Vak: Natuurkunde Datum: 03-2015 - HHS studentweb15031985/files/PWS Elektrische Skelter.pdf · Blz....

Namen: Gijs van de Sandt en Hessel Koot

Vak: Natuurkunde

Begeleider: T. Nas

Datum: 03-2015

Blz. 2

Profielwerkstuk Elektrische Skelter Natuurkunde, 5 Havo

1. Voorwoord Blz. 3

2. Samenvatting Blz. 3

3. Literatuuronderzoek

3.1 Oplader Blz. 4 en 5

3.2 De accu Blz. 6 t/m 10

3.3 Elektromotor Blz. 11 t/m 13

4. Inleiding Blz. 14 t/m 16

5. Hypothese Blz. 17 t/m 19

6. Werkwijze

6.1 Benodigdheden Blz. 20

6.2 Werkwijze Blz. 20 t/m 23

6.3 Beschrijving CoachLab II Blz. 23 en 24

7. Meetgegevens Blz. 25 t/m 39

8. Deelvraag 1: Wat is het rendement van de oplader? Blz. 40 t/m 43

9. Deelvraag 2: Wat is het rendement van de accu? Blz. 44 t/m 47

10. Deelvraag 3: Wat is het rendement van de elektromotor? Blz. 48 t/m 53

11. Conclusie Blz. 54 t/m 56

12. Discussie Blz. 57

13. Bronnen Blz. 58 t/m 60

14. Kostenverantwoording Blz. 61

15. Evaluatie Blz. 62 en 63

16. Tips vervolgonderzoek Blz. 63

17. Bijlagen

17.1 Grafieken CoachLab II Blz. 64 t/m 71

Blz. 3


In dit profielwerkstuk zullen we het rendement van onze eigen gemaakte elektrische skelter gaan

berekenen. Dit doen we door 3 deelvragen te beantwoorden, metingen te verrichten met het

programma CoachLab II en een eigen elektrische skelter te maken. Gaandeweg het verslag proberen

we steeds meer het rendement van de skelter te verduidelijken en bekritiseren we het rendement

ook aangezien er in het onderzoek ook een aantal factoren zijn die het rendement drastisch kunnen

beïnvloeden.

In dit profielwerkstuk hebben we 3 deelvragen gevormd die ons uiteindelijk antwoord gaven op de

hoofdvraag; Wat is het rendement van onze elektrische skelter? Allereerst vonden we als rendement

van de 2 opladers die we gebruikten een rendement van 55%. Dit betekend dus dat de nieuwe en

oude oplader die we gebruikte samen 55% van de toegevoerde energie weer als energie doorgaf. Het

rendement van de accu was 54%. Van de elektromotor wisten we dat het rendement boven de 78%

lag en van die 78% werd uiteindelijk 55% echt omgezet in arbeid. Het totale rendement van onze

skelter was uiteindelijk 8,8% wat redelijk weinig leek maar met de spullen die wij tot onze

beschikking hadden eigenlijk best goed is.

Blz. 4


Een accu is te zien als een opslagvat voor energie. Om iets uit een accu te halen (ontladen) moet

deze eerst gevuld worden met energie (laden). De eenvoudigste acculader bestaat uit een

spanningsbron en een weerstand. De weerstand is aanwezig om de stroom te begrenzen omdat er

anders een te hoge stroom de accu in stroomt.

Lineaire acculader

Met lineaire acculader, ook wel conventionele lader genoemd,

worden alle 50Hz laders bedoeld. Bij deze lader wordt netspanning

omgezet naar een gelijkstroomspanning. Dit wordt gedaan met

behulp van een transformator. De transformator bestaat uit een

primaire en secundaire zijde. De stroom loopt van de primaire zijde

naar de secundaire zijde.

De wisselstroom uit het lichtnet zal verwerkt moeten worden naar

gelijkstroom om de accu op te kunnen laden. Dit wordt gedaan door transformatoren die bestaan uit

grote ijzerkernen. De kernen zijn zo groot en van sterk materiaal gemaakt om de hoeveelheid Hz van

de netspanning te kunnen verwerken naar gelijkspanning.

Tijdens dit proces treden er omzetverliezen plaats. Bij deze oplader is dit in de vorm van warmte,

waardoor het rendement laag ligt. Met andere woorden: er gaat meer elektrische energie in de

primaire zijde van de lader dan er bij de secundaire uitkomt. Het rendement van de lineaire lader ligt

rond de 75%.

Microprocessor gestuurde meetrapladers

De meetrapladers zijn in staat om in een aantal

stappen de accu volledig te laden. Dit doen ze door

een nauwkeurige dosering van laadspanning en

laadstroom. In sommige van deze laders houdt de

microprocessor niet alleen rekening met stroom en

spanning, maar ook met de temperatuur van de

accu. Dit is van groot belang voor het laden van

bijvoorbeeld gelaccu’s. De gelaccu’s zijn namelijk

extreem gevoelig voor een combinatie van

laadspanning en temperatuur.

Blz. 5


Het opladen van de accu wordt in acht stappen gedaan:

1. Testen

In deze fase wordt de accu getest op conditie en ladingstoestand.

2. Soft charge

Als de accu diep ontladen is, zal hij geen normale laadspanning accepteren. Daarom wordt

er in deze fase eerst met een kleine laadstroom geladen worden.

3. Desulfatering

Deze fase wordt toegepast als de accu gesulfateerd is. Dit komt voor als de accu voor een

langere tijd niet gebruikt is. In de accu ontstaat er dan loodsulfaat met een grove

kristalstructuur. Door de vorming kristalstructuur is het niet meer mogelijk om de accu op te

laden.

4. Bulklading

Bij bulklading wordt er gebruik gemaakt van een constante laadstroom. In deze fase ontvangt

de accu de meeste lading en word het gevuld voor ongeveer 80%. Verder wordt de accu op

de juiste spanning gebracht (tussen de 14,4 en 14,8) om naar de volgende fase te gaan.

5. Adsorptielading

In deze fase word de accu opgeladen met een constante laadspanning tot ongeveer 95% en

neemt de laadstroom steeds meer af. In fase 4 en 5 wordt de accu feitelijk opgeladen tot

100%. Hoe meer de accu ontladen is, des te langer deze twee fases duren.

6. Nalading

De laadspanning wordt verhoogd met 0,4 volt tot de accu 100% geladen.

7. Testen

In deze fase wordt de accu getest op het vasthouden van de lading.

8. Onderhoudslading

De lader meet in fase de spanning van de accu. Als de spanning onder de 12,6 volt komt,

begint hij weer met het laden. Deze manier wordt ook wel druppellading genoemd. Dit houdt

in dat de lader langzaam stroom in de accu “druppelt”.

Blz. 6


In dit deel veel ons verslag gaan we wat algemene informatie over accu’s doornemen. Hierbij kijken

we naar twee soorten accu’s en naar de scheikundige aspecten van deze accu's

Een accu is eigenlijk een soort van energiereservoir. Er kan energie ingestopt worden en ook weer

uitgehaald worden. Een accu is te vergelijken met een emmer die je kan vullen met water. Als je niks

met de emmer doet, blijft deze vol terwijl bij gebruik de hoeveelheid water afneemt. Het

uitstromende water is te vergelijken met de elektrische energie die wordt verbruikt.

