ý khi lựa chọn

1. Chất liệu: Các loại vật liệu phổ biến bao gồm đồng, bạc, thép không gỉ hoặc lớp phủ kim loại.
2. Kích thước và công suất: Chọn điện trở shunt có công suất đủ lớn để chịu được dòng điện cao.
3. Độ chính xác: Lựa chọn loại có sai số thấp nhất để đảm bảo đo lường chính xác.
4. Xác định nhu cầu sử dụng: Đo dòng điện lớn hay nhỏ, yêu cầu độ chính xác cao hay trung bình
5. Tham khảo nhà cung cấp uy tín: Mua sản phẩm từ các thương hiệu nổi tiếng để đảm bảo chất lượng.

Kiểm tra thông số kỹ thuật: Đọc kỹ tài liệu hướng dẫn (datasheet) trước khi mua và lắp đặt.