Лекция 16. Измерения сильных токов. Шунты

Таблица 4. Характеристики проводников

Материал	r, 10^-6 Ом×м	g, 10^3 кг/м^3	С, Дж/(моль×К)	М, 10^-3 кг/моль
Медь	0,018	8,9	24,52	63,54
Алюминий	0,029	2,9	24,35	26,98
Сталь	0,138	7,8	25,2	55,84

При расчетах шунтов считается, что вся теплота, выделившаяся при прохождении импульса тока, идет на нагрев шунта без рассеивания в окружающее пространство:

а) , где Q ₁- теплота, С - теплоёмкость материала провода делителя, m - масса провода, D t - допустимая температура нагрева;

б) , R - сопротивление шунта, t - время прохождения импульса, I - ток, протекающий через шунт (без учёта фронта импульса).

(24)

в) , где g- плотность материала провода, S - сечение провода, l - длина провода шунта;

г) , где r- удельное сопротивление провода делителя;

д) ;

е)

ж) (25)

Для изготовления импульсных шунтов напряжения используются, обычно, провода из сплавов высокого сопротивления:

Манганин -сплав марганца (11-13%), никеля (3,5-5%) и меди. Проволока из этого сплава используется в кабельной промышленности в диапазоне размеров от 0,03 до 10 мм. Высокое удельное электрическое сопротивление, мало зависящее от температуры (в области 15-35.С). Изготовляют эталонные резисторы и элементы измерительных приборов.

Константан -сплав никеля (39-41%) и меди с присадкой марганца (0,4-1,6%). Проволока из него имеет диаметр от 0,03 до 5,0 мм.

Нихром -сплав никеля и хрома. Проволока из него выпускается диаметром от 0,01 до 10 мм.

Таблица. Характеристики сплавов

Материал	r, 10^-6 Ом*м	g, 10^3 кг/м^3	С, Дж/(кг*К)
Манганин	0,42	8,5	407,4
Константан	0,496	8,9
Нихром	1,1	8,4	460,6

При расчетах принять допустимую температуру нагрева материала делителя при прохождении одиночного импульса за 100 К (D t =100 К).

Построить графики зависимости допустимой плотности тока через делитель для трёх материалов в зависимости от длительности импульса Т ₂.

Определить диаметр (d) и длину провода (l) делителя, принимая сопротивление шунта R можно по формуле:

; ; .

Сопротивление шунта выбирается из расчета максимального тока, протекающего через шунт, и напряжения, которое можно подать на осциллограф или другое измерительное устройство.

Пусть максимальный ток 200 кА, а напряжение 500 В, тогда сопротивление шунта определится по закону Ома для участка цепи

R=U/I=2,5 мОм.

По условиям нагрева выбирается допустимая плотность тока j, и находится общее сечение шунта S.

Толщина шунта должна быть в ~ 5 раз меньше глубины проникновения магнитного поля в материал шунта. Глубина проникновения магнитного поля в материал шунта производится по формуле

, (26)

где r- удельное сопротивление материала шунта, m - относительная магнитная проницаемость материала (для немагнитных материалов принять равной 1), m₀=4p×10^-7 Гн/м – магнитная проницаемость вакуума, f - частота электромагнитного поля, Т – период колебаний волны, Т ₁ – длительность фронта апериодического импульса.

Если толщина шунта (по условиям нагрева) получается больше, то следует изготавливать шунт из отдельных более тонких проводников с суммарным сечением равным рассчитанному.

Дата добавления: 2014-01-07