De accu is ontstaan nadat Luigi Galvani verschillende experimenten uitvoerde in de periode tussen

1780 en 1786 op de spieren van kikkers. Tijdens het experiment ontdekte Luigi dat bij het gebruik

van sommige metalen gereedschappen de spier van de kikker aantrok. Hij dacht dat de energie

hiervoor nog uit het dier zelf kwam en noemde het daarom “dierlijke elektriciteit.”

Zijn vriend en assistent, Alessandro Volta, had een andere theorie bedacht. Alessandro ging verder

met de experimenten van Luigi. Hierbij liet hij echter de kikker buiten beschouwing maar verdiepte

zich meer in de verschillende metalen. Zo kwam hij tot de conclusie dat er met twee verschillende

metalen elektrische energie opgewekt kon worden.

In het zijn eerste onderzoek gebruikte Volta een aantal schalen met een

zoutoplossing in plaats van het kikkerpootje van Galvani. De schalen waren met

elkaar verbonden door een metalen draadje. De ene schaal bestond uit koper en

de andere uit zink. Hierbij zag hij dat er een elektrische energie ontstond.

Na het verbeteren van zijn eerste onderzoek, wilde Volta laten zien wat hij ontdekt

heeft. Dit deed hij aan de hand van de Zuil van Volta (afbeelding hiernaast). Hij

stapelde koperen en zinken muntjes op elkaar die gescheiden werden door stukjes

karton die in een zoutenoplossing hadden geweekt. Door een apparaat aan de

gesloten stroomkring te verbinden, kon Alessandro aantonen dat er elektrisch

energie ontstond.

De eerste accu werd echter pas uitgevonden in 1860 door Gaston Planté, een lood(zuur) accu. De

accu bestond uit twee kleine plaatsjes van lood die werden gescheiden door rubberen vellen. Het

geheel werd in een zuur bad gelegd om een chemische reactie te starten.

Tegenwoordig komen we nog veel van de vroegere uitvinders en hun uitvindingen tegen. De

lood(zuur) accu van Gaston Planté staat aan de basis van de lood(zuur) accu die we nu gebruiken in

auto’s. En vanaf 1881 werd de naam Volta gebruikt als eenheid van de elektrische spanning (Volt).

Blz. 7


Hoe werkt een accu?

Een accu bestaat uit twee elektrodes in een zoute oplossing. De twee elektrodes worden van elkaar

gescheiden door elektrolyt. Elektrolyt is als het ware een wand tussen de elektroden om ionen over

te geven van de ene naar de andere kant.

De elektrodes zijn gemaakt van verschillend materiaal en zijn de plus- en de minpool. De polen

worden ook wel de kathode (pluspool) en anode (minpool) genoemd. Een accu is eigenlijk dus een

grotere en sterkerij batterij. De verdere werking gaan we uitleggen aan de hand van de onderstaande

afbeelding.

Schematische weergave zinkkoperbatterij

Op de afbeelding hierboven is schematisch de werking van een zinkbatterij afgebeeld. De twee

elektrodes zijn gemaakt uit zink (minpool) en koper (pluspool). De zinkstaaf is in een

zinksulfaatoplossing gedaan en de koperstaaf in een kopersulfaatoplossing.

Zink is een metaal dat makkelijk op te lossen is. De zinkionen (Zn2+) van de zinkstaaf zullen oplossen

in de zinksulfaatoplossing. Hierdoor blijven er in de zinkstaaf negatieve elektronen over, de zinkstaaf

wordt een negatieve pool.

De koperstaaf neemt juist ionen op uit de oplossing. De koperionen (Cu2+) gaan aan de staaf vast

zitten. De staaf wordt positief geladen en trekt zo het overschot aan negatieve ionen van de zinkstaaf

naar zich toe.

Bij een accu wordt dus chemische energie omgezet in elektrische energie. Er is sprake van een

elektronen stroom waardoor het lampje gaat branden. Het lampje kan blijven branden tot alle

koperionen van de kopersulfaatoplossing door de koperstaaf zijn aangetrokken, dan is de batterij

‘leeg’.

De zinkkoperbatterij is een oplaadbare batterij. Dit betekent dat de chemische reactie die verlopen is

omkeerbaar is door de toevoer van stroom. Dan wordt de elektrische energie juist omgezet in

chemische energie en verloopt de reactie andersom.

Blz. 8


De reactie die verloopt wordt ook wel een redoxreactie genoemd. De reactie bestaat uit een

reductor, oxidator en een totaal reactie. In het geval van de zinkkoperbatterij is dit als volgt:

Reductor:

Zn Zn2+ + 2e-

Oxidator:

Cu2+ + 2e- Cu

Totaalreactie:

Cu2+ + Zn Cu + Zn2+

Loodaccu:

De loodaccu was de eerste oplaadbare batterij. In 1859 is hij uitgevonden door de Fransman Gaston

Planté. De accu is tegenwoordig nog steeds de meest gebruikte accu van allemaal, vanwege zijn

simpele opbouw. De loodaccu wordt veelal gebruikt in auto’s.

Voordelen (in vergelijking met andere type accu’s):

Het elektrochemische systeem bestaat enkel uit water, zwavelzuur en lood.

Hoge elektrische stroom leveren, hoog genoeg voor startmotoren van auto’s.

Hoog vermogen per massa-eenheid.

Goedkoop ten opzichten van andere accu's.

Het is makkelijk om hem weer op te laden, er zijn geen moeilijke scheikundige processen bij

nodig.

Een hoge spanning.

Nadelen:

Relatief lage energie per massa-eenheid, maar 30 Wh/kg.

De meeste cellen bevatten vloeibaar elektrolyt. Hierdoor kan er bij overladen knalgas

ontstaan wat een erg explosief mengsel van zuurstof en waterstof is.

Een corrosieve werking van zwavelzuur. Dit houdt in dat zwavelzuur enkele stoffen

onherstelbaar kan beschadigen.

Blz. 9


Werking:

Elke cel in de accu heeft een elektrode van zuiver lood (Pb) en een elektrode van lood(IV)oxide

(PbO2). Deze twee stoffen bevinden zich in een oplossing van zwavelzuur. De elektrode zijn

aangebracht op een loden plaat die zelf geen deel uitmaken van het chemische proces.

Tijdens het ontladen ontstaat er een laag loodsulfaat op de materialen. Tijdens het opladen is het

juist andersom, daar word het loodsulfaat weer omgezet in lood en lood(IV)oxide.

De half reacties bij het ontladen van de accu zijn:

Reductor:

Pb (s) + SO42− (aq) PbSO4 (s) + 2 e−

Oxidator:

PbO2 (s) + SO42− (aq) + 4 H+ + 2 e− PbSO4 (s) + 2 H2O (l)

Totaalreactie:

Pb (s) + 2SO42− (aq) + PbO2 (s) + 4 H+

PbSO4 (s) + 2 H2O (l)

De totaalreactie bij het opladen verloopt precies andersom dan de totaalreactie van het ontladen.

