Inhoudsopgave
1 Gelijkrichter 9
1.1 Diode 10
1.2 Gelijkrichting 11
1.3 Samenvatting 34
1.4 Antwoorden 36
2 De gelijkrichter 39
2.1 Inleiding 39
2.2 Leerdoelen 39
2.3 Gelijkrichtschakelingen 40
2.4 Enkelzijdige gelijkrichting 40
2.5 Dubbelzijdige gelijkrichting 41
2.6 De brugschakeling 41
2.7 Samenvatting 44
2.8 Antwoorden 45
3 Vragen De gelijkrichter 47
4 Diode 49
4.1 Typen diodes 50
4.2 Samenvatting 54
4.3 Antwoorden 55
5 Vragen De diode 57
6 Overspanningsbeveiliging 59
6.1 Wat is overspanning? 60
6.2 Hoe kan overspanning ontstaan? 60
6.3 Beveiligingscomponenten 61
6.4 Toepassing overspanningsbeveiligingen 62
6.5 Uitvoeringsvormen 63
6.6 Samenvatting 65
6.7 Antwoorden 66
7 Vragen Overspanningsbeveiliging 67
8 Driefasenschakelingen 69
8.1 Belasting van de fasen van een driefasen wisselspanningsnet 70 8.2 Opgenomen vermogen van de belasting bij sterschakeling 72 8.3 Opgenomen vermogen van de belasting bij driehoekschakeling 79
8.4
Inzage
Samenvatting 9110.3 Samenvatting 120
10.4 Antwoorden 123
11 Vragen Lijnonderbreking 127
12 Het relais 131
12.1 Typen relais 132
12.2 De grootte van het te schakelen vermogen 132
12.3 De wijze van monteren 132
12.4 Afscherming contacten 133
12.5 Printrelais 134
12.6 Insteekrelais met relaisvoet 135
12.7 Tijdrelais 136
12.8 Samenvatting 137
12.9 Antwoorden 137
13 Vragen Het relais 139
14 Een éénfasemotor 141
14.1 Constructie van een seriemotor 142
14.2 Constructie van een inductiemotor 143
14.3 Samenvatting 144
14.4 Antwoorden 145
15 Vragen Een éénfasemotor 147
16 Driefasige wisselstroommotor 149
16.1 Synchrone motoren 150
16.2 Asynchrone motoren 150
16.3 Werking en eigenschappen van een motor 151
16.4 Samenvatting 154
16.5 Antwoorden 155
17 Vragen Driefasen wisselstroommotor 157
18 Motorbeveiligingen 159
18.1 Beveiligingen van een motor 160
18.2 Kortsluiting 160
18.3 Overbelasting 161
18.4 Nulspanningsbeveiliging 163
18.5 Samenvatting 164
18.6 Antwoorden 165
19 Vragen Motorbeveiligingen 167
20 Aanzetinrichtingen 169
20.1 Softstarters 170
20.2 Frequentieregelaars 171
20.3 Samenvatting 173
20.4 Antwoorden 174
4 Inhoudsopgave
Inzage
21 Vragen Aanzetinrichtingen 175
22 De standaard motorschakelingen 177
22.1 Wat is een motorschakeling? 178
22.2 Aan/uit-schakeling met thermische beveiliging en relais 179
22.3 Aan/uit-schakeling met een schakelaar 180
22.4 Omkeerschakeling 181
22.5 Sterdriehoekschakeling 183
22.6 Samenvatting 185
22.7 Antwoorden 186
23 Vragen De standaard motorschakelingen 187
24 Softstarters 189
24.1 Driefasige wisselstroommotoren 190
24.2 Opbouw softstarter 191
24.3 Kenmerken van softstarters 192
24.4 Samenvatting 195
24.5 Antwoorden 196
25 Vragen Softstarters 197
26 Logische schakelingen 199
26.1 Binaire principe 200
26.2 Waarheidstabel 200
26.3 Schakelfuncties 201
26.4 Poorten 215
26.5 Poorten met samengestelde logische functies 217
26.6 Logische schakelingen met poorten 219
26.7 Samenvatting 224
26.8 Antwoorden 226
27 Vragen Logische schakelingen 237
28 Lineaire en niet-lineaire weerstanden 239
28.1 Temperatuurweerstanden (PTC en NTC) 240
28.2 Fotocel 242
28.3 Samenvatting 244
28.4 Antwoorden 245
29 Vragen Lineaire en niet-lineaire weerstanden 247
30 De opnemer 249
30.1
Inzage
Wat is een opnemer? 25031 Vragen De opnemer 257
