Soorten stroombronnen

Tot nu toe werd met niets bijzonderd rekening gehouden bij een generator of voedingsbron. Zij werden zonder meer als perfect of ideaal aanzien ( geen eigen intern verlies ). Maar zoals alles in de natuur vertoont elke generator tekorten of beperkingen. We gaan deze eens nader bekijken.

Verschillende soorten voedingsbronnen :

• Spanningsbron.
  
  
  
  
  
• Stroombron.
  
  

Dit soort bron levert een spanning af die niet van de belasting afhangt of beïnvloed wordt. Met andere woorden: onafhankelijk van de gevraagde stroom blijft de spanning over de bron constant. De bron heeft een interne weerstand van bijna nul Ohm. Een voorbeeld is de accu van een auto.

Dit soort bron levert een constante stroom onafhankelijk van de belasting. Zij bezit een zeer grote interne weerstand. Een voorbeeld : een transistor.

Voor de duidelijkheid, elke bron heeft een inwendige weerstand die bij benadering ligt tussen oneindig en nul.

Dit is een belangrijke eigenschap waar men steeds rekening mee moet houden..


Hoe moeten we dit nu in de praktijk bekijken ?

In ons voorbeeld hieronder beschikken we over een perfecte bron. Kiezen we een andere belasting ( weerstand ) dan zien we geen verandering van de spanning. De inwendige weerstand NUL vertoont GEEN spanningsval.

In de werkelijke wereld ( niet perfect ) :
De bron vertoont een inwendige weerstand waarover we een spanningsval kunnen verwachten. Deze spanningsval moeten we van de bronspanning aftrekken om de correcte spanning op de klemmen te weten.

Wat zijn de praktische gevolgen ?

Denk aan de wet: U= RxI.

In een gesloten kring vloeit maar één enkele stroom. De inwendige weerstand veroorzaakt een bepaalde spanningsval, evenredig met de grootte van deze weerstand.

Stel:

We beschikken over een batterij van 12 V spanning zonder dat een verbruiker ( belasting ) is aangesloten. De inwendige weerstand heeft een normale waarde van 0,1 Ω .

We sluiten nu een verbruiker van één (1) Ω aan. Let op de figuur hiernaast.

Door enig eenvoudig rekenwerk vinden we de stroom doorheen de kring. Het is nu een kleine kunst om de spanning over de klemmen van de belastings weerstand te bepalen. Dit gaat als volgt:

1 – Bereken de totale weerstand
Rt = ri + R   =    0,1 + 1  =  1,1 Ω

2 – Bereken I
       U                  12
I= ——    =     ——-   =  10,91 A
       Rt                 1,1

3 – Bereken nu de spanning over R

U =  R I       UR = 1 x 10,91 =  10,91 V

Wat kunnen we hieruit leren ?

Er bestaat een klein spanningsverlies over de inwendige weerstand.

Hoe groter ri , hoe groter deze spanning zal zijn.

De inwendige weerstand beperkt de maximale stroom die bij kortsluiting kan bestaan.
Dit komt later: Een maximum energieoverdracht zal plaats hebben indien de inwendige weerstand gelijk is aan de belasting.

Kortsluit stroom:

In ons geval, maak de belasting NUL en bereken de stroom:
    
                         U                 12
Berekening I   =  ——     I =  —– =  120 A
                         R                 0,1
Dit is de maximale stroom die deze bron met ri van 0,1 Ω kan leveren.

Spanning over de klemmen van de belasting:

Eenvoudigweg:

Merk wel duidelijk het verschil op tussen de belastingsweerstand en de inwendige weerstand.

We kunnen hier de notie OPEN KLEM SPANNING “E” invoeren. Afgekort EMK. Dit is de spanning die men meet als geen belasting werd aangesloten (belasting oneindig ). Een andere naam is elektromotorische kracht.

U belasting in V
E: EMK
r = interne weerstand in Ω
I = door de generator of bron geleverde stroom in A

Tot besluit…

Controle op kwaliteit van een droge batterij (pile) :

We meten eerst de EMK “E”. Dit is niet voldoende omdat we daardoor nog niets over de inwendige weerstand weten. Door de batterij een stroom te laten leveren in een normale belasting en de spanning hierover te meten krijgen we een indruk van de gezondheid van de batterij.

Een kort durende kortsluitstroom geeft eveneens een idee. Volgens type en spanning EMK kan deze stroom variëren van 1 A tot 3 à 4 A. (tijd : minder dan een seconde)