Hierdoor ontstaan de begin producten van de half reacties opnieuw. Zo kan de reactie opnieuw

verlopen en de accu dus weer gebruikt worden.

In ontladen toestand bestaan allebei de elektronen uit lood(II)sulfaat. De elektrolyt verandert dan in

water, waardoor het ontladen van loodaccu’s kan leiden tot bevriezingsschade.

Blz. 10


Lithium-ion-accu:

De lithium-ion-accu’s zijn accu’s die te vinden zijn in wat kleinere apparaten die vooral bedoeld zijn

voor gebruik door consumenten. Lithium-ion-accu's zijn veel te vinden in bijvoorbeeld mp3-spelers,

telefoons en laptops omdat deze accu’s een hoge energiedichtheid hebben. Energiedichtheid is de

hoeveelheid energie per massa-eenheid dat is opgeslagen in de desbetreffende stof.

Voordelen (in vergelijking met andere type accu’s):

Hoge energiedichtheid.

Weinig tot geen zelfontlading.

Hoog vermogen.

Milieuvriendelijker dan andere batterijen.

Lange levensduur.

Nadelen:

Hoge aanschafprijs.

Kans op explosie en brand bij te hoge tempraturen.

Werking:

Het lithium van deze batterij is opgenomen poreus koolstof. Dit is gedaan om de vorming van

metaalnaadjes tegen te gaan bij het opladen van de batterij.

De negatieve elektrode bestaat uit poreus koolstof. Dat is een speciale koolstof die door adsorptie

allerlei stoffen aan zich kan binden. Tijdens het opladen worden de poriën van de koolstofelektrode

negatief geladen. De positief geladen lithiumionen kruipen in de poriën van het negatief geladen

poreus koolstof. Bij het ontladen gaan de lithiumionen juist weer naar de positieve elektrode van

kobalt- of mangaanoxide. Daar gaan ze ook een binding aan met een van deze twee stoffen.

In feite bewegen de lithiumionen tussen de twee elektroden heen en weer bij het laden en ontladen

als een soort van jojo. Hierom wordt deze batterij ook wel is een swing-batterij genoemd.

Reductor:

C6Lix C6 + x Li+ + x e-

Oxidator:

Li1-xCoO2 + x Li+ + x e- LiCoO2

Totaalreactie:

Li1-xCoO2 + C6Lix LiCoO2 + C6

De elektrolyt mag in de batterij geen water bevatten, omdat lithium erg reactief is in contact met

water. Dan ontstaat er meteen lithiumhydroxide waarbij, op moment van vorming, enorm veel

warmte vrijkomt.

Blz. 11


Er bestaan veel verschillende soorten elektromotoren die allemaal hun eigen voor- en nadelen

hebben voor het aandrijven van auto’s. In dit stuk gaan we kijken naar de eigenschappen van

verschillende elektromotoren en naar hun voor- en nadelen.

De elektromotor bestaat uit 2 hoofdcomponenten, de stator en de rotor. De stator is bevestigt aan

de behuizing van de motor en beweegt verder niet. De rotor daarentegen draait rond binnen in de

stator.

Gelijkstroommotor

Dit is de eenvoudigste elektromotor van

allemaal. In de stator van de

gelijkstroommotor zijn een paar

elektromagneten aanwezig. De

elektromagneten wekken een magnetisch

veld op als er stroom wordt toegevoerd.

De rotor is een cilinder van ijzer waar

omheen een spoel is gedraaid zodat de

rotor van stroom kan worden voorzien via

de borstels. De uiteinden van de spoel zijn

verbonden met de commutator. De commutator is op zijn beurt verbonden met de borstel, zodat de

spoel van stroom kan worden voorzien. Dit is zichtbaar in de afbeelding hieronder.

Hoe komt het dat de rotor draait?

Als er gelijkstroom gaat lopen door de stator gaat deze werken als een

magneet. De linkerzijde wordt dan de positieve pool en de rechterzijde de

negatieve pool. Dezelfde stroom gaat via de borstels en commutator ook

naar de rotor en wekt daar een magnetisch veld op. Zo wordt de

linkerkant van de rotor positief geladen. De positieve kanten van de rotor

en de stator duwen elkaar weg terwijl de negatieve en positieve kanten

elkaar juist aantrekken. Zo komt de rotor in beweging.

De rotor begint met draaien en roteert 180 graden.

Blz. 12


Na een draai van 180 graden zijn de juiste polen bij elkaar gekomen en stopt de

beweging. Door de halve draai van de rotor heeft de commutator nu ook een

halve draai gemaakt, want die zitten aan elkaar vast. De stroom komt nog

steeds binnen via de borstels. De commutator staat na de draai op zijn kop en

zal de stroom daarom andersom doorgeven. De negatieve kant van de rotor

wordt dan positief, terwijl de positieve kant juist negatief word. Zo kan het weer

bij stap 1 beginnen en verder gaan met draaien.

Dit zal zich blijven herhalen, en de motor zal dus blijven draaien, tot er geen

stroom meer wordt toegevoegd. De snelheid waarmee de rotor draait, kan makkelijk gecontroleerd

worden. De stroomtoevoer kan worden verzwakt met een weerstand, waardoor de rotor langzamer

gaat draaien.

De gelijkstroommeter heeft echter wel enkele nadelen. Zo zal het materiaal na een tijdje gaan slijten

door de bewegende onderdelen. Daarnaast ligt het rendement relatief laag in vergelijking met

andere elektrische motoren.

De asynchrone motor

Bij dit type elektromotoren bestaat de stator uit drie

spoelgroepen. De spoelgroepen worden ook wel

fasewikkelingen genoemd. Deze spoelgroepen krijgen

exact dezelfde hoeveelheid wisselspanning binnen,

maar met faseverschillen van 120 graden. De

polenparen bereiken daardoor om de beurt hun

maximale magnetisch veld. Er ontstaat dan een

magnetisch veld die net zo snel draait als de

binnenkomende wisselstroom.

De rotor is een soort kooi gemaakt van staven die aan

de bovenkant zijn vast gemaakt met een ring, zoals de

afbeelding hiernaast weergeeft. In de staven lopen grote hoeveelheden stroom. Samen met het

statorveld zal er een magnetisch veld worden opgewekt. Zo begint de rotor met draaien. De rotor

probeert met dezelfde snelheid te draaien als het magnetisch veld van de stator. Dit kan echter niet

gebeuren omdat de energie in de rotor opgewekt is door het statorveld. De rotor blijft dus altijd

achter het statorveld aan draaien, daarom noemen we dit een asynchrone motor.

Een groot voordeel van deze elektromotor is de betrouwbaarheid. De enige onderdelen die last

hebben van de wrijving zijn de rotorlagers.

De rotorkooi draait rond in het statorveld

Blz. 13


De synchrone motor

De synchrone motor heeft hetzelfde soort stator als de asynchrone motor. Het verschil tussen deze

twee motors zit bij de rotor.