32 Pneumatische ventielen 259
32.1 Werking ventielen 260
32.2 Stuurventielen 262
32.3 Drukregelventielen 263
32.4 Blokkeerventielen 263
32.5 Begrippen 266
32.6 Samenvatting 267
32.7 Antwoorden 268
33 Vragen Pneumatische ventielen 269
34 Pneumatische cilinders 271
34.1 Werking van een cilinder 272
34.2 Enkelwerkende cilinder 273
34.3 Dubbelwerkende cilinder 274
34.4 Samenvatting 275
34.5 Antwoorden 275
35 Vragen Pneumatische cilinders 277
36 Digitale technieken 279
36.1 Grondbeginsel 280
36.2 De OF-functie (OR-functie) 281
36.3 De EN-functie (AND-functie) 282
36.4 De NIET-functie (NOT-functie) 282
36.5 De NEN-functie (NAND-functie) 283
36.6 De NOF-functie (NOR-functie) 283
36.7 Samenvatting 285
36.8 Antwoorden 286
37 Vragen Digitale technieken 287
38 Controllers (PLC’s) 289
38.1 PLC's 290
38.2 Werking van PLC's 291
38.3 PLC's aansluiten en programmeren 291
38.4 Programmeertalen 292
38.5 Programmeeromgeving volgens IEC-norm 1131-3 294
38.6 Samenvatting 296
38.7 Antwoorden 297
39 Vragen Controllers (PLC’s) 299
40 Omzetting van energie 301
40.1 Thermische energie 302
40.2 Energie en vermogen 304
40.3 Verliezen bij energieomzetting 305
40.4 Verlies en rendement 306
40.5 Toepassingen 311
6 Inhoudsopgave
Inzage
40.6 Samenvatting 312
40.7 Antwoorden 313
41 Vragen Omzetting van energie 315
42 Aarding en zone-indeling in de badkamer 317
42.1 Aarding 317
42.2 Zone-indeling 322
42.3 Samenvatting 326
42.4 Antwoorden 327
43 Vragen Aarding en zone-indeling in de badkamer 329
44 Inspectie voor ingebruikneming 331
44.1 Visuele controle 332
44.2 Metingen en beproevingen 333
44.3 Samenvatting 334
45 Vragen Inspectie voor ingebruikneming 335
46 Testen, meten en controleren 337
46.1 Elektrische installaties 338
46.2 Werken aan een installatie 338
46.3 Spanningzoeker 339
46.4 Dubbelpolige spanningsaanwijzer 339
46.5 Universeelmeter/multimeter 340
46.6 Ampèretang 340
46.7 Isolatieweerstandtester 340
46.8 Testinstrument voor installaties 341
46.9 Samenvatting 343
46.10 Antwoorden 344
47 Vragen Testen, meten en controleren 345
48 Meetinstrumenten 347
48.1 Dubbelpolige spanningstester 348
48.2 Ampèretang 348
48.3 Oscilloscopen (scopemeters) 349
48.4 Aardverspreidingsweerstandmeter 350
48.5 Isolatietester 351
48.6 Samenvatting 353
48.7 Antwoorden 354
49
Inzage
Vragen Meetinstrumenten 3558 Inhoudsopgave
Inzage
1 Gelijkrichter
Inleiding
Niet alle apparaten die je thuis gebruikt zijn geschikt voor wisselspanning. Er zijn ook apparaten die een gelijkspanning nodig hebben.
Hiervoor heb je een gelijkrichter nodig.
Een gelijkrichter is een elektronische schakeling die een wisselspanning omzet in een gelijkspanning. Een gelijkrichter is opgebouwd uit één of meerdere diodes.
Uitvoeringsvormen van diodes en gelijkrichtbruggen
Leerdoelen Je kunt:
• de aansluitingen van een diode benoemen en aangeven wanneer een diode in geleiding is en wanneer hij spert
• van de drie meest voorkomende gelijkrichtschakelingen de schema’s herkennen, de spanningsvormen over de belasting en de diode(s) tekenen en stromen en
spanningen berekenen:
– enkelzijdige gelijkrichter (M1-schakeling) – dubbelzijdige gelijkrichter (M2-schakeling) – dubbelzijdige gelijkrichter (B2-schakeling)
• de begrippen pulserende gelijkspanning en sperspanning toelichten.
