Wisselspanning

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Wisselspanning met effectieve waarde 230 volt en frequentie 50 Hz als functie van tijd.

Wisselspanning is een periodieke elektrische spanning die met een bepaalde frequentie wisselt tussen positieve en negatieve spanning. Er is meestal een min of meer sinusoïdaal spanningsverloop, maar ook andere vormen zijn mogelijk. Wisselspanning is de tegenhanger van gelijkspanning. Wisselspanning in een gesloten circuit veroorzaakt wisselstroom, de tegenhanger van gelijkstroom.

De elektrische energie die wordt geleverd door het elektriciteitsnet heeft in Noord-Amerika, delen van Zuid-Amerika en in een aantal Aziatische landen een frequentie van 60 Hz. In de rest van de wereld, waaronder geheel Europa en Afrika, is de frequentie 50 Hz.

Met behulp van een transformator kan wisselspanning naar omhoog of omlaag getransformeerd worden. Hierdoor kan het vermogen over lange afstanden onder hoogspanning gedistribueerd worden. Dit is het grote voordeel van wisselspanning.

Wisselspanning wordt opgewekt in een elektriciteitscentrale onder lagere spanning (typisch 20.000 Volt) met drie fasen, die onderling 120 graden in fase verschillen (driefasenspanning).

De sinuskromme van een wisselspanning kan met een oscilloscoop worden waargenomen.

Een wisselspanning kan onder andere worden opgewekt door een magneetveld in een spoel te bewegen. Dit wordt onder andere toegepast bij dynamo's, generatoren, windturbines en microfoons.

Effectieve waarde en piekspanning[bewerken]

De wisselspanning van het energienet is min of meer sinusvormig. Het verloop van de spanning in de tijd is:

\!V_t=V_{max}\sin(2\pi f t),

waarin f=50 Hz de frequentie is en V_{max} de piekspanning, de amplitude van de spanning. De piekspanning is hoger dan effectieve waarde V_{eff} van de spanning. Het voltage van de netspanning, ca. 230 V, is de effectieve waarde van de spanning. Er geldt:

\!V_{max}  = \sqrt 2 V_{eff}\approx 1{,}4V_{eff}.

Het piekvoltage van de netspanning is dus:

\!V_{max}  = \sqrt 2 \times 230 \mathrm{V} = 325 \mathrm{V}.

De spanning varieert dus tussen - 325 V en 325 V.

Driefasige wisselspanning[bewerken]

Driefasensysteem, als de vectoren in het plaatje hiernaast met de klok meedraaien
Vectordiagram van driefasenspanning

De in de centrales opgestelde generatoren bevatten drie gescheiden wikkelingen, deel uitmakend van de stator, die ten opzichte van elkaar 120° zijn verschoven, en die drie spanningen opwekken met een netfrequentie van 50 Hertz. Aangezien de wikkelingen ruimtelijk 120° zijn verschoven, of ten opzichte van elkaar een faseverschil hebben van 2/3 π, en de rotor van de generator steeds langs deze verschoven wikkelingen draait en ze één voor één passeert, zullen ook de opgewekte spanningen -zoals de afbeelding laat zien - niet gelijktijdig op hun maximum zijn of door nul gaan. Driefasige wisselspanning wordt hierom ook wel draaistroom genoemd.

De spanning E1 legt in één periode een hoek van 360° af, wat overeenkomt met een hoek van radialen. Dit geldt ook voor de twee andere spanningen E2 en E3. Het enige verschil is, dat E2 een hoek van 120° later hiermee begint en E3 een hoek van 240° later, zodat de onderlinge faseverschuiving 120° is. In het vectordiagram komt deze faseverschuiving verder tot uitdrukking.

Een vector is een lijnstuk met een lengte en een richting. In dit geval roteren de spanningsvectoren met een hoeksnelheid ω = 2πf(rad . sec-1) tegen de wijzers van de klok in. Aangezien de drie vectoren met dezelfde hoeksnelheid en in dezelfde richting ronddraaien, zullen ze steeds de onderlinge faseverschuiving van 120° handhaven.

Toepassing[bewerken]

De wisselspanning wordt getransformeerd door een transformator naar hoogspanning (bijvoorbeeld 230 kV) voor de distributie over grote afstanden en daarna weer omlaag getransformeerd (eerst naar bijvoorbeeld 50 kV en/of 10kV en daarna tot 230V) ten behoeve van de gebruiker. In België en Nederland worden dan drie fasen en de nul aan de gebruiker geleverd, met een spanning van 230 volt tussen de nul en elke fase, en 400 volt tussen de fasen, en met een frequentie van 50 Hz. Alleen voor grote belastingen worden de drie fasen gebruikt (met speciale wandcontactdozen) bijvoorbeeld deze afbeelding: een stekker met 5 polen: de 3 fasen, een nulgeleider en een (dikke) aardgeleider.

5 polige CEE stekker 63A

De meeste aansluitpunten bieden alleen één fase en de nuldraad (voor 230 volt) met aardgeleider.

2 polige CEE stekker 16A

In de Verenigde Staten worden aan de kleine gebruiker alleen een fase en de nul geleverd met een spanning van 110 tot 120 volt en een frequentie van 60 Hz. Ook worden er ten behoeve van airconditioners ook wel twee fasen met een middelpuntleiding of nulleiding toegepast. In dat geval is de spanning tussen de fasen 230 volt en tussen elke fase en de nulleider afzonderlijk 110 volt, dit alles met een frequentie van 60 Hz.

Door drie spoelparen in één generator te plaatsen, en deze onderling rond de as te verdelen worden drie wisselspanningen opgewekt die onderling in fase verschillen. Dit wordt draaistroom genoemd. Bij de grootschalige opwekking en distributie van elektriciteit worden altijd drie fasen gebruikt. Dit is onder andere te zien aan de drie stroomvoerende draden aan hoogspanningsmasten. Meestal zie je nog een vierde draad boven de drie hoogspanningsdraden, deze is verbonden met de aarde en dient als bliksemafleider.

Op een elektrisch apparaat staat aangegeven op welk elektriciteitsnet het mag worden aangesloten, op welke spanning in volt en op welke frequentie in hertz. Tevens wordt het opgenomen vermogen in watt of voltampère (VA) vermeld of alleen de opgenomen stroom in ampère. Sinds enige tijd is het een Europees voorschrift, door alle EG-landen in hun eigen wetten opgenomen, om op het identificatieplaatje ook de maximum beveiligingsstroomsterkte te vermelden. Dit laatste dient om aan te geven dat er zich in het apparaat componenten bevinden die geen hogere nominale stroom mogen voeren. Denk hierbij aan dunne draden en kleine contacten, met name relaiscontacten.

AC[bewerken]

AC is in Angelsaksische landen de aanduiding voor wisselstroom. De letters zijn de afkorting van de Engelse term Alternating Current. Op veel elektrische apparaten voor aansluiting op het elektriciteitsnet staat deze aanduiding op het typeplaatje aangegeven. Vaak wordt hierbij niet aan wisselspanning gedacht maar aan netvoeding, dus wisselspanning van 120 à 240 volt.
Het tegendeel, DC, Direct Current, is een gelijkspanning of batterijvoeding of de uitgangsspanning van de meeste voedingsblokken voor elektronische apparatuur.

De begrippen spanning en stroom worden vaak met elkaar verward.

Trivia[bewerken]

In 1973 werd in Australië een hardrockband opgericht met de naam AC/DC, hetgeen letterlijk staat voor Alternating Current/Direct Current (wisselstroom/gelijkstroom).

Zie ook[bewerken]