Rotor met vaste magneet

De rotor van een synchrone motor bestaat uit een vaste magneet. In de stator wordt nog steeds een

draaiend magnetisch veld opgewekt, die de rotor zal laten ronddraaien. De magneet draait met

precies dezelfde snelheid rond als het statorveld. Dit noemt men daarom een synchrone motor.

De synchrone motor heeft hetzelfde hoge rendement als de asynchrone motor en is zeer

betrouwbaar. Een nadeel van deze motor is dat de magneet bestaat uit dure grondstoffen, wat de

motor erg duur maakt. Verder neemt het magnetisch veld na een paar maanden al af.

Blz. 14


Als we gaan kijken naar wat het theoretisch het rendement zou moeten zijn van onze skelter dan

zullen we met een aantal factoren rekening moeten houden.

Allereerst zullen we rekening moeten houden met het rendement van de oplader. We kunnen wel

simpelweg het rendement van de accu berekenen maar we moeten ook rekening houden met

hoeveel energieverlies er, alvorens de energie in de accu komt, plaatsvindt. De opladers van

tegenwoordig hebben een aardig hoog rendement, de beste zelfs boven de 90%. Het energieverlies

komt doordat de oplader de spanning van 230 volt moet omzetten naar 12 volt. Niet alleen die

omzetting vergt energie, maar ook de omzetting van wisselspanning naar gelijkspanning vergt

energie waardoor het rendement nooit 100% kan zijn.

Hierin kunnen we nog een stapje verder gaan en kijken hoe de energie wordt opgewekt. Als we

namelijk windenergie omzetten in elektrische energie hebben we het over schone energie. Bij het

opwekken van elektrische energie volgens deze manier wordt het milieu namelijk niet vervuilt. Is de

stroom echter voortgekomen uit het verbranden van aardolie, steenkool of aardgas, dan is niet

alleen het rendement lager, maar ontstaat er ook CO₂ wat slecht voor het milieu is.

Als tweede gaan we kijken naar de accu zelf. Doordat we weten wat er uit de oplader komt weten we

ook wat er in de accu gaat. Als deze helemaal is opgeladen zullen we hem dan volledig moeten

ontladen waardoor we weten wat er aan energie uit is gekomen. Zo kunnen we dan het rendement

van alleen de accu berekenen.

Een derde factor is hoe de elektrische energie die uit de accu komt weer wordt gebruikt voor een

ander doel. Wij denken hierbij aan onze elektromotor die wij gaan gebruiken voor onze elektrische

skelter. De elektromotor zet de elektrische energie niet volledig om in bewegingsenergie dus het

rendement is nooit 100%. Tijdens de overbrenging naar de achteras door middel van tandwielen zal

ook energie verlies plaats vinden. Tevens hebben we te maken, tijdens het rijden, met krachten die

de skelter tegenwerken. Hiermee zullen we ook rekening mee moeten houden al kunnen we dit erg

moeilijk meten.

Dit zijn dus factoren waar we rekening mee moeten houden in ons onderzoek. Door middel van deze

punten zijn we op de volgende deelvragen gekomen:

1. Wat is het rendement van de oplader?

2. Wat is het rendement van de accu?

3. Wat is het rendement van de elektromotor en skelter?

Blz. 15


Door deze onderzoeksvragen kunnen we uiteindelijk onze hoofdvraag beantwoorden. Eerst zullen we

de deelvragen theoretisch moeten beantwoorden waarna we het met de theorie kunnen vergelijken

en onze hoofdvraag kunnen beantwoorden:

Wat is het rendement van onze elektrische skelter?

Om alle deelvragen te kunnen beantwoorden zullen we verschillende soorten formules moeten

gebruiken.

Allereerst moeten we de energie berekenen die in de oplader gaat en er uiteindelijk weer uit komt.

Ook moeten we de energie berekenen die in de accu gaat en daar weer uit komt. Dit doen we met de

formule voor de elektrische energie E.

Waarin dus dan wordt de uiteindelijke formule:

Naast deze formule hebben we ook de formule voor het berekenen van het rendement nodig. Deze

luidt als volgt:

Het rendement kan nooit 100% zijn omdat je bij het omzetten van energie altijd een deel verliest.

Voor onze elektromotor geldt een rendement van boven de 78%. Dit wil zeggen dat er van de totale

toegevoerde elektrische energie uiteindelijk minimaal 78% wordt omgezet in bewegingsenergie. Als

we dit vergelijken met een benzinemotor, waarvan het rendement rond de 25 tot 30% ligt, is de

elektromotor veel zuiniger met zijn toegevoerde energie.

Blz. 16


Naast deze 2 formules hebben we ook nog een aantal formules nodig voor het berekenen van de

arbeid bij onze elektrische skelter.

Allereerst de formule voor het berekenen van het vermogen door middel van het toerental en het

draaimoment.

Daarnaast hebben we de formule voor de koppel nodig.

is een vectorgrootheid omdat de kracht een richting heeft, in ons geval de richting van de tandriem

of ketting, en daarom heeft hij een pijl boven zijn grootheid. De en de zijn eveneens

vectorgrootheden dus krijgen deze ook een pijl boven hun grootheid.

Als laatste hebben we nog de formule voor de arbeid nodig. Zo weten we uiteindelijk hoeveel joule

de elektromotor heeft geleverd aan arbeid op het wegdek en daarmee kunnen we dan het totale

rendement berekenen.

Door dus eerst de elektrische energie te berekenen die in de oplader gaat weten we wat de

toegevoerde energie van de oplader is. Daarna kunnen we de energie die uit de oplader komt,

oftewel de energie die in de accu gaat, meten met behulp van Coachlab II. Door hem daarna te

ontladen weten we hoeveel energie er uiteindelijk uit de accu komt. Met die energie kunnen we

kijken hoe ver we kunnen rijden met onze skelter. Hier moeten we met heel veel factoren rekening

houden waardoor we dit waarschijnlijk niet heel precies op de proef kunnen stellen. We kunnen

echter wel het rendement van de elektromotor theoretisch berekenen waardoor we redelijk goed

kunnen vaststellen wat het totale rendement van de skelter is.

Blz. 17


Het rendement van de oplader(s): Als oplader hebben we 2 verschillende opladers gebruikt.

Allereerst hebben we een oude oplader van de opa van Hessel. Deze

oplader is een conventionele acculader, anders gezegd een 50 Hz lader. De

lader is redelijk oud en stopt daarom niet automatisch met het toevoegen

van energie als de accu vol is zoals bijna alle laders tegenwoordig wel doen.

Daarnaast produceert de oplader redelijk veel warmte. Hierdoor is het

rendement van de oude oplader erg laag vergeleken met de nieuwere

laders. Het rendement van de conventionele opladers tegenwoordig ligt

onder de 75%. Het rendement van de oude oplader zal daarom rond de 60%

liggen aangezien er weinig vooruitgang te boeken is in de conventionele

laders. Deze maakt namelijk gebruik maakt van 2 spoelen waar altijd veel

warmte bij vrijkomt. Dit heeft Gijs ook al uitgelegd in de literatuurstudie.

