Для чего нужно добавочное сопротивление

Очень часто ток или напряжение в цепи намного выше, чем допустимое значение, которое может измерить измерительный прибор (вольтметр, амперметр или другой).

В таких случаях измерить такие параметры можно с добавлением в электроцепь специальных дополнительных элементов. Статья даст подробное объяснение, что такое и для чего нужно добавочное сопротивление. Также будет дано описание и предназначение шунтирующих устройств, а так же используемые формулы для расчета параметров таких элементов.

Сопротивление

Добавочные сопротивления — это измерительные преобразователи напряжения в ток, которые состоят из 1 или нескольких нагрузочных элементов. Добавочное сопротивление для вольтметра необходимо при измерении напряжений, которые превышают максимально допустимый предел измерений данного измерительного прибора. Эти элементы по своей функциональности ничем не отличается от обычных резисторов. При измерениях в высоковольтных электроцепях и дополнение, и сам прибор обязательно подключается в электроцепь последовательно.

При последовательном подключении найдём ампераж с помощью следующей формулы:

Когда необходимо в несколько раз увеличить номинальный рабочий режим прибора, то это можно будет сделать с помощью такого простого расчета:

Формула расчета самого добавочного сопротивления при этом выглядит следующим образом:

Благодаря этому выражению можно определить, что величина дополнительной нагрузки всегда будет на «n–1» больше самой измеряемой величины.

Приведенный выше расчет добавочного сопротивления позволяет значительно увеличить номинальный предел измерений, делать их как постоянного, так и переменного напряжений. Для электроцепей переменного тока используются резистивные элементы на основе бифилярных материалов. Обмотки из таких материалов применяют для того, чтобы устранить влияние реактивной составляющей.

Измерение постоянных токов производится с добавлением манганиновых резисторов. Их обмотки соответствуют основному требованию, которое заключается в том, что при увеличении нагрузки, резистор не будет нагреваться и тем самым занижать саму нагрузку.

Шунты это так же одна из разновидностей дополнительной нагрузки. Их используют в качестве преобразователей токов в напряжение. Отличительная особенность шунтов заключается в самой конструкции таких устройств. Они состоят из:

Сопротивление шунтов можно найти на основе закона Ома с помощью следующего выражения:

Шунтирующие элементы используются строго при параллельном подключении в электроцепь. Основное их предназначение — увеличение пределов измеряемых параметров. Чаще всего их используют в электроцепях постоянного тока. Для электроцепи с дополнительной нагрузкой и амперметром можно использовать следующую формулу:

Наличие в цепи сопротивлений от шунтирующих устройств так же помогает увеличить номинальные пороги измерений измерительного устройства. Найти сопротивление такого элемента можно, используя следующее выражение:

Существует так же коэффициент шунтирования, который находим по такой формуле

Рассчитанный коэффициент помогает определить наиболее подходящий предел измерений устройства с учетом имеющейся погрешности.

Такие устройства кроме того применяются в цепях переменного тока. При включении шунтов в такую цепь может возникнуть погрешность измерений, которая появляется из-за изменения частоты тока и его активной нагрузки.

Шунтирующие элементы используются для определения электротоков вплоть до 5 кА. Шунты и добавочное резистивное сопротивление для токов до 30 ампер встраивают внутрь измерительного прибора. В том случае, когда требуется определить очень высокие значения, используются внешние дополнительные устройства с функцией переключения рабочих режимов.

Заключение

Шунты и добавочные сопротивления применяются в различных измерительных приборах для определения значений электротоков и напряжений, которые заведомо выше стандартного предела определений. Благодаря этому не надо будет иметь несколько приборов для измерений разных по величине параметров электроцепей. Применение подобных дополнений в различных электроцепях не вызывает особых трудностей. При этом главное знать — как рассчитать такие элементы и порядок правильного их подключения.

Видео по теме

Источник

Добавочное сопротивление. Область применения, расчет.

Добавочное сопротивление используется для расширения приделов измерения вольтметров. Вольтметр это прибор, применяемый для измерения напряжения в различных точках цепи. Номинальное напряжение, на который рассчитан вольтметр у разных приборов разное. Но иногда возникает ситуация когда прибор рассчитанный на измерение допустим милливольт а нам необходимо измерять киловольты.

