Medição de correntes elevadas com shunt externo

Por Alexandre Magalhães, Cláudio Fernandes, Júlio Cézar

Introdução

Multímetros comuns medem corrente até 10A, em alguns casos 20A. A princípio parece que isto é suficiente para nossos motores, mas na prática não funciona bem assim.

Estes equipamentos são projetados para uso geral, as medidas de corrente normalmente são para equipamentos 110V ou 220V, onde uma pequena queda de tensão dentro do multímetro não é significativa.

Mas no aeromodelismo elétrico isto faz diferença. Para motores pequenos e econômicos, até uns 4A não há problema, a medida de um amperímetro basta. Acima disto, começa a haver uma briga entre a resistência interna do motor e a do multímetro.

Exemplo simples: um motor 400 com hélice 5x3 alimentado com 11V consome cerca de 12A, mas ao medir seu consumo com um multímetro aparece uma medida em torno de 8A. Este número não é real, mas como o multímetro está em série com o motor, parte da energia que iria para o motor fica no "shunt" interno do multímetro, fazendo o motor girar mais devagar, gastando menos, e é este consumo menor que aparece no mostrador.

Este número não serve para nada e é até perigoso. Se a pessoa achar que o motor está gastando apenas 8A, pode acabar optando por usar um speed control de 10A e uma bateria que aguenta 8A. Em vôo o consumo real será maior que os 8A, e tudo pode torrar, causando um baita prejuízo.

Um jeito simples de resolver o problema é fazendo um "shunt" externo e medindo a queda de tensão nele. Este shunt deve ter uma resistência interna baixa, para não atrapalhar a medida, e deve ter um valor fácil de medir.

10 miliOhms é pouco maior que a resistência interna de um FET, já dá uma boa medida, cada 10mV lidos no voltímetro equivalem a 1A.

1 miliOhm é quase insignificante para o motor, e cada 1mV lido significa 1A, o que pode ser lido na escala de 200mA do multímetro e dá uma precisão suficiente. Este é o valor escolhido para este exemplo.

Fazendo o shunt externo

Lista de material:

Comece fazendo uma extensão com os conectores e os fios mais grossos, deixando o fio rígido de 1mm² no meio da parte positiva da extensão. No exemplo foram usados conectores JST, mas estes conectores não são bons para esta aplicação, procure usar conectores de maior capacidade para evitar que atrapalhem as medidas.

Faça 2 pequenos cortes com estilete no fio rígido, distantes 6cm entre si, medidos com uma régua. Descasque o fio neste trecho puxando a capa para os lados.

Enrole o fio flexível mais fino nestes pontos descascados, de forma que o primeiro ponto de contato fique a 6cm de distância. O fio vermelho deverá ficar mais próximo da bateria que o preto. Solde o fio, sem deixar escapar solda ou fio em flexível em contato com o rígido mais do que 2mm.

Neste exemplo o circuito não está isolado para que se vejam os pontos de interligação e as soldas, mas tudo deverá estar isolado para evitar acidentes. Procure usar termoretrátil como no tutorial de soldagem.

Termine soldando plugs banana na ponta destes fios, que serão ligados ao multímetro.

Como medir

Para medir o consumo, ligue os pinos banana ao multímetro, o preto no "Comum" e o vermelho na entrada para medida de Volts, como nas fotos. Coloque na escala de 200mV ou semelhante.

Ligue a extensão do shunt ao conjunto que deseja testar no lugar da bateria, deixe o motor de forma a não causar danos quando girar, e por último ligue o conector da bateria na extensão do shunt.

A corrente será medida no multímetro, no exemplo marca 3,2V, significando que o motor está consumindo 3,2A.

A precisão do conjunto quando montado somente com auxílio de régua é da ordem de 5%, o suficiente para medir correntes com segurança para nossas aplicações. Fazendo com cuidado e calibrando com o auxílio de um multímetro ou amperímetro de boa qualidade pode-se conseguir precisão em torno de 1%.

Atenção ao comprimento do fio rígido usado. Caso o fio seja mais grosso será necessário aumentar o comprimento proporcionalmente. Exemplos:

Tutorial do Cláudio Fernandes, abordagem que dá mais precisão, com procedimento de calibração

Colegas, tenho trocado mensagens com um dos membros do fórum, a respeito da confecção de shunts para a medição de correntes elevadas, e decidi fazer um pequeno tutorial para dirimir de uma vez por todas as dúvidas, e ajudar a quem não tem acesso a equipamentos caros de medição.

