Eenvoudige stroomkringen

Fischer Technik
E-Tec
H1: Eenvoudige elektrische stroomkringen
Fischer Technik: E-Tec
Technologische Opvoeding
1e Graad A
1
Provinciaal Instituut Lommel
Fischer Technik
E-Tec
H1: Eenvoudige elektrische stroomkringen
Wegwijs/Inleiding:












Lees individueel dit hoofdstuk aandachtig
De “DOE-opdrachten” , zowel op de PC als de bouwopdrachten ,voer je uit
per 2
Vul de gevraagde antwoorden in op de daarvoor voorziene plaats en geef ze de
gevraagde opmaak
Sla regelmatig je oefening op !!!!!!
Voer de gevraagde “DOE-opdrachten” zorgvuldig uit, verdeel de taken
Laat de bouwoefeningen eerst door de leerkracht controleren vooraleer zelf
te testen
Op het einde van dit hoofdstuk moet je een korte vragenlijst met evaluatieblad
invullen
Vraag de juiste bouwdoos aan je leerkracht. De doos die je toegewezen
wordt is volgens alfabet. De eerste 2 leerlingen van het alfabet krijgen doos nr
1. Let wel, deze doos blijf je behouden tot en met het laatste hoofdstuk, dus
blijf je hier verantwoordelijk voor.
Vraag ook een PC aan je leerkracht. Hier hanteren we hetzelfde principe als de
bouwdoos. De eerste 2 leerlingen van het alfabet krijgen PC 1
Elke nieuwe bouwdoos wissel je van partner
Het uitprinten van het hoofdstuk doe je pas nadat dit volledig is afgewerkt en
na toestemming van de leerkracht
Deze afspraken herhalen zich voor alle volgende hoofdstukken.
Legenda symbolen in de opdracht:
 Let op: Veiligheidstips
 Zoek op: Zoekopdracht via internet
 Vul in: Vul verder aan
 Download: Open de opdracht en sla op in je
eigen map op het netwerk
Bouw: Opbouwen van de oefening
Voer uit op PC: Opdracht uitvoeren via de computer
Testen: Je mag de opstelling uittesten
Technologische Opvoeding
1e Graad A
2
Provinciaal Instituut Lommel
Fischer Technik
E-Tec
H1: Eenvoudige elektrische stroomkringen
1. E-Tec: H1: Eenvoudige elektrische stroomkringen
Vul onderstaande tabel in:
Leerlingen: …………………….
…………………….
Klas:……………………………
Bouwdoos nr.: ……………..
PC nr.: ……………………..
Voer uit op PC :

Maak volgende mappenstructuur aan op het netwerk: Z:\je eigen map\fischer
technik/E-Tec
In deze bouwdoos gaan we ons bezighouden met verschillende facetten binnen de
elektrotechniek. Beginnend met eenvoudige stroomkringen gaan we via allerlei
manueel/mechanisch bediende schakelingen eindigen met toepassingen gestuurd door een
voorgeprogrammeerde microcontroller (elektronisch gestuurd).
We spreken dan al van de eerste “mini-automatisering”.
In een volgende bouwdoos (Robo starter set) gaan we deze toepassingen dan tenslotte zelf
programmeren. (TO 2e jaar A)
Maar laten we maar eenvoudig beginnen.
1.1 Alvorens van start te gaan.
Bij de komende opdrachten heb je
elektrische componenten nodig. Deze
componenten en de juiste verbindingen
die bij een experiment horen zijn in de
bouwhandleiding op de website
www.proweto.be terug te vinden.
Er zullen echter ook oefeningen komen waarbij je het aansluitschema zelf zal moeten maken.
 Let op: De lengte van de snoeren is niet altijd zoals voorgeschreven.
Technologische Opvoeding
1e Graad A

Let dus op dat je voldoende geleider neemt,
maar overdrijf ook niet. Teveel geleider nemen
voor de toepassing is verspillen van dure
koperdraad en extra milieuvervuilend.

