Electriciteit
Wisselspanning
Electriciteit
Root server » TechTalk » Electriciteit » Wisselspanning

Na de De oorlog der stromen heeft men gekozen voor wisselspanning in plaats van gelijkspanning

Alles wat je moet weten

-

-

Wisselspanning
De verdeling van electriciteit gebeurt tegenwoordig met wisselspanning. In deze inleiding leggen we de verschillende eenheden uit.

Driefasenspanning
Driefasenspanning of “triphasé” wordt gebruikt door grote gebruikers omdat de stroomverdeling dan meer efficient gebeurt.

Het aansluiten van apparaten wordt hier uitgelegd:

  • driefasige en tweefasige apparaten op het driefasig net,
  • driefasige apparaten op het monofasig net en
  • monofasige apparaten op het driefasig net
De bedoeling is tot een evenwichtige belasting van de fasen te komen.

Transformatoren

Met een frekwentieregelaar kan men motoren soepel doen starten zonder dat er een startinrichting nodig is. Bepaalde regelaars kunnen zelfs met een monofasige spanning gevoed worden en leveren dan een driefasige wisselspanning (voor motorvermogens tot ongeveer 2.2kW).

bij driefasenspanning heb je zowel 230V als 400V. De manier van aansluiten bepaalt welke spanning je bekomt.

Met driefasenspanning kan men monofasige apparaten voeden, maar het ongekeerde (driefasige apparaten voeden met monofasige spanning) is niet mogelijk.

Arbeidsfactor en crestfactor
Bij wisselspanning speelt de arbeidsfactor en crestfactor een belangrijke rol. Men kan niet evenveel energie door een kabel sturen onder de vorm van wisselspanning in vergelijking met gelijkspanning.

Dit is een voorbeeld hoe men de crest- en arbeidsfactor van een toestel kan verbeteren.

Biphasé en diphasé
Naast monophasé en triphasé heeft men ook biphasé (in Amerika "spnit phase" genoemd) en diphasé (die beide nu nog gebruikt worden).

En omdat de verliezen groter zijn als men electriciteit onder de vorm van wisselspanning vervoert, zet men de wisselspanning om in gelijkspanning als men lange afspanden moet overbruggen (ondergrondse kabels van meer dan 100km).

Verenigde Staten
De specifieke situatie van de Verenigde Staten wordt hier besproken. De netspanning voor gewone verbruikers is 120V 60Hz. Het systeem van split phase is even gemeengoed als de triphasé bij ons.

Single Wire Earth Return
In gebieden met een lage bevolkingsdichtheid gebruikt men een distributiesysteem met één enkele geleider en retourleiding via de aarde. Dit systeem wordt onder andere gebruikt in Nieuw Zeeland en Australië.

400Hz
Het electriciteitsnet van 400Hz werd oorspronkelijk in vliegtuigen gebruikt omdat deze hogere frekwentie het mogelijk maakte kleinere generatoren, motoren en transfos te gebruiken (belangrijk in vliegtuigen waar ieder kilo telt). Maar dankzij de andere voordelen van de 400Hz is men deze frekwentie ook op militaire schepen gaan gebruiken.

60Hz stroomgroepen
Er worden hier soms 60Hz stroomgroepen te koop aangeboden, afkomstig van de NATO. Mogen die groepen hier gebruikt worden?

De verschillende motoren
De verschillende soorten motoren die op wisselspanning werken

Rechts: 150kV kabel die de stroom van de noordzee windmolens aan wal brengt.
De kabel vervoert wisselspanning (altijd triphasé), maar voor lange afstanden (windmolenparken in volle zee) gebruikt men gelijkspanning.

1

2

3

4

Wisselspanning en gelijkspanning

De eerste verdeling is natuurlijk wisselspanning en gelijkspanning.

1 Wisselspanning
Het electriciteitsnet levert wisselspanning. Twee eeuwen geleden werd er voor wisselspanning gekozen omdat wisselspanning getransformeerd kan worden. Men kan daardoor de spanning verhogen of verlagen naargelang de behoeften.

Men zal een hogere spanning gebruiken voor de verdeling, omdat er dan minder verliezen in de kabels optreden. Bij de gebruikers zal de spanning opnieuw verlaagd worden in een aantal stappen. De transformatieverliezen worden ruimschots gecompenseerd door de mindere verliezen bij het vervoer.

Bij heel lange afstanden (meer dan 100km ondergronds) gaat men echter de hoogspanning gelijkrichten en aande andere kant weer omzetten in wisselspanning omdat er minder verliezen zijn met gelijkspanning dan met wisselspanning.

Batterijen, accus en zonnepanelen leveren gelijkspanning. De meeste electronische apparaten werken op gelijkspanning: radiotoestellen, televisies, computers,... De netspanning (wisselspanning) wordt omlaag getransformeerd en omgezet naar gelijkspanning:

  • 2 Gelijkgerichte spanning
    De spanning wordt eerst gelijkgericht. De beide delen van een periode zijn nu positief geworden, maar er is een sterk wisselend component aanwezig.