Ook hebben we nog een nieuwe oplader van het merk 'Ultimate

Speed'. Dit is een zogenoemde druppellader maar ook een slimme

lader aangezien deze via een bepaalde laadkarakteristiek laadt. Het

laadkarakteristiek staat hieronder. Dit laadkarakteristiek laat zien wat

de grafiek van de voltage en de ampère doen tijdens het opladen van

een volledig lege accu naar een volledig volle accu. Voor ons is het

alleen belangrijk om vanaf stap 4 te kijken. Onze accu laden we

namelijk het eerste, en tevens het grootste deel, op met de oude

lader omdat dit veel sneller gaat dan met de nieuwe lader.

We weten dat de accu 74 Ah is. Dit wil zeggen

dat, als we de accu helemaal ontladen, we

uiteindelijk 74 ampère zullen moeten laden

totdat de accu weer helemaal vol is. Omdat

de nieuwe oplader maar met een maximum

van 3,6 ampère kon laden zou dit ongeveer

een dag hebben geduurd alvorens de accu

zou zijn opgeladen. Daarom hebben we het

eerste deel geladen met de oude accu die tot

stroomsterktes van 8 à 9 ampère kwam. Dit scheelde ons veel tijd en door de nieuwe oplader op het

einde te gebruiken wisten we wanneer de accu vol is.

Om nu te berekenen wat het rendement van de oplader is moeten we kijken wat de oplader uit het

stopcontact haalt en wat hij uiteindelijk in de accu stopt. Hiervoor gebruiken we de formule

. Zo kunnen we berekenen wat de totale energie uit het stopcontact is en met dezelfde

formule kunnen we ook berekenen hoeveel energie in de accu gaat.

Blz. 18


Om te berekenen hoeveel energie er uit het stopcontact komt

hebben we een speciale meter nodig die het voltage en de

stroomsterkte kan berekenen. Deze hebben we echter niet tot

onze beschikking dus zullen we bij de oude oplader deze moeten

berekenen door middel van het rendement. Van de nieuwe oplader

staat het in het bijgeleverde instructieboekje.

We verwachten een rendement van rond de 70% te krijgen uit de 2 opladers samen. Het rendement

van de oude oplader ligt rond de 60% en van den nieuwe oplader zal hij rond de 80% liggen

aangezien deze redelijk nieuw is. Dit wordt waarschijnlijk nog wel iets minder aangezien we de

nieuwe oplader alleen gebruiken voor het opladen van het laatste deel van de accu. Het laatste deel

is het moeilijkste omdat de accu dan al bijna vol zit.

Het rendement van de accu:

De 2 accu's die wij gebruiken zijn 2 calcium accu's. Dit zijn

eigenlijk dezelfde accu's als lood-zuuraccu's alleen hebben

dit soort accu's geen onderhoud nodig en hebben ze een

langere levensduur. Daarnaast is de zelfontlading ook wat

kleiner dan bij de lood-zuuraccu's maar er vind alsnog wel

een redelijk groot percentage zelfontlading plaats, rond

de 20 tot 25%.

Onze accu’s zijn van het merk Dynac. De capaciteit van de

accu is 74 Ah en we hebben 2 precies dezelfde accu's voor

onze elektrische skelter. De accu kan naar behoren

werken bij temperaturen boven de -18 °C. Dit wil dus

zeggen dat als de temperatuur onder de -18 °C komt, de

accu veel minder energie zal geven en kapot kan gaan.

Wat we willen weten is dus hoeveel energie er in de accu is gegaan en hoeveel er uiteindelijk uit is

gekomen. Hiervoor nemen we het gemiddelde van de energie die er in is gegaan en het gemiddelde

van de energie die er uit is gekomen. Dan gebruiken we de formule voor het rendement en weten we

wat het rendement van de accu is.

Van een accu weten we dat je hem nooit volledig kan ontladen. Zeker bij een startaccu, die eigenlijk

alleen voor een korte piekstroom is gemaakt, zal de accu niet volledig ontlaadbaar zijn. Daarom

denken we dat de accu voor ongeveer 70 à 80% ontlaadbaar zal zijn. Het rendement van de accu zal

daarnaast heel erg afhangen van hoe we gaan opladen en ontladen. We hebben bij startaccu's

namelijk te maken met zelfontlading. Na wat gidsexperimenten denken we dat het rendement rond

de 60% zal liggen aangezien we ongeveer 3 dagen zullen moeten opladen en er telkens een

percentage zelfontlading plaatsvindt.

Blz. 19


Rendement van de elektromotor:

Om het rendement van de elektromotor te berekenen moeten we

eerst kijken wat we moeten berekenen. Omdat we een

elektromotor van 24 volt gaan gebruiken zullen we deze moeten

aansluiten op 2 accu’s van ieder 12 volt. De overbrenging van

elektrische energie naar bewegingsenergie in de elektromotor kost

energie. Het rendement van een algemene elektromotor is

ongeveer 80%. Daardoor kunnen we er vanuit gaan dat ongeveer

80% van de energie wordt omgezet in bewegingsenergie. Deze

bewegingsenergie wordt vervolgens niet 100% omgezet in snelheid

aangezien we weerstand hebben. Dit is echter met de mogelijkheden die wij hebben onmogelijk om

te meten. Daarom kunnen we alleen de maximumsnelheid vergelijken van onze skelter met de

theoretische maximum skelter. Ook kunnen we theoretisch berekenen hoeveel energie uiteindelijk

wordt omgezet in afstand en zo kunnen we het rendement van de geleverde arbeid door de

elektromotor en de uiteindelijk arbeid van de skelter berekenen. Dit is echter wel deels theoretisch.

Wij gebruiken een elektromotor om de elektrische energie uit de accu te benutten maar er zijn veel

meer mogelijkheden om de elektrische energie in een accu te gebruiken.

Accu’s zijn een essentieel onderdeel in een auto.

De taak van een accu is namelijk om de

startmotor van elektriciteit te voorzien. De

startmotor zorgt namelijk dat de echte motor

wordt gestart. De startmotor vergt een hele hoge

stroom voor een korte tijd. In deze tijd wordt de

accu redelijk zwaar belast en wordt hij deels

ontladen. Zodra de motor is gestart heeft de

startmotor zijn werk gedaan en wordt de

belasting minder. Accu’s in auto’s moeten dus

vooral in een korte tijd een hoge stroomsterkte kunnen leveren. Nadat de auto is gestart laad de

accu vanzelf weer op en is hij klaar voor de volgende keer starten.

Het rendement van de elektromotor ligt dus rond de 80% volgens de fabrikant van de website. Maar

als we gaan kijken hoeveel arbeid we uiteindelijk uit de skelter krijgen dan zal het rendement veel

lager liggen door de wrijvingsweerstand. We verwachten daarom dat het rendement uiteindelijk

rond de 40 % ligt door de weerstanden die een grote invloed hebben op de skelter.