Check ook altijd je voedingsspanning wanneer
je de instelbare adapter (230 V AC naar 9 V
DC) gebruikt.
3
Provinciaal Instituut Lommel
Fischer Technik
E-Tec
H1: Eenvoudige elektrische stroomkringen
1.2 De eenvoudige elektrische stroomkring.
Met enkele eenvoudige proefjes gaan we nu de elektrotechniek trachten te verduidelijken. Als
eerste bekijken we een eenvoudige stroomkring.
Voor onze eerste stroomkring (1e experimentje) heb je de volgende onderdelen nodig:
Stroombron en elektrische verbruiker
Alvorens je begint te bouwen, moeten we deze termen nog even verduidelijken.
A) Stroombron:
Er bestaan verschillende mogelijke stroombronnen. Ken je er enkele?
 Vul in:
Noem 3 verschillende stroombronnen, vermeld ook de hoeveelheid en soort
spanning, vertrek van het voorbeeld.
Stroombron
Batterrij AA
Soort spanning
Gelijkspanning (DC)
Hoeveelheid spanning
1,5 Volt
Zoals je waarschijnlijk zelf ingevuld hebt, kennen we 2 soorten spanningen. Gelijkspanning
met afkorting DC ( Direct Current) en Wisselspanning met afkorting AC (Alternating
Current).
Verschil tussen AC en DC?
Een wisselspanning en wisselstroom moet je zien als een sinus die door
de nul-as gaat. Deze wisselt dus steeds van polariteit (richting), vandaar
wissel. De netspanning die uit ons stopcontact komt bedraagt 230V en
de frequentie is het aantal keren dat de polariteit wisselt per seconde. Bij
het elektriciteitsnet is dit 50 maal (50 Hertz).
Een gelijkspanning of gelijkstroom blijft steeds dezelfde waarde en polariteit (richting)
behouden (constante gelijkspanning /stroom). In enkele gevallen kan een gelijkspanning ook
wel van waarde wisselen, dit noemen we een pulserende
gelijkspanning.
Als er geen spanning is kan er ook geen stroom vloeien, MAAR er
kan wel spanning over een open schakelaar staan. (Doordat de
schakelaar open is zal er geen stroom vloeien maar staat de spanning
er wel over.)
Technologische Opvoeding
1e Graad A
4
Provinciaal Instituut Lommel
Fischer Technik
E-Tec
H1: Eenvoudige elektrische stroomkringen
Gelijkspanning is een elektrisch potentiaalverschil tussen twee punten waarbij het
potentiaalverschil in de tijd stabiel blijft. Dit in tegenstelling tot wisselspanning, waarbij het
potentiaalverschil meestal met een vaste frequentie wisselt in functie van de tijd.
Gelijkspanning wordt opgewekt in bijvoorbeeld een batterij of zonnecel (fotovoltaïsche cel).
Wisselspanning wordt meestal opgewekt door rotatie zoals bij
een dynamo of generator.
Wisselspanning is relatief eenvoudig om te zetten naar
gelijkspanning (door middel van een diodebrug en een handje
vol condensatoren). Om gelijkspanning daarentegen om te
zetten naar een stabiele wisselspanning is meer complexe
elektronica nodig.
Gevaren
Er kleven enige gevaren aan gelijkspanning. Als er sprake is van het aanraken van een
voorwerp onder gelijkspanning zullen de spieren verkrampen waardoor het slachtoffer niet los
kan laten, een vorm van elektrocutie.
Bij wisselspanning heeft het slachtoffer een schokreactie en zou men op het
moment van fasedoorgang (moment dat de spanning 0 V is) kunnen loslaten,
ware het niet dat dit moment te kort is. Beide stromen boven een bepaalde
sterkte zijn levensbedreigend.
Ook zijn de vonken van gelijkstromen
langduriger. Een voorbeeld hiervan is bliksem. De contacten
van relais en schakelaars die gelijkstroom schakelen moeten
hiervoor speciaal ontworpen worden.
 Let op: Het is niet de spanning die zo gevaarlijk is, maar de stroomsterkte is de factor die
de (hart)spieren kan doen falen. 60mA door een mensenhart is genoeg om het hart te doen
stoppen. Zo kan er bijvoorbeeld 80V over een kabel staan, maar zolang er een zeer kleine
stroom vloeit, (bijvoorbeeld 10mA) zal dit alleen maar een heftige schrikreactie veroorzaken.
(Mits er sprake is van een niet al te lang contact.)
Hoe we ons in de meeste gevallen hiertegen kunnen beveiligen, zien we in een later
hoofdstuk.
Nog meer informatie over de verschillen tussen AC en DC, vindt je onder ander op de
volgende site:
http://nl.wikipedia.org/wiki/Elektrische_spanning
B) Elektrische verbruiker:
Een elektrische verbruiker is een toestel/component dat elektrische energie omzet in een
toepassing of in een andere energievorm.
Technologische Opvoeding
1e Graad A
5
Provinciaal Instituut Lommel
Fischer Technik
E-Tec
H1: Eenvoudige elektrische stroomkringen
Bijvoorbeeld:
 een lamp zet elektriciteit om in licht
 een motor zet elektriciteit om in een ronddraaiende beweging
Er bestaan tal van elektrische verbruikers, zowel voor wisselspanning als gelijkspanning.
 Vul in/ Zoek op:
Noem buiten het voorbeeld nog 3 verschillende elektrische
verbruikers, vermeld ook de soort spanning(AC/DC) en de hoeveelheid spanning ze nodig
hebben.
Elektrische verbruiker
TL-lamp
Soort spanning
Wisselspanning (AC)
Hoeveelheid spanning
230 Volt
Bij het omzetten van elektrische energie door verbruikers komt er altijd een gedeelte warmte
vrij, die in de meeste gevallen een vorm van energieverlies is. Bijvoorbeeld een lamp die
licht geeft wordt ook warm, deze warmte is eigenlijk niet nodig en dus energieverlies.
Enkel bij verwarmingselementen (bijvoorbeeld waterkoker) is deze opgewekte warmte geen
verlies, maar nuttige energie.
Voer uit op PC :