Inzage
1.1 Diode
Een diode is een zogenaamde
halfgeleider. In de ene richting laat hij stroom door en in de andere blokkeert hij die.
Het symbool van een diode
De werking van een diode
Een diode kun je vergelijken met het ventiel van een fietsband. Als de druk boven op het ventiel (door het pompen met een fietspomp) groter is dan de druk in de
binnenband laat het ventiel lucht door. Als je vervolgens de slang van de fietspomp afkoppelt loopt de band niet leeg, ook al is de druk binnenin de band groter dan die van de buitenlucht.
Een diode laat zich goed vergelijken met een ventiel. De bovenkant van het ventiel is vergelijkbaar met één van de aansluitpunten van de diode. Die noem je de anode.
De onderkant van het ventiel is vergelijkbaar met de andere aansluiting van de diode.
Die noem je de kathode. Bij een diode is de kathode te herkennen aan een ring met een afwijkende kleur.
Geleiden
Uit het voorgaande blijkt dat, als de spanning (luchtdruk) op de bovenkant van het ventiel (bij de diode de anode) groter is dan op de onderkant van het ventiel (bij de diode de kathode), er lucht doorgelaten wordt.
Bij de diode kun je dan zeggen:
Als de elektrische potentiaal op de anode groter is dan op de
kathode, wordt er stroom doorgelaten. De diode is dan in geleiding.
Sperren
Omgekeerd geldt dat als de druk op de onderkant van het ventiel (bij de diode de kathode) groter is dan de druk op de bovenkant van het ventiel (bij de diode de anode), er geen lucht door het ventiel stroomt. De band loopt niet leeg.
Voor de diode kun je dan zeggen:
Als de elektrische potentiaal op de kathode groter is dan op de anode, loopt er geen stroom. De diode spert dan.
Een diode laat dus stroom door als de potentiaal op de anode groter is dan de potentiaal op de kathode. We zeggen dan dat de diode geleidt of doorlaat. Is de potentiaal op de anode kleiner dan de potentiaal op de kathode, dan laat een diode geen stroom door en zeggen we dat de diode spert.
10 Gelijkrichter
Inzage
Links: Diode D geleid (UD = 0 V en ID = U/RL) rechts: Diode D spert (UD = U en ID = 0 A)
1.2 Gelijkrichting
Enkelzijdige gelijkrichting
Een enkelzijdige gelijkrichting is een serieschakeling van een diode en een belasting. Dit noemen we de M1- schakeling.
Enkelzijdige gelijkrichting (M1-schakeling)
Sluiten we een diode aan op een wisselspanningsbron, dan wordt de anode wisselend positief of negatief ten opzichte van de kathode. Dit betekent dat een diode het ene moment de (wissel)stroom doorlaat en het andere moment spert.
De momentele waarde van de spanning over diode D duiden we aan met de letters uD en de momentele waarde van de spanning over de belastingsweerstand RL met de letters UL.
Wordt bij de diode de anode positief ten opzichte van de kathode, dan zal de diode de stroom geleiden. Dit heeft tot resultaat dat, als we de ohmse weerstand van de diode in de doorlaatrichting verwaarlozen, de spanning over de diode gelijk is aan 0 V.
We kunnen dus schrijven: uD = 0 V
Voor de momentele waarden van de spanning geldt:
u = uD + uL
Hieruit volgt dan dat de momentele waarde u van de voedingsspanning over de belastingsweerstand RL komt te staan.
Inzage
Eerste halve periode
In afbeelding a. zien we dat de anode positief ten opzichte van de kathode is
gedurende de eerste helft van de periode. Het verloop van de momentele waarde van uL als functie van de tijd komt overeen met de positieve halve sinus, zie afbeelding b.
uD = 0 V. We zien dat in afbeelding c.
Spanningsvormen bij enkelzijdige gelijkrichting
Tweede halve periode
Wordt bij de diode de anode negatief ten opzichte van de kathode, dan zal de diode de stroom niet geleiden. Nemen we aan dat in de sperrichting de ohmse weerstand van de diode oneindig hoog is, dan vloeit er in het circuit geen stroom. Hierdoor is de spanning over de belastingsweerstand gelijk aan nul volt.