O que proponho aqui pressupõe o uso de um desses multímetros de camelô, que custam no máximo R$ 40,00, e que nos dará uma precisão suficiente para aplicações práticas.

Cabe notar que a medição de correntes consumidas por motores brushed ou bruslhess (em especial estes últimos) não pode ser feita diretamente por equipamentos comuns, devido à natureza das formas de onda envolvidas. Mas, para efeitos práticos, como por exemplo cálculos de autonomia, avaliações de hélices ou comparações de consumo entre conjuntos, podemos ter uma boa noção usando o arranjo a seguir.

Os materiais necessários são:

Vamos lá:

Inicialmente, monte o arranjo da figura 1, com o multímetro na escala de 2A DC, e meça o consumo de corrente da lâmpada, que ficará em torno de 1,7A. Anote esse valor.

A seguir, monte o arranjo da figura 2, cuidando para não inverter a polaridade do capacitor eletrolítico, e colocando o fio sólido da forma indicada, com a lâmpada em uma das extremidades. Aqui um detalhe: para garantir a melhor precisão possível, é necessário botar a preguiça de lado e usar o soldador...

Ligue o conjunto, e anote a tensão lida no voltímetro, na escala de 200 mV, que vai estar em torno de 60 mV . Esses valores variarão de acordo com a lâmpada, o multímetro e o fio, assim não estranhem diferenças.

Usando uma regra de três, calcule o comprimento do fio necessário para que a tensão lida no voltímetro seja um múltiplo direto da corrente lida no amperímetro. Por exemplo, no meu caso, a leitura de corrente foi 1,74 A e o comprimento inicial 3 metros, portanto calculei o comprimento do fio para obter 17,4 mV de queda de tensão medida no voltímetro.

O comprimento calculado foi de 1,35m, e assim descasquei um bom pedaço do fio em torno de 1,40m, e fui experimentando diversos pontos até obter o valor desejado. Quanto mais curto o fio, menor o valor lido. Nessas medições “intermediárias” é importante sempre soldar o fio. Uma vez alcançado o valor correto, teremos um shunt que permitirá medir correntes de até 20A na escala de 200 mV, e de até (TEORICAMENTE) 200 A na escala de 2 V, com uns 5% de precisão, se as medições e o ajuste forem feitos com cuidado.

Obtido o valor final, o shunt pode ser dobrado em “zigue-zague” (NÃO ENROLE O SHUNT NA FORMA DE BOBINA, ISSO PODE CAUSAR PROBLEMAS). O uso está bem claro na figura 3.

A corrente máxima, na prática, fica em torno de uns 50 ou 60 A por curtos períodos, pois o fio irá aquecer. Por isso é importante caprichar nas soldagens. O ideal é acondicionar o shunt em uma caixa ventilada, com bornes tipo “banana” de boa qualidade para ligar os fios do voltímetro, e conectores adequados para bateria e motor. Isso deixo à imaginação de cada um...

Abraços a todos e espero que seja útil, lembrando mais uma vez que embora a medição seja aproximada, é bastante realista... E só espero que ninguém passe a vender este tutorial no ML, como tenho visto acontecer com o FMS ou com tutoriais do cabo de conexão do rádio ap PC... hehehehehe....


Figura 1


Figura 2


Figura 3

O capacitor é para "aplainar" um pouco as formas de onda meio estranhas que existirão no fio, e que podem falsear bastante as medições, uma vez que a maioria dos multímetros está calibrada apenas para tensões DC ou senoidais de 60 HZ.

O fio 2,5 mm² dá menos queda de tensão, e assim interfere menos no circuito. O ideal seria calibrar para 1mV por ampère, mas fica muito crítico, assim sugeri a calibração de 10mV por ampère.

Na prática, até um pedaço de placa de circuito impresso serve, é só soldar um fio em cada ponta, e ir abrindo um "rasgo" até dar a calibração exata...

Outra opção, contribuição de nosso colega Julio Cezar

Olha aí o meu Shunt com conectores Ultra Deans, agora aposentado depois da compra do Emeter.

Monitorava simultaneamente a corrente e a tensão no motor, funcionava perfeitamente.

9cm de fio 1,5mm.

Dica para calibração: Espere o shunt esfriar totalmente antes de fazer as medições para calibração, pois o cobre quando aquecido aumenta muito a sua resistência causando medidas erradas.

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