Over het algemeen kunnen we dus zeggen dat we met de middelen die we tot onze beschikking

hebben alleen het rendement van de accu kunnen berekenen. Het rendement van de oplader zullen

we gedeeltelijk theoretisch berekenen en gedeeltelijk met de gegevens die we hebben verzameld.

Het rendement van de elektromotor zullen we ook deels theoretisch moeten berekenen aangezien

we geen meetinstrumenten tot onze beschikking hebben om de arbeid precies te berekenen.

Blz. 20


Coachlab II (of een ander meetinstrument waarmee je de spanning en/of stroomsterkte kan

meten)

Minimaal 1 voltmeter

Minimaal 1 ampèremeter

Stroomkabeltjes om dingen te verbinden

Een oplader

2 accu’s

Een apparaat die op gelijkspanning werkt en veel stroom vergt om de accu leeg te trekken

(zoals warmtespiralen of een startmotor)

Het programma CoachLab II

Stopwatch (om tijd te meten)

2 gelijke weerstandjes van 100 ohm of meer

Allereerst was het belangrijk om te kijken wat we kunnen meten met Coach of een ander

meetinstrument. We wilden namelijk de spanning en de stroomsterkte meten om uiteindelijk het

vermogen te kunnen berekenen. De tijd die we nodig hadden om de accu te op- of ontladen moest

ook worden bijgehouden. Bij Coach stond dit op de X-as maar bij een ander meetprogramma kon dit

anders zijn.

Voordat we met de proef begonnen was

het belangrijk om te weten dat we met

redelijk hoge stroomsterktes gingen

werken. Het was dus belangrijk dat we

de proef in een droge, schone omgeving

deden aangezien het anders erg fout kon

gaan. Daarnaast moesten we ervoor

zorgen dat we altijd de stroomkring

checkte of alles goed was aangesloten

alvorens we de meting echt startte

anders konden we veel tijd verspillen.

Ook moesten we bij oude opladers zonder begrenzing opletten dat we niet te veel energie

toevoegde aangezien we dan de kans hadden dat de accu ontplofte.

Blz. 21


Ontladen van accu:

Als eerst zorgde we dat we coachlab II was opgestart en we een nieuwe meting opende (Voor

CoachLab-meten staat onderaan de werkwijze hoe we dit opstartte en hoe we er mee werkte). Zodra

we dit hadden opgestart verscheen linksonder het Coachlab II. Hier konden we verschillende meters

op toevoegen. Voor onze meting hadden we een voltmeter nodig met het maximale bereik van 10

volt. Dit stelde we in door op onze rechtermuisknop te klikken en dan op Bewerken / IJken. Zo

konden we uiteindelijk de spanning meten over één weerstandje.

Nadat we Coach hadden opgestart was het tijd om de

schakeling te maken. Dit deden we door het volgende

schakelschema, dat hiernaast staat, te maken in het echt.

Je ziet dat we de 2 weerstanden in serie zetten, maar die 2

weerstandjes staan samen parallel aan de accu. Zo wisten

we dat er over die weerstandjes samen 12 volt loopt.

Omdat we 2 gelijke weerstandjes namen en die in serie

zette, loopt over ieder weerstandje 6 volt. Dit was binnen

het meetbare gebied van Coachlab II en dat konden we

dus goed meten. Daarom stond er een voltmeter over één

weerstandje. Uiteindelijk moesten we die waarde

simpelweg keer 2 doen om de echte waarde van de accu te weten.

Daarnaast zette we de elektromotor ook parallel op de 12 volt accu. Deze kreeg dus ook 12 volt. De

elektromotor werkte echter op 24 volt maar op 12 volt kon

hij ook gewoon werken, hij draaide dan alleen 2 keer zo

langzaam. Ook zette we een ampèremeter in serie. Die mat

zo de stroomsterkte door de hele schakeling. Deze konden

we echter niet met Coachlab II meten dus was het belangrijk

deze zo vaak mogelijk af te lezen van de ampèremeter en te

noteren.

Omdat onze elektromotor maar 1 ampère per uur verbruikte

en we een accu hadden van 74 Ah zouden we voor 1 meting

ongeveer 3 dagen bezig zijn. Daarom was het verstandig om

in plaats van een elektromotor iets anders te nemen dat op

gelijkspanning werkt en veel stroom verbruikte. Wij hadden

uiteindelijk meerdere warmtespiralen gebruikt en die

parallel aan elkaar gezet waardoor over elke spiraal 12 volt

liep en de stroomsterktes bij elkaar werden opgeteld (zie

hiernaast). Bij elkaar trokken de warmtespiralen ongeveer

14 à 15 ampère. Zo werd de meting binnen een dag gedaan

en dat bespaarde ons dus veel tijd. We konden ook

natuurlijk iets anders gebruiken wat veel stroom verbruikte.

Blz. 22


Nadat we het schema hadden gemaakt moesten we nog één laatste

ding doen. De instelling voor de tijd dat we wilde meten. Als we op

het klokje naast de groene button bovenaan in de menubalk klikte,

konden we de tijd instellen hoelang we wilde meten en het aantal

metingen per seconden of per minuut dat de computer de spanning

moest registreren. Zodra we dit gedaan hadden waren we klaar om

de meting te verrichten. Daarvoor klikte we op de groene button.

Tijdens het meten was het belangrijk dat we minimaal elk uur, en het

liefst vaker, de waarde van de ampèremeter opschreven. Zo konden

we naderhand de gemiddelde stroomsterkte berekenen en, met de

gemiddelde spanning, het vermogen.

Toen de meting klaar was en we een duidelijke daling van het voltage

aan het eind van de meting zagen, wisten we dat de accu (bijna)

volledig leeg was. Een accu kan je echter nooit voor 100% ontladen

dus we konden nooit alle energie er uit kunnen halen maar dit is

verwaarloosbaar klein aangezien we deze energie er ook niet in

hadden gestopt.

Opladen van accu:

Voor het opladen van de accu gebruikte we hetzelfde

schema als dat we gebruikte voor het ontladen. Het enige

wat er veranderd was, was dat de stroombron nu de

oplader was en dat de accu parallel daar aan stond. Ook

hadden we de ampèremeter in serie met de accu gezet

zodat we precies wisten hoeveel stroom er in de accu ging.

Normaal zouden de weerstandjes er niet zijn maar om met

Coach te kunnen meten moesten we deze weer gebruiken.

De voltmeter mat dus weer de helft van de voltage over de accu.

Als oplader is het aan te raden een redelijk nieuwe te gebruiken aangezien deze sneller en secuurder

is. Oude laders hebbenen meestal geen begrenzing waardoor accu’s kunnen ontploffen. De nieuwere

laders hebben daarentegen wel een begrenzing en weten meestal wanneer een accu volledig vol is.

Dit is handig voor het meten aangezien je dan precies weet wanneer de accu volledig vol is.

Voordat we het schema na maakte, startte we weer Coachlab II op, waarna we dezelfde stappen

uitvoerde als bij het ontladen. Daarna maakte we het schema in het echt na en konden we weer

beginnen met meten. Hierbij vergaten we ook niet om minimaal om het uur de waarde van de

ampèremeter op te schrijven. Dit hadden we later namelijk nodig om de totale energie die in de accu

was gegaan te berekenen. Zodra de oplader aangaf dat de accu was opgeladen koppelde we de

oplader los, stopte we de meting en sloegen we deze op.

