Schone stroom

Je denkt er op te kunnen rekenen dat er altijd en overal keurig 230 Volt wisselstroom met een keurige 50Hz frequentie in de vorm van een zuivere sinus uit een stopcontact komt, maar zo simpel is het (ook nu weer!) niet...

De spanning

Die hoort dus 230 Volt te zijn voor een normaal stopcontact, 400V voor 3-fase (krachtstroom). Maarrr... elke kabel heeft een zekere weerstand en als er veel stroomsterkte (Ampère) gevraagd wordt, daalt als gevolg van die weerstand de spanning. Ook kan de spanning op het stopcontact zélf, dus zonder dat er nog iets is aangesloten, al lager (vaak) of hoger (zelden) zijn, als gevolg van fluctuaties in de vraag aan stroom in de buurt waar je zit. Als een veel stroomverbruikend apparaat, zoals een elektrische oven, een zware motor, een zware versterker eindtrap, een lichtinstallatie, wordt ingeschakeld, kan de spanning als gevolg van de sterke stroomtoename korte tijd plotseling dalen (spanningsdip).

Als de bliksem inslaat in bijvoorbeeld een huisinstallatie, komt er een spanning van duizenden Volts op de stopcontacten te staan. De meeste op het stopcontact aangesloten apparaten zijn hier uiteraard niet tegen bestand en sneuvelen. Ook isolatie is op een dergelijke spanning niet berekend, dus ook het uitschakelen van apparaten werkt niet, de vonk spring binnen de schakelaar gewoon over. Ook de zekeringen in de meterkast zijn op dergelijke spanningen absoluut niet berekend. Stekker uit het stopcontact halen is vaak wél effectief om het aangesloten apparaat te beveiligen. Overspanningsbeveiligingen, surge protectors, die soms in verdeeldozen zijn ingebouwd, of als tussenschakel worden geleverd, werken bij een echte blikseminslag niet! Ze kunnen de enorme hoeveelheid energie niet aan. Tegen de inductiespanning veroorzaakt door een blikseminslag in de buurt (EMP, Electro Magnetic Pulse) kunnen ze soms wél helpen.

Stroom uit een generator of boordstroom aan boord van een schip kan soms qua spanning flink afwijken. Ook een omvormer die 12V gelijkstroom (DC) omzet in 230V wisselstroom (AC) is niet altijd even betrouwbaar qua spanning. Eerst meten voor je je dure apparatuur aansluit is het meest veilig. Op veel omvormers en powerconditoners zit een display waarop je de actuele spanning kunt aflezen.

Omvormer 12V DC 230V AC
Omvormer 12V DC naar 230V AC

De frequentie

De netfrequentie ligt in Nederland gegarandeerd tussen 49.99 Hz en 50,01 Hz. In perioden van tijdscorrectie wordt de netfrequentie tijdelijk iets verhoogd of verlaagd, zolang als nodig is om te corrigeren. Dit wordt gedaan omdat er veel klokken zijn die van de netfrequentie de verstreken tijd afleiden: klokradio's, elektrische wekkers, wandklokken op 230V enz.

Een generator kan qua frequentie afwijken van 50Hz. Vaak wordt die frequentie ook nog door wisselingen in de belasting beïnvloed, zeker bij de kleinere generators op een benzinemotortje! Een hogere frequentie zorgt er voor dat transformatoren die in apparaten zijn ingebouwd meer rendement krijgen en die gaan dus aan de secundaire kant een hogere spanning afleveren. Dat kan link zijn voor veel audio-apparaten. Apparatuur die de netfrequentie gebruikt om de tijd van af te leiden (klokken, maar ook sommige oude Hammond orgels met zgn. synchroonmotoren) raken daardoor van de kook. Een oude Hammond gaat in toonhoogte omhoog en omlaag als de netfrequentie stijgt of daalt! Sommige heel oude draaitafels ook.

Een apparaat met transformator dat gebouwd is voor 60Hz kan soms minder goed functioneren op 50Hz, omdat dan de secundaire trafo spanning lager is.

De stroomsterkte

De maximaal af te nemen stroomsterkte hangt af van de bekabeling en de zekering. Bij de meeste 230V stopcontacten is dat 16A per groep. Sluit je je PA installatie aan op een groep waar bijvoorbeeld een paar grote koelkasten op zijn aangesloten, dan kan het zijn dat bij het aanslaan van zo'n koelkast de 16A wordt overschreden en de zekering er uit vliegt. Het aantal Watt kun je uitrekenen door het aantal Ampères met de spanning (230V) te vermenigvuldigen. 16A/230V komt dus overeen met een maximum van 3680W.

Krachtstroom, draaistroom, ofwel driefasenstroom heeft een spanning van √3 x 230V = 400V. Een krachtstroomaansluiting kun je met behulp van een tussenschakel apparaat (een "paddestoel" of andere verdeelkast) kun je daarvan bijvoorbeeld 3x 32A bij 230V maken, dus 3 aparte stroomkringen. Nóg meer stroom kun je uit een 63A/400V aansluiting trekken. Maximaal vermogen is dan 3 x 230 x 63 = 43.470 W Om storingen en wederzijdse beïnvloeding tegen te gaan kun je het beste de audio op een andere stroomkring aansluiten dan het licht.

