Шунт на 100А и два тайных знания о вашем автомобиле.

Почему шунт, а не клещи? Ну, во-первых, это не дорого. А во-вторых, простенький шунт может то, что не могут даже дорогие клещи для постоянного тока.

Но обо всем по порядку.


Приехал шунт в маленьком пакетике, ничего особенного, даже фотографировать не стал. Сам шунт — увесистая железяка, вот такая:



С одной стороны выбито название: FL-2/0.5.



С другой стороны — номинальный ток и напряжение на шунте при этом токе: 100А и 75 мВ.



Это не значит, что при 101А он расплавится или взорвется. Давайте посчитаем мощность, выделяемую шунтом:

P = I*U = 100*0.075 = 7.5 Вт.

Немало, но кратковременные пики тока в два и три раза больше номинала, при такой массе и размерах шунта, не приведут к заметному нагреву и дрейфу характеристик.
Хотя, для шунтов обычно используется сплав манганин. Он состоит из меди, марганца и никеля и характеризуется чрезвычайно малым температурным коэффициентом сопротивления. Так что небольшой нагрев шунту не повредит.

Манганиновая пластина у моего шунта была надрезана в трех местах. Вероятно, ее сопротивление юстировали. Черный лак немного облупился, но внешний вид в таких штуках — не главное.

Как и во всех приличных шунтах, тут 4 вывода: два — для подключения силовой цепи и 2 — для подключения щупов милливольтметра. Под два винта я установил клеммы, в которые удобно вставлять щупы тестера.



Давайте посмотрим, как шунт работает:
Блок питания выдает 10А, на шунте падение напряжения 7,4 мВ.



Токовые клещи немного уточняют измерение: 7,37 мВ при 10 А. Я еще воспользовался сторонним амперметром, результаты примерно те же: 7,4мВ при 10А.



Соответственно, при 100 А напряжение будет 74мВ.

Теперь самое время испытать шунт на практике. Для этого к силовому винту подсоединил клемму для автомобильного аккумулятора.



Силовой провод «массы» автомобиля я прикрутил к второму силовому винту. К измерительным винтам подключил осциллограф. Первый канал — к шунту, второй — к клеммам аккумулятора. Получилось вот так:



Все, можно крутить двигатель стартером!
Вот что у меня получилось:



Давайте посмотрим внимательно на осциллограмму:



Это первая прокрутка. Она длилась менее полутора секунд и не завершилась запуском.
Желтая кривая — напряжение аккумулятора. Цена деления по вертикали — 2 вольта. По горизонтали — полсекунды.
Голубая кривая — напряжение на шунте. Цена деления — 50 мВ.
Видно, что в начале прокручивания напряжение, снятое с аккумулятора, резко падает на 2,4 вольта. А напряжение шунта растет на 25 мВ. Это примерно 34 ампера, ток идет на втягивающее реле. Через 100 мс резкий рост до 185 мВ — ток пошел на электромотор стартера. Ток этот 185/74 = 250 ампер.

Самое начало запуска — не самый характерный момент для всего процесса: с одной стороны, давление в цилиндре, где такт сжатия, скорее всего уже ушло, так что вращать должно быть легче. С другой стороны, стартер преодолевает силу трения покоя, которая больше, чем сила трения движения, плюс момент инерции вращающихся масс, плюс повышенный ток в обмотках стартера из-за низких его оборотов.
Так что первые четверть оборота лучше исключить из рассмотрения. Перейдем ко второму цилиндру и второму всплеску на графиках.

Тут же все по-честному: 230 мВ с шунта при просадке напряжения на 2,45 вольта. Считаем: 311 ампер получается.
Что нам дает эта цифра? А вот что: стартер — самая правильная нагрузочная вилка для вашего аккумулятора. Мы знаем напряжение, мы знаем ток, мы можем посчитать его внутреннее сопротивление:

r = U/I = 2,45/311 = 7,9 мОм.

Это близко к измерениям сопротивления (7,62 мОм), которое я делал осенью специальным прибором.



Этот прибор использовал весьма опосредованный способ измерения. Там внутреннее сопротивление батареи оценивалось по ее импедансу по переменному току.

Вторая попытка запуска:



На этот раз двигатель запустился после полутора оборотов. В цилиндре, который находился в такте сжатия, сохранялось давление — это видно по всплеску тока. После запуска двигателя напряжение на аккумуляторе тут же повысилось больше прежнего, по шунту пошел небольшой ток зарядки. Через две с четвертью секунды я двигатель заглушил.

Итак. По осциллограмме тока и напряжения в момент запуска двигателя мы можем судить о состоянии аккумулятора. Это самый точный и непосредственный способ оценить его состояние.

Второй параметр, который мы можем оценить только качественно — состояние цилиндро-поршневой группы и клапанного механизма. Вот тут: http://www.ardio.ru/relkompr.php на эту тему есть подробный текст. А кратко могу сказать, что по равномерности всплесков тока во время прокручивания двигателя стартером можно судить о компрессии в цилиндрах без компрессомера. Да, точного значения из графика не вывести, но часто это и не нужно. Достаточно зафиксировать лишь провал в осциллограмме, чтобы сократить множество возможных диагнозов до поиска конкретного цилиндра с упавшей компрессией.

Наконец, подсчитав площадь под графиком, можно вычислить, сколько ампер-часов емкости аккумулятора потребляет каждый запуск. Это бесполезная, но любопытная информация. Я поступил кустарно — залил место под графиком черным цветом, над графиком — белым, потом уменьшил картинку до размера в 1 пиксель и посмотрел цвет пикселя. У меня получился цвет с яркостью 157/255 = 0,62. Максимальный ток был 311А, а значит средний — 311*0,62 = 193 А.

Именно этот ток нужно подставить в формулу Пейкерта, немецкого ученого, который вывел зависимость емкости аккумулятора от разрядного тока.

E = En(In/I)^(p-1),
где:
Е – реальная емкость аккумулятора,
En — номинальная емкость,
In — номинальное значение разрядного тока, при котором установлена номинальная емкость.
p — число Пейкерта, для автомобильных свинцово-кислотных АКБ лежит в пределах 1,15-1,35.

У меня получилось, что полностью заряженный аккумулятор сможет прокручивать стартер порядка 6 минут. Но это если он новый и емкость честная. А так как мой аккумулятор при разряде на лампочку показал всего 20 Ач емкости, то делим на три.

Вот такие выводы можно сделать из простого шунта.