  • 3 Gelijkspanning of gefilterde spanning
    De spanning wordt dan gefilterd door een condensator, dit is een grote reservoir (let hier ook op de vergelijking met het water). Zo bekomen we gelijkspanning.

    4 Slecht gefilterde spanning
    Indien de condensator te klein is, dan loopt hij leeg voordat de volgende periode de condensator opnieuw kan bijvullen: we hebben een residuele bromspanning. De residuele bromspanning veroorzaakt een storing in audio-apparatuur. De bromspanning is afhankelijk van de belasting. Als de condensatoren verslijten wordt de bromspanning groter.

Mag een 60Hz generator gebruikt worden om 50Hz motoren te voeden?

Er worden veel oude NATO generatoren te koop aangeboden op diverse sites zoals Troostwijk.

Er zijn geen problemen te verwachten voor alle toestellen die met weerstanden werken (verwarming, gloeilampen,...). Hetzelfde geldt voor apparaten die gevoed worden met een voedingsblok (laptop, smartphone,...), deze voedingsblokken zijn voorzien om te werken met een voedingsspanning tussen 110V en 240V, 50 en 60Hz (en zelfs 400Hz).

Het wordt moeilijker als men motoren moet voeden. De meeste motoren zijn asynchrone motoren (motoren zonder koolborstels). Een 50Hz motor zal sneller draaien (20% sneller), maar zal een lager koppel hebben. Om het koppel te verhogen moet de motor een spanning krijgen die 20% hoger ligt, dus 276V in de plaats van 230V. De meeste generatoren hebben een spanningsregelaar die een ruim regelbereik hebben. De aanloopstroom van de motor zal echter hoger zijn en het beschikbaar koppel zal lager zijn, zelfs met een verhoogde voedingsspanning. Dit kan problemen opleveren bij bepaalde belastingen waarvan het benodigd koppel stijgt met de spanning (ventilatoren en in mindere mate ook pompen). Opgelet als je de netspanning zou verhogen: de andere apparaten zijn niet noodzakelijk geschikt om op deze verhoogde spanning te werken!

Universele motoren zijn minder kieskeurig wat betreft de frekwentie. "Universeel" betekent immers dat de motoren (in theorie) geschikt zijn om te werken op gelijkspanning of op wisselspanning. Hier moet de spanning niet verhoogd worden. Het beschikbaar vermogen is echter wat lager omdat het rendement van de motor lager is (hogere ijzerverliezen).

Asynchrone motoren worden doorgaans in vaste installaties gebruikt: pompen, droogzwierders, ventilatoren, ... terwijl universele motoren in handgereedschap gebruikt worden: slijpschijven, boormachines en dergelijke meer.

50Hz transformatoren die op 60Hz gebruikt worden zullen een wat lager rendement hebben, 60Hz transformatoren hebben wat minder ijzer. De transformator moet niet boven de 80% belast worden om safe te zijn.

De laatste afbeelding rechts is die van een professionele voeding. Dit is echter geen schakelende voeding (die op een willenkeurige spanning tussen 110 en 240V kan werken), maar een voeding met transformator. De transformator heeft verschillende aansluitingen om de juiste spanning te selecteren:

  • 115V:
    Deze spanning wordt in de Verenigde Staten en in Japan gebruikt. De spanning was oorspronkelijk 110V en is naar 115V verhoogd, zodat omgeveer 10% meer vermogen vervoerd kan worden in dezelfde draden. Ook bij ons is om dezelfde reden de spanning van 220V verhoogd naar 235V.

  • 127V:
    Bepaalde (oude) netten hebben 220V in driehoek (lijnspanning), de sterspanning (fasespanning) is dan 127V. Deze configuratie (aangeduid 127/220V) wordt niet meer aangeboden in nieuwe installaties. In landen waar die configuratie nog bestaat wordt vaak de 127V niet meer aangeboden (verdwijnen van de neutre). Als de electriciteitskabels vernieuwd moeten worden, wordt de wijk vaak omgezet naar 230/400V.

  • 208V:
    Deze vreemde spanning wordt in de Verenigde Staten aangeboden (high leg delta) en wordt gebruikt voor toepassingen die los van het residentieel net werken: alarmsystemen, internet servers, operatiekwartieren in hospitalen, enz. Dit net is niet geschikt voor grote verbruikers (airco, liftinstallaties, enz).

  • 220V:
    Dit is de spanning die we in België kennen. Dit net bedraagt tegenwoordig 235V. Indien je over een driefase aansluiting beschikt krijg je in feite 235/400V (behalve in bepaalde wijken die nog met oude netten gevoed worden).

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's

-