Elektro in de camper
2. De basisbegrippen van de elektrotechniek.
2.1 Grootheden en Eenheden
Wat is dat allemaal: V(olt), A(mpère), Ah(Ampère- uur) W(att), Wh(Watt- uur)?
Voor de leken onder ons even een kleine uitleg over al die afkortingen, waar ze voor staan en wat hun onderlinge verhouding is.
U spanning, eenheid V = Volt:
I stroomsterkte, eenheid A = Ampère: (1A =1000mA)
R weerstand, eenheid Ω ohm
P vermogen, eenheid W = Watt: (1kW = 1000W)
E elektrische energie, eenheid Wh = Watt-uur: (de hoeveelheid Watt die in 1 uur wordt verbruikt)
Voor elektrische energie wordt ook de kilowattuur (kWh) gebruikt, 1kWh =1000Wh .
De aanduidingen k en m staan voor kilo en milli, 1 k =1000 en 1m = 0,001
Vaak wordt gezegd er staat stroom op, beter is: Er staat spanning op want spanning staat en stroom gaat !
Wij onderscheiden twee vormen van spanning: wisselspanning (AC) en gelijkspanning (DC).
-
Wisselspanning in Europa is 230 V / 50 Hz. dit komt uit de laadpaal. Doordat de wisselspanning wordt opgewekt met een dynamo verandert de spanning sinusvormig 50 keer per seconde van plus naar min. De frequentie waarmee dat gebeurt wordt uitgedrukt in Hertz (Hz):
- Gelijkspanning wordt geleverd door een accu of zonnepanelen. De elektrische stroom gaat van de plus naar de min.
2.2 Meten is weten
 |
De stroomkring Op de lamp staat 12V , 60W dit betekent dat de lamp aangesloten kan worden op 12V en dat het vermogen 60 Watt is. De lamp wordt aangesloten op een 12V accu. De spanning van de accu zorgt ervoor dat er een stroom gaat lopen in de kring. Hierdoor gaat er energie vanuit de batterij naar het lampje waardoor dat lampje licht geeft en warm wordt. |
 |
De spanningmeting Met een voltmeter wordt de spanning over de lamp gemeten. De gemeten spanning is 12,0 Volt. We willen nu ook de stroom door het lampje meten. De stroom gaat van de + van de accu door de rode draad naar de lamp en dan via de blauwe draad naar de – van de accu. |
 |
De stroommeting Om de stroom in de stroomkring te kunnen meten moet de kring ergens onderbroken worden zodat de stroom door de ampèremeter gaat en gemeten kan worden. De gemeten stroom is 5,0 Ampère. |
 |
Stroommeting met een shunt Voor het meten van grotere stromen wordt gebruik gemaakt van een shuntweerstand Rshunt. Met een Voltmeter wordt dan de spanning over de weerstand gemeten. De weerstand van Rshunt = 0,001 Ω. De gemeten spanning is 5,0 mV = 0,005 V Met de formule I = U / R (wet van Ohm) kan de stroom berekend worden. Dus I = 0,005 V / 0,001 Ω = 5 A. In de praktijk wordt dan een voltmeter met een Ampère schaalverdeling gebruikt. |
2.3 Energie
Hoeveel energie verbruikt de lamp als die 2 uur brandt ?
Hiervoor is de formule E = P x t of E= U x I x t of E = U x Ah ! De lamp haalt dus in 2 uur 60W x 2h = 120 Wh uit de accu.
Hoeveel energie zit er eigenlijk in de accu ?
Op de accu staat bijvoorbeeld 12V 105 Ah. De capaciteit van een accu wordt aangegeven in Ah.
De aanduiding in Ah is die hoeveelheid energie die de accu in 20 uur kan leveren bij een omgevingstemperatuur van 20 °C.
Is de accu 105 Ah groot, dan kan hij theoretisch 20 uur lang 5,25A leveren. Want 5,25 A x 20h = 105Ah
Hoeveel energie in Wh zit er dan in deze accu ?
E= U x I x t = 12V x 5,25A x 20h = 1260 Wh of anders gezegd
de totale energie in de accu bedraagt dan E = V x Ah = Wh dus E = 12V x 105Ah = 1260 Wh.
De lamp (12V 60W ) haalt per uur 60 Wh uit de accu, na 21 uur is de accu leeg, want 21h x 60W = 1260Wh
Helaas zo eenvoudig is het niet. De accu mag niet helemaal ontladen worden en tijdens het ontladen daalt de spanning.
Om te voorkomen dat de accu niet wordt beschadigd, is het van belang de accu niet verder te ontladen dan 50% van de capaciteit.
(een startaccu niet verder dan 20% te ontladen.)
In het bovenstaande voorbeeld betekent dit 50% van 1260Wh = 630 Wh , dus na 10,5 uur (630/60) moet de accu opgeladen worden.
Een goed geladen loodaccu heeft een spanning van ongeveer 12,4 V. Bij maximaal toelaatbare lading stijgt deze spanning tot 14,8 V.
Bij maximaal toelaatbare ontlading zakt de spanning tot ongeveer 11,0 V.
Let op, als de accu grotere stromen moet leveren, neemt de capaciteit af !
2.4 Kabels
De juiste bekabeling is cruciaal voor de veiligheid en het rendement. Onjuiste kabeldiameters zonder kabelzekering kunnen leiden tot doorgebrande kabels, waarna er brand kan ontstaan. Dit is geen theoretisch verhaal; elk jaar gaan er campers verloren door brand, wat dikwijls is te herleiden naar een foute keuze van de kabeldikte!
Een juiste kabeldikte is niet alleen veiliger, maar zorgt ook voor een optimale prestatie van zowel acculader als omvormer. Als er tussen de acculader en accu(set) dunnere kabels gebruikt worden dan is voorgeschreven, zal er te veel spanningsverlies over de kabels ontstaan, met als gevolg een te lage laadspanning op de accupolen.
De weerstand van een stuk draad is afhankelijk van drie factoren, de lengte van de draad, de doorsnede van de draad en het materiaal van de draad.
De weerstand van een draad kan berekend worden met de formule :
R = weerstand (Ω)
ρ = soortelijke weerstand (Ωm)
L = lengte (m)
A = doorsnede (m2)
Voorbeeld :
De kabel (koperdraad ) heeft een lengte van 1,5 m en een doorsnede van 4 mm2
koper ρ = 17·10-9 Ωm. = 0,000000017 Ωm
1 mm = 0,001 m dus 1 mm2 = 0,001 x 0,001 = 0,000001 m2
doorsnede A = 4 mm2 = 0,000004 m2
R = (1,5 x 0,000000017) / 0,000004 = 0,0000000255 / 0,000004 = 0,006375 Ω
Bij een stroom van 100 A geeft dit een spanningsverlies van U = I x R = 0,6375 V
De warmte ontwikkeling is P = U x I = 0,6375 x 100 = 62,75 W
De onderstaande vuistregel kan gehanteerd worden:
• Voor 12 V DC systemen geldt 3 a 4 Ampère stroom per 1 mm² kabeldoorsnede
• Voor 230 V AC systemen geldt 6 a 7 Ampère stroom per 1 mm² kabeldoorsnede
Deze regel geeft dus voor een stroom van 100A een gewenste kabeldoorsnede van 25 mm2