Основная часть любого вольтметра это его измерительная головка. Это некоторый электромеханический прибор, который преобразует ток, проходящий через него в угол отклонение стрелки. При этом шкала проградуирована в измеряемых значениях. В нашем случае в вольтах. В цифровых измерительных приборах такого, конечно, нет, там мы видим цифровое табло, на котором выводятся результаты. Но методика расширения диапазона измерительной части остается прежней.

Угол поворота стрелки зависит от тока, протекающего через прибор. Так как сопротивление прибора неизменно то в итоге угол отклонения зависит от напряжения на выводах прибора. Эти выводы необходимо подключить параллельно измеряемому участку цепи. В таком случае вольтметр должен обладать достаточно большим внутренним сопротивлением, чтобы не вносить искажения в работу цепи.

На практике сопротивление измерителя должно отличатся хотя бы в 100 раз от сопротивления цепи. Тогда погрешность вносимая прибором будет составлять всего лишь один процент. Все измерительные головки, как правило, уже обладают высоким внутренним сопротивлением. А так как мы решили расширить приделы измерения путем введения добавочного сопротивления, которое включается последовательно с прибором, то о вносимой погрешности можно не беспокоиться.

Добавочное сопротивление изготавливается из материала, у которого стабильный температурный коэффициент сопротивления. То есть при нагревании такого материала его удельное сопротивление не должно изменяться. Иначе во время измерений вследствие нагревания такого сопротивления при прохождении тока через него или от внешней среды погрешность прибора изменятся.

Как правило, в качестве такого материала используют манганин не путать с маргарином. То есть теперь не сама измерительная головка подсоединяется к участку цепи, а наш вольтметр в целом. Внутри которого эта самая головка соединена последовательно с добавочным резистором. Теперь необходимо рассчитать сопротивление этого резистора, чтобы знать цену деления вольтметра. Для этого сначала нужно определить множитель добавочного сопротивления.

Множитель добавочного сопротивления это отношение, которое показывает во сколько раз то напряжение, которое присутствует на выводах вольтметра больше напряжения поступающего на измерительную головку.

Ну а зная этот множитель легко определить и величину добавочного сопротивления

Как правило, переносные измерительные приборы снабжаются не одним, а несколькими добавочными сопротивлениями. Таким образом, у них появляются некоторые диапазоны измерений. Это делается для того чтобы повысить универсальность вольтметра чтобы одним прибором можно было измерять значения напряжения в различных цепях.

Источник

Шунт и добавочное сопротивление:

А Гальванометр — электроизмерительный прибор высокой чувствительности для измерения малых токов и напряжений.

Цена деления прибора — это значение наименьшего деления его шкалы.
Наиболее простые соединения резисторов — последовательное и параллельное.

При последовательном соединении резисторов конец одного резистора соединяется с началом другого. При этом сила тока одинакова во всех резисторах:

При параллельном соединении все резисторы одним концом соединены в один узел, а вторым концом — в другой. Точки разветвленной цени, в которых сходится не менее трех проводников, называются узлами цепи. При этом напряжение на каждом резисторе одинаковое и равно напряжению на участке цепи: Сила тока в цепи равна сумме сил токов в ветвях: а их проводимости складываются: или

Каждый электроизмерительный прибор, в том числе амперметр и вольтметр, рассчитан па определенный предел измерения, который нельзя превышать во избежание его порчи. Однако, расширив шкалу измерения прибора, можно измерить значение, превышающее максимально допустимое для него.
Для расширения диапазона измерений амперметра параллельно к нему присоединяют резистор. Он имеет специальное название — шунт. При этом сопротивление шунта подбирается таким образом, чтобы сила тока, проходящего через амперметр, не превышала максимально допустимого значения (рис. 110).

Сила тока в неразветвленной части цепи

где — сила тока, проходящего через шунт.

Поскольку амперметр и шунт соединены параллельно, то падения напряжений на них одинаковы:

Из этого соотношения находим

Подставив выражение для силы тока в соотношение для силы тока в цени,
получим

Если необходимо измерить силу тока, в n раз большую, чем та, на которую рассчитан амперметр, т. е. то к амперметру необходимо присоединить шунт сопротивлением

Следует иметь в виду, что цена деления прибора при шунтировании его сопротивлением позволяющем измерять в n раз большую силу тока, увеличится в n раз.

Таким образом, для существенного увеличения диапазона измерений амперметра необходимо, чтобы сопротивление шунта было намного меньше сопротивления амперметра (Напомним, что сопротивление амперметра мало, так как его подключение не должно существенным образом влиять на значение силы тока в цепи.)