Sla dit document een eerste maal op in: Z:\je eigen map\fischer technik\E-Tec als
Z:\je eigen map\fischer technik\E-Tec \H1.doc
C) Elektrische geleider:
Een elektrische geleider heeft de eigenschap om de elektrische stroom van de bron naar de
verbruiker te transporteren. Meer hierover in hoofdstuk 2.
In de volgende oefeningen gebruik je de meegeleverde geleiders met aansluitstekkers.
De rode geleider is voor de plus-pool en de groene geleider voor de min-pool
Bouw: Bouw je eerste stroomkring zoals in
nevenstaande figuur. De verbruiker voor de eerste
oefening die je gaat bouwen, wordt een gloeilampje.
Deze zit in de bouwdoos. Als bron neem je een 9 VDC
batterij. Vraag deze oplaadbare batterij aan je leerkracht.
Opmerking:
De bouwdoos bevat 2 verschillende lampen:
Technologische Opvoeding
1e Graad A
6
Provinciaal Instituut Lommel
Fischer Technik
E-Tec
H1: Eenvoudige elektrische stroomkringen
a) De kogellamp: dit is een gewone gloeilamp.
b) De Lenslamp: In deze lamp is een lens ingebouwd die het licht
bundelt. Deze lamp gebruiken we vooral als we in combinatie met een
fototransistor een lichtsluis willen bouwen (in een van de volgende
hoofdstukken)
Deze lenslamp lijkt nogal sterk op de kogellamp. Je moet dus opletten dat je ze niet
verwisselt.
Beide lampen werken echter wel op de batterij van 9 V DC.
 Vul in:
Wat neem je waar als je de lamp op de batterij hebt aangesloten?
…………………………
Koppel de batterij na je bevinding maar terug los door de stekker uit te trekken.
1.3 Een elektrische schakelschema.
Wil men in de elektrotechniek weergeven hoe de
verschillende componenten worden aangesloten, dan tekent
men normaal gesproken niet de reële onderdelen, leidingen
en stekkers, maar gebruikt men elektrische symbolen in de
plaats.
Zo ziet je opstelling van daarstraks er vereenvoudigd, in een stroomkring er als volgt uit:
Deze voorstelling noemt men in de
elektrotechniek een schakelschema.
1.4 Wanneer en hoe vloeit een elektrische stroom?
Hoe?
Je hebt in je eerste opdracht een stroomkring gebouwd. De stroom vloeit via de geleiders in
deze kring van de plus-pool door de verbruiker naar de min-pool van de stroombron. (De
plus-pool wordt altijd met het langste streepje van de bron aangeduid)
Technologische Opvoeding
1e Graad A
7
Provinciaal Instituut Lommel
Fischer Technik
E-Tec
H1: Eenvoudige elektrische stroomkringen
Een elektrische bron kan men vergelijken met een waterpomp. Zoals een waterpomp water
door een leiding pompt, stuurt een elektrische bron elektrische stroom door een geleider.
Zoals de pomp , afhankelijk van haar capaciteit een hoeveelheid (debiet) water kan
rondpompen, levert een elektrische bron een hoeveelheid spanning die in Volt (V) wordt
uitgedrukt.
De verbruikers die je aansluit op een spanningsbron, moeten deze hoeveelheid spanning
kunnen verdragen.
Opgelet: Voor onze Fischer-Technik verbuikers is dit standaard 9V DC.
 Let op: Een verbruiker die wordt aangesloten op een te hoge spanning gaat verbranden.
Elke verbruiker moet dus geschikt zijn voor een bepaalde spanning, maar ze hebben ook een
hoeveelheid elektrische stroom nodig.
Zoals een waterkraan voor het water een weerstand vormt, is ook de verbruiker een
weerstand voor de elektrische stroom. Hoe kleiner de weerstand van de verbruiker, hoe
groter de stroom wordt die erdoor stroomt.
In onderstaande tabel zijn de eenheden van de elektrische waardes neergeschreven.
Symbool
U
I
R
Benaming
Elektrische spanning
Elektrische stroom
Elektrische weerstand
Basiseenheid
Volt
Ampére
Ohm
Afkorting eenheid
V
A