Blz. 23


1. Warmtespiralen

2. Accu die ontladen wordt

3. 2 weerstandjes van ieder 150 ohm waarvan de rechter is gekoppeld aan CoachLab II (5)

4. Stroommeter

5. CoachLab II

6. CoachLab II op de computer

Met Coach Lab II hebben we onze metingen verricht. Dit deden

we door in Coach6.42 1.Meten te openen waarna je het

scherm kreeg wat hiernaast staat. Daarna drukte we op openen

en opende we een meting voor de afdeling natuurkunde. Hierin

staan voorgeprogrammeerde meetinstrumenten die veel bij

natuurkundige proeven gebruikt worden.

Vervolgens kregen we het scherm zoals hierboven. Wij moesten het voltage

meten dus klikte we op een voltmeter en sleepte

deze naar een gele input. Hier drukte we met de

rechtermuis knop op en kozen toen

‘Bewerken/IJken. Toen we hier eenmaal op geklikt

hadden kozen we als minimale waarde 0,000 V en

als maximale waarde 10,000 V. Het ingangsbereik

(links) stelde we in op maximaal, oftewel -10..10 V.

Daarna drukte we op OK om alles op te slaan.

1

2

5

6

3 4

Blz. 24


Vervolgens klikte we met de

rechtermuisknop op het

rechterondervlak en kozen voor

diagram plaatsen. We kozen voor

‘Analoog In 4: Voltmeter’ en drukte

op OK. Vervolgens kregen we de

grafiek van de voltmeter met op de

horizontale as de tijd en op de

verticale as het voltage.

Daarna klikte we op het

linkbovenvlak met de

rechtermuisknop en kozen voor

tabel plaatsen. Hier kozen we weer

voor ‘Analoog In 4: Voltmeter’ en

drukte vervolgens weer op OK.

In het rechterbovenvlak plaatsde we

volgens dezelfde manier een waarde

en zo kregen we het scherm als

hiernaast.

Als allerlaatste stelde we de te

meten tijd in. Dit deden we door op

het klokje te klikken naast de groene

startknop. Hier stelde we de tijd in

op 7 uur. De frequentie stelde we in

op 119 per minuut en, zodra het niet kon, op

iets minder. Daarna drukte we op OK om alles

op te slaan en begonnen we de meting door

op de groene startknop naast het klokje te

drukken.

Blz. 25


12,00

12,50

13,00

13,50

14,00

14,50

15,00

15,50

16,00

7,4

7,6

7,8

8,0

8,2

8,4

8,6

8,8

9,0

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00

Span

nin

g (V

)

Stro

om

ste

rkte

(A

)

Tijd (uur)

Opladen meting 1 oude oplader

Stroomsterkte

Spanning

Opladen accu meting 1:

Oude oplader

Tijd (uur) Stroomsterkte (A) Tijd (uur) Spanning (V) Tijd (uur) Spanning (V)

0,00 7,8 0,00 12,46 3,40 12,76

0,07 8,2 0,20 12,30 3,60 12,78

0,14 8,7 0,40 12,33 3,80 12,81

0,35 8,9 0,60 12,40 4,00 14,69

0,95 8,3 0,80 12,40 4,20 12,89

1,41 8,8 1,00 12,44 4,40 13,43

1,92 8,8 1,20 12,48 4,60 12,95

2,27 8,8 1,40 12,55 4,80 13,01

3,14 8,0 1,60 12,50 5,00 13,61

3,51 8,2 1,80 12,53 5,20 13,05

4,08 8,0 2,00 14,21 5,40 13,07

4,34 7,9 2,20 14,56 5,60 13,90

5,09 7,8 2,40 12,64 5,80 14,94

5,68 7,8 2,60 12,64 6,00 13,20

6,21 7,8 2,80 12,66 6,20 14,87

6,47 7,6 3,00 12,69 6,40 13,26

Gemiddelde 8,2 3,20 12,73 6,47 15,04

Gemiddelde 13,15

Rood gemarkeerd = Niet opgenomen in grafiek

In deze grafiek zie je de spanning van 12,00 tot 16,00 volt en de stroomsterkte van 7,4 tot 9,0

ampère uitgezet tegen de tijd van 0,00 tot 6,47 uur. De tijd staat voor de tijd dat de oplader de accu

heeft opgeladen.

Blz. 26


Nieuwe oplader 1


0,00 6,0 0,00 13,40 3,60 13,23

0,03 6,2 0,20 13,66 3,80 13,24

1,08 1,6 0,40 13,73 4,00 13,26

1,32 1,6 0,60 13,77 4,20 13,26

2,27 1,6 0,80 13,83 4,40 13,27

3,08 1,6 1,00 13,14 4,60 13,29

3,92 1,6 1,20 13,13 4,80 13,29

4,32 1,6 1,40 13,14 5,00 13,28

5,27 1,6 1,60 13,15 5,20 13,32

6,17 1,6 1,80 13,18 5,40 13,33

6,95 1,6 2,00 13,17 5,60 13,33

Gemiddelde 2,0 2,20 13,18 5,80 13,34

2,40 13,20 6,00 13,35

2,60 13,20 6,20 13,32

2,80 13,22 6,40 13,37

3,00 13,21 6,60 13,37

3,20 13,22 6,80 13,36

3,40 13,24 6,95 13,43

Gemiddelde 13,32

Nieuwe oplader 2


0,00 1,6 0,00 12,93 3,40 13,56

0,04 1,6 0,20 12,82 3,60 13,61

0,91 1,7 0,40 13,12 3,80 13,61

1,88 1,6 0,60 13,15 4,00 13,34

2,08 1,6 0,80 13,26 4,20 13,36

1,67 1,6 1,00 13,28 4,40 13,46

3,50 1,6 1,20 13,26 4,60 13,43

4,09 1,6 1,40 13,29 4,80 13,43

4,48 1,6 1,60 13,21 5,00 13,52

4,98 1,6 1,80 13,21 5,20 13,46

5,92 1,6 2,00 13,18 5,40 13,50

6,55 1,6 2,20 13,18 5,60 13,75

6,60 1,6 2,40 13,11 5,80 13,76

Gemiddelde 1,6 2,60 12,99 6,00 13,78

2,80 13,13 6,20 13,87

3,00 13,49 6,40 13,90

3,20 13,47 6,60 13,96

Gemiddelde 13,39

Blz. 27


8,00

9,00

10,00

11,00

12,00

13,00

14,00

15,00

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00

Span

nin

g (V

)

Stro

om

ste

rkte

(A

)

Tijd (uur)

Opladen meting 1 nieuwe oplader

Stroomsterkte

Stroomsterkte (2)

Stroomsterkte (3)

Spanning

Spanning (2)

Spanning (3)

Nieuwe oplader 3


0,00 1,7 0,00 13,6 0,89 13,6

1,10 1,7 0,56 13,6 1,10 13,6

Gemiddelde 1,7 Gemiddelde 13,6

In deze grafiek is de spanning van 8,00 tot 15,00 volt en de stroomsterkte van 0,0 tot 7,0 ampère

uitgezet tegen de tijd van 0,00 tot 14,65 uur. Ook hier is de tijd de tijd dat de oplader de accu heeft

opgeladen. De grafiek bestaat uit drie verschillende grafieken voor de stroomsterkte en drie

verschillende grafieken voor de spanning. Dit komt omdat de metingen per grafiek verricht zijn op

één dag. Dit betekend dus dat de blauwe en oranje grafieken op dag 1 zijn gemeten, de rode en

bruine op dag 2 en de paarse en groene op dag 3.