Для увеличения пределов измерения напряжения вольтметра последовательно с ним включают резистор сопротивлением который называют добавочным сопротивлением (рис. 111).

Тогда измеряемое напряжение U на участке цепи будет:

где — максимальное напряжение, на которое рассчитан данный вольтметр, — падение напряжения на добавочном сопротивлении

Поскольку вольтметр и добавочное сопротивление соединены последовательно, то сила проходящего через них тока одинакова:

С учетом закона Ома для однородного участка цепи

где — сопротивление вольтметра. Откуда находим, что

Если необходимо измерить напряжение, в n раз большее, чем напряжение, на которое рассчитан данный вольтметр, т. е. , то к нему надо присоединить добавочное сопротивление

Подчеркнем, что так же, как и при шунтировании амперметра, цена деления вольтметра при подключении добавочного сопротивления позволяющего измерять в n раз большее напряжение, увеличится в n раз. Для значительного расширения диапазона измерения вольтметра необходимо, чтобы

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

Источник

Расчет добавочного сопротивления

Если потребитель нужно включить на более высокое напряжение, чем то, на которое он рассчитан, последовательно с ним включают добавочное сопротивление rд (рис. 1). На добавочном сопротивлении создается падение напряжения Uд, которое снижает напряжение на потребителе до требуемой величины Uп.

Напряжение источника равно сумме напряжений на потребителе и добавочном сопротивлении: U=Uп+Uд; U=Uп+I∙rд.

Из этого равенства можно определить необходимое добавочное сопротивление: I∙rд=U-Uп, rд=(U-Uп)/I.

Снижение напряжения с помощью добавочного сопротивления неэкономично, так как в сопротивлении электрическая энергия переходит в тепло.

Рис. 1. Добавочное сопротивление

1. Дуговая лампа (рис. 2) потребляет ток I=4 А при напряжении на дуге Uл=45 В. Какое сопротивление необходимо включить последовательно с лампой, если напряжение питающей сети постоянного тока U=110 В?

На рис. 2 приведены схема включения графитовых электродов и добавочного сопротивления, а также упрощенная схема с обозначением сопротивления и дуговой лампы.

Ток I=4 А, проходящий через лампу и добавочное сопротивление rд, создаст на дуге полезное падение напряжения Uл=45 В, а на добавочном сопротивлении падение напряжения Uд=U-Uл=110-45=65 В.

Добавочное сопротивление rд=(U-Uл)/I=(110-45)/4=65/4=16,25 Ом.

2. Ртутная лампа с рабочим напряжением 140 В и током 2 А подключена к сети напряжением 220 В через добавочное сопротивление, величину которого надо подсчитать (рис. 3).

Напряжение сети равно сумме падений напряжения на добавочном сопротивлении и в ртутной лампе:

Падение напряжения возникает на добавочном сопротивлении только при протекании через него тока. При включении на лампу падает полное напряжение сети, так как ток при этом мал. Ток и падение напряжения на добавочном сопротивлении увеличиваются постепенно.

3. Газоразрядная лампа мощностью 40 Вт с рабочим напряжением 105 В и током 0,4 А подключена к сети напряжением 220 В. Подсчитайте величину добавочного сопротивления rд (рис. 4).

Добавочное сопротивление должно снижать напряжение сети U до рабочего напряжения лампочки Uл.

Напряжение сети 220 В вначале необходимо для зажигания лампы.

rд=(115 B)/(0,4 A)=287,5 Ом.

Падение напряжения на сопротивлении приводит к потерям электрической энергии, которая превращается в тепло. При переменном токе вместо добавочного сопротивления применяется дроссель, что гораздо экономичнее.

4. Пылесос, рассчитанный на напряжение Uс=110 В и мощность 170 Вт, должен работать при U=220 В. Каким должно быть добавочное сопротивление?

На рис. 5 показаны эскиз и принципиальная схема пылесоса, где видны двигатель Д с вентилятором и добавочное сопротивление.

Напряжение сети распределяется между двигателем и добавочным сопротивлением rд пополам, так чтобы на двигатель приходилось 110 В.

Ток подсчитаем по данным пылесоса:

5. Двигатель постоянного тока на напряжение 220 В и ток 12 А имеет внутреннее сопротивление rв=0,2 Ом. Каким должно быть сопротивление пускового реостата, чтобы бросок тока при пуске был не больше 18 А (рис. 6)?