De verhouding van deze waardes wordt in een wet weergegeven, meer bepaald de “WET van
Ohm”.
Deze wet zegt het volgende:
R= U/I, dus I= U/R en U = I.R
Bij een constante spanning zal de stroom dalen bij stijgende weerstand en zal de stroom
stijgen bij dalende weerstand.
 Vul in:
Bereken onderstaande ontbrekende elektrische waardes.
Spanning
24 V
V
230 V
Stroomsterkte
2A
1A
A
Weerstand

12 
460 
Voer uit op PC :

Sla dit document nogmaals op in: Z:\je eigen map\fischer technik\E-Tec als Z:\je
eigen map\fischer technik\E-Tec \H1.doc
Technologische Opvoeding
1e Graad A
8
Provinciaal Instituut Lommel
Fischer Technik
E-Tec
H1: Eenvoudige elektrische stroomkringen
Wanneer vloeit er een elektrische stroom?
Opmerking:
Er kan enkel een stroom vloeien als aan volgende voorwaarden is voldaan:



DUS:


Er moet een spanningsbron zijn
Er moet een verbruiker zijn
De verbruiker moet aangesloten zijn op de spanningsbron
een elektrische stroom vloeit enkel wanneer een elektrische stroomkring gesloten is
Er kan dus een spanning zijn, zonder er een stroom vloeit
1.5 Het schakelelement
Terug naar onze stroomkring.
Bij het verbreken van de vorig opgebouwde stroomkring moest je de stekker uittrekken. Dit is
geen al te beste manier van handelen. We gaan dit vanaf nu oplossen met een schakelelement.
Het schakelelement bouwt men via de geleiders in tussen spanningsbron en verbruiker. Dit
schakelelement kan de stroomkring verbreken of sluiten (maken).
Het verschil tussen een drukknop en een schakelaar is dat een drukknop
de stroomkring enkel schakelt bij bediening ervan. (Men moet de drukknop
blijven inhouden en hij keert na het loslaten ervan terug naar
zijn oorspronkelijke positie) Een schakelaar schakelt de
stroomkring als deze bediend wordt en verbreekt pas bij een
nieuwe bediening. (Bij het bedienen neemt een schakelaar een nieuwe positie
in)
Opgelet:
 Drukknoppen en schakelaars komen in allerlei maten
en vormen voor.
 Een drukknop kan ook een ander schakelement zoals
een relais of contactor bedienen die dan op zijn beurt
de verbruiker schakelt. De werking hiervan komen we
in één van de volgende hoofdstukken tegen.
 Vul in:
Welke schakelelementen zitten er in de TO-lokalen om de
verlichting van deze lokalen te bedienen?
C027
C019
Voor ons eerste experiment gebruiken we het Fischertechnikschakelelement.
Het gaat hier om een drukknop met 3 aansluitpunten. Deze kan
dus op meerdere manieren aangesloten worden.
Technologische Opvoeding
1e Graad A
9
Provinciaal Instituut Lommel
Fischer Technik
E-Tec
H1: Eenvoudige elektrische stroomkringen
1) Normaal Gesloten:
Verbindt men de geleiders bij dit schakelelement met de contacten 1 en 2, dan is de verbruiker
