Wisselstroom en gelijkstroom

Uit 3rail Wiki
Ga naar: navigatie, zoeken

Wisselstroom (AC) en gelijkstroom (DC)

Wisselstroom (AC)

Wisselstroom / AC is de afkorting van „alternating current”, dit betekent zo veel als 'heen en weer gaande stroom'. En dat is precies wat wisselstroom is: eerst vloeien de elektronen de ene kant op en dan de andere kant op, enz. De stroomrichting wisselt dus steeds.

AC-Bronnen

De machines die gebruikt worden voor de opwekking van elektriciteit (generatoren) geven een wisselstroom af. Dus eerst worden er elektronen in het netwerk 'gepompt' en even later worden ze weer 'teruggezogen'. Op deze manier wordt in heel het europees elektriciteitsnetwerk stroom opgewekt. De wisselstroom wordt via verdeelstations, naar onze stopcontacten geleid. Vandaar dat er uit onze stopcontacten AC komt.

Frequentie

In Europa worden de generatoren zo afgesteld, dat de richting van de stroom 100x per seconde van richting wisselt. De stroom heeft de vorm van een sinusgolf. Er komen dus 50 golven per seconde voorbij. Daarom zegt men dat de stroom van het lichtnet een frequentie van 50Hz heeft. In Amerika is 60Hz gebruikelijk.

Märklin

De rails van een modeltrein kunnen niet rechtstreeks op een stopcontact worden aangesloten, want dan komt er gevaarlijke spanning op de rails te staan. Daarom wordt met behulp van een transformator de spanning van 230V omgezet naar een lage spanning van 18V. Deze is ongevaarlijk. Ook de 18V uitgang van de transformator is AC. En omdat ook de (oude) motoren van Märklin op AC werken, zijn er dus behalve de transformator, geen extra apparaten nodig om de Märklin treinen te laten rijden. Transformatoren werken alleen met AC!

Formules en AC

In principe zijn alle electriciteits-formules geldig voor AC. Je moet alleen wel opletten. Want doordat de stroom steeds volgens een golvende lijn verandert, is de berekening slechts op een enkel moment goed. Het moment daarna is de stroom al weer veranderd en moet een nieuwe berekening worden gemaakt. Daarom werken we bij AC meestal met de gemiddelde of de effectieve waarde van stroom en spanning. Hierbij doen we net alsof het een gelijkstroom betreft. De elektriciteits formules kunnen dan simpel worden toegepast op AC.

voorbeeld:
Op het typeplaatje van een trafo staat: prim. 220V / sec. 9V. We sluiten een lampje aan van 100Ω.
Vraag:Hoeveel stroom loopt door het lampje?

Antwoord: Uit de trafo komt 9VAC. Het lampje neemt dus een stroom van 9V / 100Ω = 0,09 A. Deze stroom is ook AC. Doordat overal met effectieve waarden van stroom en spanning worden gerekend, mag de wet van ohm gewoon worden toegepast.

Gelijkstroom (DC)

Gelijkstroom / DC is de afkorting van „direct current”. In nederland noemen we dit gelijkstroom.

DC bronnen

De belangrijkste bronnen van DC zijn de batterijen of accu's en tegenwoordig ook zonnecellen.

DC spanningen

Batterijen en accu's bevatten chemische energie. De chemische stoffen in de batterij zorgen voor een continue spanning van 1,5 Volt per cel. Een batterij van 9V bevat dus 6 cellen. Oplaadbare accu's zijn meestal met chemische stoffen opgebouwd die 1,2V per cel afgeven. Dus een accu van 12V, bevat 10 cellen.

AC en DC omzetters

Met de uitvinding van de gelijkrichter, werd het mogelijk om wisselstroom om te zetten in gelijkstroom. Hierbij wordt een brugschakeling van gelijkrichters achter de transformator geschakeld. De schakeling zorgt er voor dat de stroom altijd in dezelfde richting door de belasting vloeit. Zelfs rijden de Nederlandse treinen op gelijkstroom. Hiervoor zijn dus hele grote gelijkrichters nodig. Voor elektronische toepassingen wil men meestal een constante gelijkstroom hebben en geen pulserende. Dit wordt bereikt door ook nog een condensator na de gelijkrichter te schakelen.

Gelijkstroombanen

Veel modeltrein fabrikanten hebben gelijkrichters in hun transformators gebouwd. Dit was destijds een goedkopere oplossing omdat er dan DC motoren in de locs konden worden gebruikt. Ook nu nog zijn de DC motoren van 12 tot 20V goedkoper en eenvoudiger dan vergelijkbare AC motoren. De DC motoren hebben nog een voordeel ten opzichte van AC motoren, en dat is dat de richting waarin de motor draait, afhangt van de richting van de stroom door de motor. Een DC motor zal op een AC stroom alleen maar zoemen en nooit gaan draaien.

Formules

Een gelijkrichtbrug zal een sinus vorm AC omvormen tot een niet-constante DC. De DC heeft dan de vorm van een sinus, waarbij de onderste helft is omgeklapt. Ook hier moeten we dus oppassen met het toepassen van elektriciteitsformules. Maar ook hier geldt dat het voldoende is om de effectieve waarde of de gemiddelde waarde te nemen en de stroom te behandelen als een constante gelijkstroom. De effectieve waarde van een sinus-vormige stroom is 1,4 keer kleiner dan de topwaarde van die stroom. Voorbeeld:<br/> Op een adapter staat: prim. 220V / sec. 10V DC.
Vraag: welke spanning meten we als we een multimeter aansluiten?
Antwoord: internationaal afgesproken is dat de 10V op de uitgang de effectieve waarde is. Multimeters meten meestal de effectieve waarde van een sinusvorm, dus de meter zal ook 10 Volt aangeven. Echter de topspanning zal 14V zijn!

Elektrisch vermogen van een H0-verbruiker

Voor de vermogenberekening van een modelbaan zijn het aantal gelijktijdig afnemende componenten belangrijk. Om eenvoudig een optelsom te kunnen maken hier een overzicht van een aantal componenten en hun verbruik:

Elektrisch vermogen van een H0-verbruiker
Verbruiker of Modelbaanartikel Gemiddeld verbruik
Rijdende locomotief op max. snelheid (7-10 VA afhankelijk van loctype!) 10 VA
Rookgenerator, conventioneel met bv. Trafo 5 VA
Rookgenerator, digitaal bv. Seuthe 11 1.5 VA
Verlichte wagen met 2 bi-pin lampjes 3 VA
Verlichte wagen met 3 lampjes 4.5 VA
Huisverlichting per lampje 1.5 VA
Wisselaandrijving tijdens schakelen 8 VA
Draaischijf tijdens het draaien 10 VA
Draaikraan tijdens draaien/heffen/vieren 8 VA
Wisselverlichting M-rail 1.5 VA
Wisselverlichting K-rail (LED) 0.8 VA
Wisselverlichting C-rail (LED) 0.8 VA
Seinverlichting arm- en lichtsein (per lampje!) 1.5 VA
Seinaandrijving tijdens schakelen (zolang de toets ingfedrukt is) 8 VA
Universeel schakelaar 7244 tijdens het schakelen 1.5 VA
Universeel schakelaar 7245 tijdens het schakelen 8 VA
Control 80f (6036) 0.3 VA
Control 80 (6035) 0.8 VA
Interface ( 6050/6051) 1.5 VA
Keyboard (6040) 1 VA
Switchboard (6043) 0.3 VA
Memory (6043) 0.3 VA
Terugmeldmodule s88 (6088) 0.1 VA

Bron : Märklin Service-handboek