Если включить двигатель непосредственно в сеть, без пускового сопротивления, то пусковой ток двигателя будет иметь недопустимое значение Iв=U/rв =220/0,2=1100 А.

Поэтому для включения двигателя необходимо этот ток снизить примерно до величины I=1,5∙Iн. При нормальной работе двигателя реостат замкнут накоротко (движок находится в положении 5), так как двигатель сам создает напряжение, направленное против напряжения сети; поэтому номинальный ток двигателя имеет сравнительно малую величину (Iн=12 А).

При пуске ток ограничивается только пусковым реостатом и внутренним сопротивлением двигателя: I=U/(rд+rв );

18= 220/(rд+0,2); rд=220/18-0,2=12,02 Ом.

6. Вольтметр имеет диапазон измерений Uв=10 В, а его сопро-тивление rв=100 Ом. Каким должно быть добавочное сопротивление rд, чтобы вольтметр измерял напряжения до 250 В (рис. 7)?

Диапазон измерений вольтметра увеличивается при включении последовательного добавочного сопротивления. Измеряемое напряжение U разделяется на два напряжения: падение напряжения на сопротивлении Uд и напряжение на зажимах вольтметра Uв (рис. 8):

Ток, проходящий через прибор, при полном отклонении стрелки будет равен: Iв=Uв/rв =10/100=0,1 А.

Тот же ток должен проходить через вольтметр и при измерении напряжения 250 В (при включенном добавочном сопротивлении).

Тогда 250 B=Iв∙rд+10 B;

Добавочное сопротивление rд=240/0,1=2400 Ом.

При любом добавочном сопротивлении отклонение стрелки вольтметра будет максимальным при напряжении на вольтметре 10 В, однако его шкала градуируется в зависимости от добавочного сопротивления.

В нашем случае максимальному отклонению стрелки должно соответствовать деление 250 В.

В общем случае увеличение диапазона вольтметра будет:

n=U/Uв, или n=(Uд+Uв)/Uв =Uд/Uв +1;

7. Внутреннее сопротивление вольтметра 80 Ом при диапазоне измерений 30 В. Подсчитайте необходимую величину добавочного сопротивления rд для того, чтобы вольтметром можно было замерить напряжение 360 В.

По выведенной в предыдущем расчете формуле добавочное сопротивление равно: rд=(n-1)∙rв,

где увеличение диапазона n=360/30=12.

Добавочное сопротивление rд для нового диапазона измерений 360 В будет 880 Ом.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Для чего необходимо добавочное сопротивление

Максимально допустимый ток `I_max` через гальванометр равен цене деления, умноженной на число делений: `I_max=delta*N=1*100=100` мкА. При максимальном токе напряжение на приборе максимально и по закону Ома (8) равно

Для использования этого гальванометра в качестве амперметра для измерения токов силой до `I=1` А необходимо параллельно с ним включить шунт, сопротивление которого найдём по формуле (15):

В этом случае максимальному отклонению стрелки на шкале гальванометра соответствует ток в цепи силой `I=1` А.

Для использования этого гальванометра в качестве вольтметра для измерения напряжений до `U=100` В необходимо последовательно с ним включить добавочное сопротивление, величину которого найдём из (16):

В этом случае максимальному отклонению стрелки на шкале гальванометра соответствует напряжение между точками подключения `U=100` В.

Для измерения сопротивления `R` проводника собрана электрическая цепь, показанная на рис. 11. Вольтметр `V` показывает напряжение `U_V=5` В. Показание амперметра `A` равно `I_A=25` мА. Найдите величину `R` сопротивления проводника. Внутренне сопротивление вольтметра `R_V=1,0` кОм. Внутреннее сопротивление амперметра `R_A=2,0` Ом.

Ток `I_A`, протекающий через амперметр, равен сумме токов `I_V` и `I_R`, протекающих через вольтметр и амперметр соответственно. Напряжения на резисторе `U_R=I_R*R` и вольтметре `U_V=I_V*R_V` одинаковы и равны показанию `U_V` вольтметра. Таким образом, приходим к системе уравнений

определяет величину `R` сопротивления проводника по результатам измерений. Заметим, что для приведённой схемы величина внутреннего сопротивления амперметра оказалась несущественной: `R_A` не входит в ответ.

Источник