We kunnen dus schrijven dat uL = 0 V.
In afbeelding b. zien we de spanning uL over de belasting.
In afbeelding c. zien we dat uD = u.
12 Gelijkrichter
Inzage
Voorbeeld Gegeven
Het schema van transformator met enkelzijdige gelijkrichter.
Transformator met enkelzijdige gelijkrichter en belasting
Gevraagd
Teken het verloop van de spanning over RL als functie van de tijd.
Oplossing
Het verloop van de spanning over RL bij enkelzijdige gelijkrichting
We noemen dit verloop van de spanning UL een pulserende gelijkspanning. De gemiddelde spanning is ook afgebeeld.
Dubbelzijdige gelijkrichting
Bij enkelzijdige gelijkrichting wordt met behulp van een diode een sinusvormige wisselspanning omgezet in een
pulserende gelijkspanning.
Symbool voor een wisselspanningsbron
Hierbij wordt steeds alleen de positieve halve periode van de sinusvormige wisselspanning doorgelaten.
Bij dubbelzijdige gelijkrichting worden beide periodehelften van de sinusvormige wisselspanning doorgelaten en wel zo, dat de spanning op het verbruikstoestel steeds dezelfde polariteit heeft.
Dubbelzijdige gelijkrichting is mogelijk met twee schakelingen, namelijk de:
• M2-schakeling
• B2-schakeling.
Inzage
In de afbeelding is één periode van een sinusvormige wisselspanning getekend.
Een periode van een sinusvormige wisselspanning
• De eerste halve periode (van 0 tot ½T) is de momentele waarde van de wisselspanning positief.
De stroomrichting is ook positief, zoals de stroompijl in de afbeelding aangeeft.
Volgens de pijl is de stroomrichting is positief
• De tweede halve periode (van ½T tot T) is de momentele waarde van de wisselspanning negatief.
De stroomrichting is ook negatief en gericht zoals de stroompijl in de afbeelding aangeeft.
Volgens de pijl is de stroomrichting is negatief
M2-schakeling
In de afbeelding is het schema getekend van de M2-schakeling.
M2-schakeling
We zien dat de M2-schakeling is opgebouwd met 2 diodes en een transformator die secundair een middenaftakking heeft. Hieraan herken je gemakkelijk deze schakeling.
Het aantal secundaire windingen N2 en N3 is gelijk.
14 Gelijkrichter
Inzage
Daaruit volgt dat U2 = U3 = U
Eerste halve periode
In de eerste halve periode is klem 3 positief ten opzichte van klem 4 en klem 4 is positief ten opzichte van klem 5. Het spanningsverloop van beide spanningen zien we in a. van de afbeelding met Spanningsvormen bij dubbelzijdige gelijkrichting met de M2-schakeling.
De richting van de diodestroom iD1 = iL is dan als volgt: Klem 3 - diode D1 - klem 6 - door de belastingsweerstand RL - klem 7 - klem 4 - door de secundaire wikkeling N2 - klem 3.
Stroomloop van de M2-schakeling in de positieve halve periode
Diode D1 staat dan in de doorlaatrichting en diode D2 in de sperrichting.
De spanning over de belasting RL door diode D1 zien we in b. van de afbeelding met Spanningsvormen bij dubbelzijdige gelijkrichting met de M2-schakeling.
Tweede halve periode
In de tweede halve periode is klem 4 positief ten opzichte van klem 3 en klem 5 is dan positief ten opzichte van klem 4.
De richting van de diodestroom iD2 = iL is dan als volgt: Klem 5 - diode D2 - klem 6 - door de belastingsweerstand RL - klem 7 - klem 4 - door de secundaire wikkeling N3 - klem 5.
Stroomloop van de M2-schakeling in de negatieve halve periode
Diode D2 staat dan in de doorlaatrichting en diode D1 in de sperrichting.
De spanning over de belasting RL door diode D2 zien we in c. van de
afbeelding Spanningsvormen bij dubbelzijdige gelijkrichting met de M2-schakeling.
In d. zien we de pulserende spanning over de belasting.
De frequentie van de pulserende gelijkspanning is de dubbele van de aangesloten wisselspanning (zie c.). Ga dit na!
Inzage
Spanningsvormen bij dubbelzijdige gelijkrichting met de M2-schakeling
1.