in ruststand geactiveerd. De stroomkring is gesloten. Activeert men de drukknop, wordt de
stroomkring geopend en wordt de verbruiker gedeactiveerd.
De toestand waarbij het schakelelement in ruststand schakelt, noemt men een ”Normaal
Gesloten” of “NG” afgekort. In het Engels is dit “Normally Closed” = “NC”.
2) Normaal Open:
Verbindt men de geleiders bij dit schakelelement met de contacten 1 en 3, dan is de verbruiker
in ruststand gedeactiveerd. De stroomkring is Open. Activeert men de drukknop, wordt de
stroomkring gesloten en wordt de verbruiker geactiveerd.
De toestand waarbij het schakelelement in ruststand schakelt, noemt men een ”Normaal
Open” of “NO” afgekort. In het Engels is dit “Normally Open” = “NO”.
Om dit onderscheid nog eens te verduidelijken, breiden we onze vorige opgebouwde
stroomkring (bron, geleider en verbruiker) uit met de drukknop. Deze drukknop plaatsen we
tussen de bron en verbruiker (verbruiker is de lamp in ons voorbeeld)
Bouw: Bouw onderstaande stroomkring op de grondplaat aan de hand van het
schakelschema. De verbruiker voor deze oefening blijft de gloeilamp. Vul ook in de tabel in
wat je constateert. Alle componenten zitten in de bouwdoos. Als bron gebruik je de batterij
van 9 V DC.
 Vul in:
Lamp
Knop niet ingedrukt
Knop ingedrukt
Bouw: Bouw onderstaande stroomkring op de grondplaat aan de hand van het
schakelschema. De verbruiker voor deze oefening blijft de gloeilamp. Vul ook in de tabel in
wat je constateert. Alle componenten zitten in de bouwdoos. Als bron gebruik je de batterij
van 9 V DC.
 Vul in:
Lamp
Knop niet ingedrukt
Knop ingedrukt
Technologische Opvoeding
1e Graad A
10
Provinciaal Instituut Lommel
Fischer Technik
E-Tec
H1: Eenvoudige elektrische stroomkringen
Nu ga je dit hoofdstuk eindigen met het bouwen van de functies NG en NO aan de hand van
een Fischer Technik-model.
Bouw: Bouw met de onderdelen van de bouwdoos een zaklamp. Bedenk daarbij of de
schakelaar NG of NO moet geschakeld worden. Als bron
gebruik je de batterij van 9 V DC.
Teken ook het bijhorende schakelschema.
De bouwtekening is terug te vinden in de
bouwhandleiding op de website.
Schakelschema:
Bouw: Bouw met de onderdelen van de bouwdoos een koelkast. Let hier bij op dat de
binnenverlichting moet branden als de koelkast open
is. Bedenk daarbij of de schakelaar NG of NO moet
geschakeld worden. Als bron gebruik je de batterij
van 9 V DC.
Teken ook hier het bijhorende schakelschema.
De bouwtekening is terug te vinden in de
bouwhandleiding.
Schakelschema:
Voer uit op PC :

Print je document Z:\je eigen map\fischer technik \E-Tec\\H1.doc af en overhandig
het aan je leerkracht.
Je mag nu verder gaan naar opdracht 2, vraag deze aan je leerkracht.
Technologische Opvoeding
1e Graad A
11
Provinciaal Instituut Lommel