Basic Creative Engineering Skills

Transcriptie

1 Spanning, Stroom en Vermogen Augustus 2015 Theaterschool OTT-1 1

2 Lichtketen - Spanning Controle (bijv. via DMX) S p a n n i n g s b r o n n e n S t r o o m v e r d e l i n g Dimmerpack 1 Dimmer 1 Dimmer 2 Dimmer N Dimmerpack N Dimmer 1 Dimmer 2 Dimmer N Vaste spanning Patch Kanalen Kanalen Lampen Augustus 2015 Theaterschool OTT-1 2

3 Kip of Ei Wat is er eerder: spanning of stroom? Augustus 2015 Theaterschool OTT-1 3

4 Spanning/ Stroom / Weerstand Spanning is de motor, drijvende kracht potentiaalverschil - U eenheid Volt / Allesandro Volta [Volt] = [kg m 2 s 3 A 1 ] Stroom kan ontstaan als er spanning is - I Ampere / André-Marie Ampère Weerstand weerstand - Ω [ohm] - R R=U/I Georg Simon Ohm [V/A] = [kg m 2 s 3 A 2 ] Z=U/I impedantie Z (tijds- en frequentieafhankelijk) Augustus 2015 Theaterschool OTT-1 4

5 Verlies Weerstand leidt tot verlies in leidingen Spanningsval Warmteontwikkeling (vermogensdissipatie) Soortelijke weerstand ρ [Ω.mm 2 /m] Lengte l [m] Doorsnede A [mm 2 ] R=ρ l/a Let op: ρ is temperatuurafhankelijk!! ρ T = ρ 20 (1 + α ( T-20⁰) ) α = temperatuurscoëfficiënt Augustus 2015 Theaterschool OTT-1 5

6 Vermogen Vermogen arbeid per tijdseenheid Watt / James Watt [Watt] = [J/s] = [kg m 2 s 3 ] P=U I P = U U/R = U 2 /R P = I R I = I 2 R Effectieve spanning en stroom Augustus 2015 Theaterschool OTT-1 6

7 Verlies Elektriciteitsnet Efficiënt transport Hoogspanning 380 kv koppelnet 150 kv / 50 kv regionale netten Middenspanning 10 kv Voedt transformator huisjes Laagspanning 230 V / 400 V Augustus 2015 Theaterschool OTT-1 7

8 Arbeid / Verbruik Arbeid Vermogen maal tijdseenheid [J] = [W s] James Prescott Joule Verbruik [kwh] = kilo Watt uur 1 kwh = 1000 W 3600 s = 3, Joule Augustus 2015 Theaterschool OTT-1 8

9 SI Uitstapje SI eenheden en aanverwanten SI = Système international d unités 11 oktober 1960 en daarvoor Augustus 2015 Theaterschool OTT-1 9

10 SI Grootheden meetbare eigenschap Basis grootheden Afgeleide grootheden Eenheden de maat SI eenheden Voorvoegsels Berekeningen Gelijkheid van dimensies Significante cijfers en afronden Augustus 2015 Theaterschool OTT-1 10

11 SI basisgrootheden Eenheden Lengte [m] Meter Tijd [s] Seconde Massa [kg] Kilogram Stroom [A] Ampere Temperatuur [K] Kelvin Hoeveelheid stof [mol] Mol Lichtsterkte [cd] Candela Alle andere zijn afgeleide grootheden Augustus 2015 Theaterschool OTT-1 11

12 Notatie Gebruik de technische notatie x,xx 10 y waarbij y veelvoud van 3 is Augustus 2015 Theaterschool OTT-1 12

13 Significante cijfers Zegt iets over de nauwkeurigheid Het aantal significante cijfers 3 voor een antwoord 4 voor een tussenberekening 12345,6 kg 12, kg 0,67851 N 679 mn 34, s..?.. Augustus 2015 Theaterschool OTT-1 13

14 Check gebruikte eenheden Gebruik in een berekening of vergelijking overal dezelfde eenheid Links en Rechts moeten de eenheden blijven kloppen (check!) Augustus 2015 Theaterschool OTT-1 14