2. Gegeven
U = 6 V en f = 50 Hz.
Gevraagd
Hoe groot is de frequentie van de pulserende gelijkspanning aan de uitgang?
M2-schakeling
16 Gelijkrichter
Inzage
3.
Gegeven
Umax = 5 V en f = 100 Hz.
Gevraagd
Teken de grafiek uL = f(t) over één periode (schaal
1 cm ≙ 2,5 V).
M2-schakeling
Teken de grafiek
4.
Gegeven
U = 10 V, f = 50 Hz en RL = 400 W.
Gevraagd IL max in mA.
M2-schakeling
Inzage
5.
Gegeven
Umax = 12 V en f = 50 Hz.
Voor het verloop van de grafiek u = f(t) zie afbeelding.
M2-schakeling
Sinusvormige wisselspanning u = f(t)
Gevraagd
Teken de grafiek uL over de belasting, alleen veroorzaakt door diode D1 (schaal 1 cm ≙ 6 V).
Teken de grafiek
18 Gelijkrichter
Inzage
6.
Gegeven
Umax = 20 V en f = 50 Hz.
Voor het verloop van de grafiek u = f(t) zie afbeelding.
M2-schakeling
Sinusvormige wisselspanning u = f(t)
Gevraagd
a. Teken de grafiek uL = f(t) als diode D1 defect raakt en in beide richtingen voor een onderbreking zorgt (schaal 1 cm ≙ 10 V).
b. Teken de grafiek uL = f(t) als diode D2 defect raakt en in beide richtingen voor een onderbreking zorgt (schaal 1 cm ≙ 10 V).
Inzage
Het nadeel van een M2-schakeling is, dat de secundaire wikkeling van de
transformator een middenaftakking moet bezitten. Hierdoor wordt de transformator duurder! Om dit nadeel weg te nemen is er een gelijkrichtschakeling met vier diodes ontworpen. Dat is de B2-schakeling.
B2-schakeling
Deze gelijkrichtschakeling is bekend onder verschillende benamingen, zoals:
• B2-schakeling
• brugschakeling
• Graetzschakeling.
De B2-schakeling kan op een aantal manieren worden getekend.
Tekenwijzen van de B2-schakeling
20 Gelijkrichter
Inzage
Bruggelijkrichters
Er bestaan ook zogenaamde bruggelijkrichters. Hierin zit een complete brugschakeling, dus 4 diodes samengebouwd.
Deze dubbelzijdige gelijkrichtschakeling kan op verschillende manieren worden getekend.
Klassieke tekenwijze Symbool voor bruggelijkrichter
We bespreken de B2 gelijkrichtschakeling aan de hand van enkele afbeeldingen.
Daarbij gaan we ervan uit dat de wisselspanningsbron de secundaire kant is van een transformator (U = de effectieve waarde van de desbetreffende spanning).
Eerste halve periode
In de eerste halve periode is klem 3 positief ten opzichte van klem 4.
Stroomloop van de B2-schakeling in de positieve halve periode
De richting van de stroom iL is dan als volgt: klem 3 - punt a - diode D1 - punt b - klem 5 - door de belastingsweerstand RL - klem 6 - punt c - door diode D4 - punt d - klem 4 - door de secundaire wikkeling N2 - klem 3. In de afbeelding is dit
stroomcircuit iets dikker getekend.
De diodes D1 en D4 staan in de doorlaatrichting en de diodes D2 en D3 in de sperrichting.
Inzage
Tweede halve periode
In de tweede halve periode is klem 4 positief ten opzichte van klem 3.
Stroomloop van de B2-schakeling in de negatieve halve periode
De richting van de stroom iL is dan als volgt: klem 4 - punt a - diode D2 - punt b - klem 5 - door de belastingsweerstand RL - klem 6 - punt c - door diode D3 - punt d - klem 3 - door de secundaire wikkeling N2 - klem 4. In de afbeelding is dit
stroomcircuit iets dikker getekend.
De diodes D2 en D3 staan in de doorlaatrichting en de diodes D1 en D4 in de sperrichting.
In de afbeelding Spanningsvormen bij dubbelzijdige gelijkrichting met de B2- schakeling zien we de grafieken u = f(t) van de diverse spanningen getekend.
22 Gelijkrichter
Inzage
Spanningsvormen bij dubbelzijdige gelijkrichting met de B2-schakeling