400V verdeelkast Paddestoel verdeelkast
400V/230V krachtstroom verdeelkasten

De sinus

Apparaten als schakelende voedingen ("switching power supplies", die zitten in computers, adapters voor laptops, acculaders, sommige eindtrappen, enz.), frequentieregelaars, dimmers, TL buizen, lasapparaten, veroorzaken "netvervuiling". Dat wil zeggen dat ze doordat ze het stroomnet niet constant belasten, maar op een impuls achtige manier de sinus van de netspanning vervormen. Soms komen er harmonischen bij (hogere frequenties die een veelvoud zijn van de netfrequentie), soms "spikes", korte spanningspulsen met een zeer hoge frequentie. Voor een gloeilamp maakt dat allemaal niet veel uit, maar met name audio-apparatuur en sommige digitale apparatuur zijn er wél gevoelig voor. Vervuilde netstroom veroorzaakt storingen in het audio signaal als ratel, pieptonen, tikken en dergelijke. Ook kan een lichtmixer (DMX) rare kuren gaan vertonen, idem andere digitale apparatuur. Door te zorgen voor een zo laag mogelijke inwendige weerstand van het stroom leverende circuit, krijgt netvervuiling al iets minder kans. Gebruik dus dikke kabels, met weinig weerstand! Houd kabels ook zo kort als praktisch mogelijk is. Als je kabels gebruikt die op een haspel zitten, rol die dan altijd helemaal af. Opgerold werken ze als een spoel. Door de zelfinductie ontstaat er een extra weerstand en kunnen soms harmonischen versterkt worden. Omvormers, die 12V gelijkstroom van een auto accu in 230V wisselstroom omzetten geven ook lang niet altijd zo'n fraaie sinus...

Netfilters, powerconditioners, surge protectors, ups

Een netfilter filtert storingen als spikes (heel korte spanningspieken), harmonischen en dergelijke uit de geleverde stroom. Wat zo'n filter in feite doet is deze storingen verzwakken. Helemaal weghalen lukt er niet mee. Netfilters zitten vaak ingebouwd in verdeeldozen of in een netstekker. Er zijn grote kwaliteitsverschillen. De goedkope filters laten nog vrij veel storingen door. De betere (en omvangrijkere) filters hebben meerdere filtertrappen en zijn al een stuk effectiever.

Netfilter in apparaat Netfilter in stekker Netfilter in stekkerdoos
Netfilters ingebouwd in appaat, in stekker en in verdeeldoos

Een powerconditioner (=lineconditioner) zorgt ervoor dat de spanning constanter wordt gemaakt. Vaak werken ze dmv. een trafo met aan aantal aftakkingen. Die geven dan bijvoorbeeld bij 230V input in stappen van 2V spanningen tussen 240V en 220V. Aan de hand van de daadwerkelijk gemeten spanning kiest een elektronische schakeling dan de juiste aftakking automatisch. Daalt nu de spanning, dan wordt een hogere trafo-aftakking gekozen en omgekeerd. De daadwerkelijk geleverde spanning is vaak op een display te zien. Powerconditioners hebben met name zin in bijvoorbeeld effectenracks met gevoelige apparatuur, bij mengpanelen, opname apparatuur en dergelijke. Voor eindtrappen kunnen ze ook belangrijk zijn, die worden nl. erg heet als de spanning te ver daalt en je tóch vermogen blijft vragen. De stroomsterkte gaat namelijk stijgen als het aantal Watts gelijk blijft, maar de ontwikkelde warmte is evenredig met het kwadraat van die stroomsterkte!

De meeste powerconditioners zijn tevens netfilter en hebben een surge protection (overspanningsbeveiliging).

Powerconditioner
Powercondioner voor 19" rack montage

Een surge protection (overspanningsbeveiliging) onderdrukt spanningspieken. Ze zitten vaak ingebouwd in verdeeldozen. Dat onderdrukken van pieken lukt zo'n ding alleen als die pieken niet te lang aanhouden en niet té sterk zijn. Er zit meestal een varistor in, een component die boven een bepaalde spanning een lagere weerstand krijgt. Tegen blikseminslag werken ze echt niet! Tegen een EMP (Electro Magnetic Pulse), die kan ontstaan als de bliksem in de buurt inslaat, kan het soms wél effectief zijn. Tegen een generator die voortdurend een iets te hoge spanning afgeeft werken ze ook niet, gebruik daarvoor een powerconditioner.

Een UPS (Uninterruptable Power Supply, noodstroomvoorziening) beschermt tegen het wegvallen van de spanning. Voor kortere of langere tijd kunnen ze op basis van opgeslagen energie in accu's de spanning naadloos op peil houden. Zo kun je bijvoorbeeld je digitale opnames nog even eerst saven als tijdens een opname de stroom uitvalt. Idem met digitale mixers, computers en dergelijke. Als er voor langere tijd veel energie gevraagd wordt is aanvullend nog een noodstroomaggregaat nodig, die de stroomvoorziening na enige tijd van de UPS over kan nemen (ziekenhuis, datacenter).

Voor HiFi freaks zijn er enorm dure apparaten ("powerstations") die heel precies en onafhankelijk van de netspanning een regelbare spanning, regelbare frequentie en een regelbare sinusvorm afgeven. Hiermee kun je dan je HiFi versterker ed. voeden. Ze zetten eerst de netspanning om in gelijkstroom en wekken daarmee een nieuwe netspanning als wisselspanning op. Er schijnen mensen te zijn die het verschil horen...

Links

Donatie

Dit is een gratis site, die al sinds 2003 voortdurend wordt uitgebreid en geactualiseerd. Als jij ook wilt dat dat zo blijft, doe dan een donatie aan Popschool Maastricht >>

QR code https://www.popschoolmaastricht.nl:443/college_powerconditioners.php

Bijgewerkt op: 22 April, 2017