1.6 Verdieping

Elektrische auto’s

Al jaren zijn er hybride auto’s te koop, zoals de Toyota Prius. Deze auto’s hebben zowel een verbrandingsmotor als een elektromotor. Ook komen er steeds meer auto’s met alleen een elektromotor. Voor een elektromotor is een grote accu nodig. De voordelen van elektrische auto’s zijn: E Ze stoten geen schadelijke stoffen uit. E Ze zijn stiller dan auto’s met een verbrandingsmotor. E Ze kunnen opgeladen worden met duurzame energie, zoals zonne- of windenergie. E Het rendement van een elektromotor (circa 90%) is groter dan het rendement van een verbrandingsmotor (circa 30%). E Een elektrische auto trekt sneller op.

Maar er zijn ook nadelen: E De elektrische energie die bij het opladen van de accu ‘getankt’ wordt, kan afkomstig zijn van een vervuilende, niet duurzame conventionele centrale. E Het opladen van de accu duurt vaak minimaal een halfuur. E De actieradius met volgeladen accu’s is beperkt. E Er zijn nog niet overal oplaadpunten.

Nissan heeft in 2010 de Nissan Leaf geïntroduceerd, een elektrische auto met een pakket accu’s. De accu’s kunnen 24 kWh energie bevatten. a Leg uit waarom de totale CO2-uitstoot bij gebruik van een Nissan Leaf niet kleiner hoeft te zijn dan bij gebruik van een auto met een benzinemotor. Als de accu’s worden opgeladen door ze te koppelen aan de netspanning van 230 V is het elektrisch vermogen waarmee de accu’s worden opgeladen 3,0 ∙ 103 W. b Bereken de tijd die het opladen van de accu’s kost. Het pakket lithium-ionaccu’s van de Leaf heeft een massa van 294 kg. Dit type accu heeft een grotere energiedichtheid dan traditionele accu’s (110 kJ/kg). c Bereken hoeveel keer zo groot de energiedichtheid van deze lithium-ionaccu’s is, vergeleken met traditionele accu’s. De actieradius van de Leaf is bijna gelijk aan de actieradius van elektrische auto’s die honderd jaar geleden werden gebruikt. Toch bevatten de accu’s van de Leaf veel meer energie. d Leg uit waardoor volgens jou de actieradius van de elektrische auto’s van honderd jaar geleden even groot was als de actieradius van de Leaf.

84

De werking van een transformator

Een transformator bestaat uit twee spoelen (zie figuur 54). De primaire spoel is aangesloten op de ingangsspanning (thuis de netspanning). De secundaire spoel levert de laagspanning aan bijvoorbeeld een gelijkrichter. De wisselstroom door de primaire spoel wekt een wisselend magneetveld op. Dit magneetveld concentreert zich in de weekijzeren kern en strekt zich daardoor uit tot in de secundaire spoel. De voortdurende verandering van het magneetveld in de secundaire spoel zorgt ervoor dat over de secundaire spoel een wisselspanning ontstaat. Dit verschijnsel heet inductie. Er loopt dus geen stroom van de primaire spoel naar de secundaire spoel, er is geen contact tussen de primaire aansluiting en de secundaire.

Figuur 53 Er komen steeds meer oplaadpunten voor elektrische auto’s in Nederland.

gesloten weekijzeren kern

primaire spoel secundaire spoel

De grootte van de (secundaire) spanning op de uitgang hangt af van de (primaire) spanning op de ingang en van de aantallen windingen van de beide spoelen. Er geldt:

Us ___

Up Ns ___ Np

In deze formule is Up de spanning over de primaire spoel (in V), Us de spanning over de secundaire spoel (in V), Np het aantal windingen van de primaire spoel en Ns het aantal windingen van de secundaire spoel.

Een ideale transformator heeft een rendement van 1 (of 100%). In de praktijk is een transformator niet (helemaal) ideaal. a Bij een ideale transformator geldt voor de primaire stroomsterkte IP =

Ns _

Experiment 16: De werking van een transformator

85

Figuur 55 Een variac

86

Np ∙ Is.

Toon dit aan. Hint: gebruik P = U ∙ I. b Een ideale transformator is aangesloten op de netspanning. De secundaire spoel is niet aangesloten op een stroomkring, de transformator is niet

‘belast’. Leg uit dat de primaire stroom bij een onbelaste transformator nul is. In de praktijk is elke transformator niet ideaal, doordat er energie ‘weglekt’. c Leg uit of in dit geval de primaire stroomsterkte ook nul is als de secundaire spoel niet is aangesloten op een stroomkring.

In figuur 55 is een variac weergegeven. Dat is een transformator waarbij je met een draaiknop op een schuifcontact het aantal secundaire windingen kunt kiezen. Een variac is dus een regelbare transformator. De primaire spoel heeft 690 windingen en wordt aangesloten op een wisselspanning Up van 230 V. De secundaire spanning is dan met het schuifcontact te variëren tussen 6,0 en 300 V. a Bereken het maximale en het minimale aantal secundaire windingen waarop de variac met de draaikop kan worden ingesteld. In Zuid-Amerika is de netspanning 110 V. Om een ‘Colombiaanse’ lamp van 40 W in Nederland te laten branden wordt de variac ingesteld op een secundaire spanning van 110 V. b Laat met een berekening zien dat de stroomsterkte Is = 0,364 A. c Bereken de stroomsterkte Ip in de primaire spoel. Ga er van uit dat de variac een ideale transformator is. De windingen in de variac hebben in het ideale geval een weerstand nul, maar in de praktijk niet helemaal. De windingen kunnen dus bij gebruik (te) warm worden. De variac is daarom beveiligd met een smeltveiligheid (glaszekering) in serie met de primaire spoel. d Leg uit dat de smeltveiligheid door kan branden bij kortsluiting van de secundaire uitgang van de variac. Op de variac van figuur 55 staat aangegeven dat de variac maximaal 1,5 kW kan leveren. e Laat met een berekening zien dat een zekering van 6 A een goede keuze is voor deze variac.