Shunt (elettrotecnica)

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Uno shunt, chiamato a volte anche derivatore di corrente, è una resistenza elettrica che devia attraverso di sé una parte più o meno consistente della corrente circolante in un circuito principale a cui è posto in parallelo. L'entità della corrente deviata dipende dal valore resistivo (in Ohm) dello shunt rispetto al circuito in parallelo.

[modifica] Misura di corrente

Una tipica applicazione dello shunt si ha nella misura di correnti elettriche, per estendere la capacità di un amperometro. Posta una resistenza di shunt con valore R_s in parallelo ad un amperometro con resistenza interna R_a, la relazione tra le correnti nei due rami è data da:

e poiché I_tot = I_s + I_a si ha che la corrente totale I_tot da misurare è in relazione con la corrente segnata dallo strumento I_s secondo la formula:

Questa configurazione comporta che il valore delle resistenze, compresa quella interna dello strumento siano note con precisione.

Una soluzione che rende la misura indipendente dalla resistenza interna dello strumento consiste nell'avere questa molto elevata rispetto a quella dello shunt, in modo che la corrente totale I_tot sia praticamente uguale a I_s. Ciò si può realizzare in pratica usando un voltmetro al posto dell'amperometro, altro non è se non un amperometro ad alta impedenza. In tale caso, supponento che la corrente circoli tutta nello shunt, la tensione misurata ai suoi capi è data dalla legge di Ohm:

la caduta di tensione sullo shunt comporta altresì una perturbazione nel circuito, di cui occorre tenere conto. L'approccio appena descritto si può applicare per correnti di misura tali da rendere trascurabile la corrente inevitabilmente assorbita dal voltmetro. Lo shunt, opportunamente dimensionato, può essere impiegato per misurare correnti di intensità arbitrariamente alta, tenendo conto del surriscaldamento prodotto per effetto Joule, che può alterare il valore della resistenza stessa dello shunt.

Un problema presentato dallo shunt per correnti elevate è dato dalle resistenze parassite presenti nei morsetti di collegamento tra i cavi e lo shunt stesso, che in genere è costituito da una o più barre in costantana saldate insieme in parallelo. I valori in Ohm di queste resistenze sono aleatori e instabili, dipendendo da quanto sono stretti i bulloni, dallo stato di ossidazione ecc. Per ovviare al problema si usa la tecnica di collegamento a quattro fili. Due morsetti alle estremità dello shunt, detti amperometrici, costituiscono il passaggio della corrente da misurare. Altri due morsetti detti voltmetrici, indipendenti e più piccoli, in quanto soggetti a correnti minime, prelevano la tensione di misura più internamente nello shunt. La resistenza presente tra i due punti voltmetrici è nota con precisione, ed è assolutamente indipendente dai morsetti amperometrici.

[modifica] Altri usi

Alcunit tipi di shunt sono vie a bassa resistenza usate per cortocircuitare i due capi di un elemento circuitale. Per esempio, nelle catene luminose usate per decorare gli alberi di Natale le lampadine sono collegate in serie. Se il filamento di una resistenza brucia tutta la catena si spegne. Per ovviare il problema, in alcune catene ciascuna lampadina include uno shunt che si inserisce automaticamente in caso di rottura del filamento e permette il passaggio di corrente e l'accensione delle restanti lampadine.

Nella trazione ferroviaria e tranviaria, gli shunt erano usati, fino a non molti anni fa, per escludere una o più sezioni di avvolgimento di campo dei motori di trazione delle locomotive ed automotrici elettriche ed ottenere quindi l'aumento della corrente di indotto dei motori; ciò permetteva un consistente aumento di velocità, soprattutto se i gradi di Shunt erano più di uno. Il sistema è stato abbandonato con l'introduzione dell'elettronica di potenza (introduzione dei triac, Gto, Igbt ed altri dispositivi). La manovra del conducente per accelerare ha quindi l'effetto di inserire progressivamente gli shunt.

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