15 Spanningsbronnen Gelijkspanning Batterij, accu Uit wisselspanning - gelijkrichten Wisselspanning Veel vormen Enkele fase Drie fasen (krachtstroom, draaistroom) NL: 230/400 V 50 Hz Augustus 2015 Theaterschool OTT-1 15

16 Elektriciteit en Magnetisme Elektromagnetisme ( EM EMC) Stroom veroorzaakt een magnetisch veld en v.v. Verandering van magnetische flux veroorzaakt spanning en stroom (inductiewet van Faraday) generator / alternator Een stroomgeleidende draad in magneetveld voelt een kracht (wet van Lorentz, Lorentzkracht) motor Augustus 2015 Theaterschool OTT-1 16

17 Wisselspanning / 1-fase [V] N Amplitude [s] S Periode Augustus 2015 Theaterschool OTT-1 17

18 Wisselspanning 230 Volt Fase (230 V) Nul (N) Aarde (PE) Schakeldraad Augustus 2015 Theaterschool OTT-1 18

19 Wisselspanning 230 Volt Augustus 2015 Theaterschool OTT-1 19

20 Wisselspanning / 3-fasen Augustus 2015 Theaterschool OTT-1 20

21 Split Phase / Amerika Augustus 2015 Theaterschool OTT-1 21

22 Driehoek Driehoek: Verouderd systeem Komt nog wel voor, oppassen! 230 V 130 V Augustus 2015 Theaterschool OTT-1 22

23 Ster Ster: In Europa meest voorkomend 230 V (U fase ) U lijn = 3 U fase I lijn = I fase 400 V (U lijn ) P fase =U fase I fase cosφ P=3 P fase =3 U fase I fase cosφ P= 3 U lijn I lijn cosφ Augustus 2015 Theaterschool OTT-1 23

24 Wisselspanning 380 Volt L1 L2 L3 N PE Augustus 2015 Theaterschool OTT-1 24

25 Oefenopgave Een catering oven 3-fasen aansluiting W cos φ = 1 Kan het op CEE 3x230 Volt, 16 ampere? Augustus 2015 Theaterschool OTT-1 25

26 Effectieve waarde Augustus 2015 Theaterschool OTT-1 26

27 Effectieve waarde P P P U U = R gem gem eff = = 2 1 = T U T 0 2 eff R 1 TR Pdt U T 0 U 1 = T 2 eff T 0 ( t) dt R 2 U ( t) dt R = P gem = 1 = TR R 1 T T 0 U 2 T 0 U 2 ( t) dt Wat is de amplitude bij 230V/50Hz? ( t) dt Root MeanSquare of RMS waarde Sinus: U eff = U top / 2 Augustus 2015 Theaterschool OTT-1 27

28 Vragen en Opdrachten Vragen 1. Wat is de weerstand van 50 meter koper kabel met diameter 1,5 mm 2? (ρ koper = 0,017 Ω.mm 2 /m) 2. Wat is de spanningsval over de kabel als je er 4 kw aan spots mee aansluit op 230 V / 50 Hz 3. Hoeveel vermogen wordt er in de kabel gedissipeerd? 4. Wanneer en waarom moet je een haspel helemaal uitrollen? 5. Wat denk je dat er bij het verdelen van vermogen over dimmers bedoeld wordt met de gelijktijdigheidsfactor Augustus 2015 Theaterschool OTT-1 28

29 Vragen en Opdrachten Opdracht Bedenk hoe je de stroom/spanning verdeelt in de volgende situatie: 1 CEE 400V/125A muuraansluiting 3x 6 kanaals dimmer (ADB Mikapack 15) 7x 2kW Fresnel 5x 1kW Profiel 1x PAR64 1kW four-bar 2x ETC 575W Gelijktijdigheidsfactor 0,5 1- Globaal Schema 2- Overzichtstabel Wat is de belasting en stroom per fase (per dimmer en bij de hoofdaansluiting)? Augustus 2015 Theaterschool OTT-1 29