Blz. 28



Oude oplader 1


0,00 10,6 0,00 11,75 4,00 12,45

0,95 10,5 0,20 11,90 4,20 12,53

1,75 10,0 0,40 13,59 4,40 12,50

2,03 10,2 0,60 13,62 4,60 12,54

2,98 9,8 0,80 13,07 4,80 12,59

3,21 9,8 1,00 13,05 5,00 13,17

3,77 9,7 1,20 12,05 5,20 13,16

4,61 9,3 1,40 12,09 5,40 12,58

5,03 9,2 1,60 12,10 5,60 13,79

6,03 8,8 1,80 12,14 5,80 12,63

6,05 8,8 2,00 14,24 6,00 14,68

6,79 8,7 2,20 12,87 6,20 12,70

7,60 8,6 2,40 12,22 6,40 12,75

Gemiddelde 9,6 2,60 12,26 6,60 12,77

2,80 12,86 6,80 13,27

3,00 13,26 7,00 12,74

3,20 12,83 7,20 13,73

3,40 12,31 7,40 13,70

3,60 14,13 7,60 12,85

3,80 13,81 Gemiddelde 12,81

Oude oplader 2


0,00 8,9 0,00 12,77 2,00 13,26

0,01 8,8 0,20 13,04 2,20 13,40

0,03 8,7 0,40 13,05 2,40 13,33

0,04 8,7 0,60 14,58 2,60 13,34

0,07 8,7 0,80 13,10 2,80 13,39

0,15 8,8 1,00 13,13 3,00 13,40

0,76 8,6 1,20 13,16 3,20 13,45

1,86 8,0 1,40 13,19 3,40 13,47

2,78 7,8 1,60 13,22 3,58 13,49

3,58 7,7 1,80 13,22 Gemiddelde 13,56

Gemiddelde 8,2


Blz. 29


10,50

11,00

11,50

12,00

12,50

13,00

13,50

14,00

14,50

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

9,5

10,0

10,5

11,0

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00

Span

nin

g (V

)

Stro

om

ste

rkte

(A

)

Tijd (uur)


Stroomsterkte

Stroomsterkte (2)

Spanning

Spanning (2)

In deze grafiek zie je de stroomsterkte van 7,0 tot 11,0 ampère en de spanning van 10,50 tot 14,50

volt uitgezet tegen de tijd van 0,00 tot 11,18 uur. De tijd is de totale tijd dat de oude oplader de accu

heeft opgeladen. Hier hebben we ook twee dagen opgeladen waardoor de groene en blauwe grafiek

op dag 1 zijn gemeten en de rode en oranje op dag 2.

Nieuwe oplader 1


0,00 6,8 0,00 13,14 0,80 13,59

0,85 1,7 0,20 13,44 1,00 13,63

1,27 1,7 0,40 13,50 1,20 13,03

Gemiddelde 3,4 0,60 13,56 1,27 13,05

Gemiddelde 13,45

Nieuwe oplader 2


0,00 1,7 0,00 13,8 1,60 13,8

1,09 1,7 1,09 13,7 2,40 13,8

2,40 1,7 Gemiddelde 13,8

Gemiddelde 1,7

Blz. 30


10,00

10,50

11,00

11,50

12,00

12,50

13,00

13,50

14,00

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00

Span

nin

g (V

)

Stro

om

ste

rkte

(A

)

Tijd (uur)


Stroomsterkte

Stroomsterkte (2)

Stroomsterkte (3)

Stroomsterkte (4)

Spanning

Spanning (2)

Spanning (3)

Spanning (4)

Nieuwe oplader 3


0,00 1,7 0,00 13,7 3,35 13,7

3,18 1,7 2,19 13,6 7,25 13,7


Gemiddelde 1,7

Nieuwe oplader 4


0,00 1,7 0,00 13,7 0,80 13,7

0,33 1,7 0,44 13,7 Gemiddelde 13,7

0,80 1,7

Gemiddelde 1,7


ampère uitgezet tegen de tijd van 0,00 tot 11,72 uur. De tijd is weer de totale tijd dat de oplader de

accu heeft opgeladen. We hebben vier grafieken voor de stroomsterkte en vier grafieken voor de

spanning. De eerste twee grafieken van de stroomsterkte en van de spanning zijn gemeten op dag 1.

Dat wil zeggen dat de blauwe, rode, paarse en bruine grafiek zijn gemeten op dag 1. De groene en

zwarte grafiek zijn gemeten op dag 2 en de gele en oranje zijn gemeten op dag 3.

Blz. 31



Oude oplader 1

Tijd (uur) Stroomsterkte (A) Tijd (uur) Stroomsterkte (A) Tijd (uur) Spanning (V)

0,00 8,2 0,93 9,2 0,00 13,39

0,04 8,4 1,03 9,3 0,20 14,19

0,09 8,8 1,30 9,2 0,40 14,27

0,13 9,0 1,45 9,3 0,60 12,32

0,15 9,2 1,56 9,2 0,80 12,30

0,20 9,2 1,70 9,1 1,00 12,40

0,28 9,3 1,95 9,0 1,20 12,42

0,38 9,4 2,10 8,8 1,40 12,45

0,50 9,3 2,19 8,8 1,60 12,53

0,60 9,3 2,26 8,7 1,80 13,75

0,77 9,2 2,36 8,6 2,00 12,59

Gemiddelde 9,1 2,20 12,61

2,36 12,59

Gemiddelde 12,80

Oude oplader 2


0,00 8,3 0,00 12,62 3,60 13,44

0,43 8,7 0,20 12,78 3,80 14,97

1,38 8,5 0,40 12,81 4,00 13,57

1,61 7,6 0,60 12,90 4,20 13,66

1,66 8,2 0,80 12,87 4,40 15,37

1,81 7,6 1,00 12,89 4,60 14,93

1,84 7,6 1,20 14,54 4,80 15,37

2,14 8,2 1,40 12,97 5,00 13,97

2,51 8,2 1,60 12,96 5,20 14,12

2,67 8,0 1,80 12,97 5,40 14,86

2,82 8,0 2,00 13,05 5,60 14,06

3,00 7,8 2,20 13,36 5,80 14,47

4,20 7,3 2,40 13,13 6,00 14,62

4,62 7,0 2,60 13,18 6,20 14,74

5,73 5,7 2,80 13,96 6,40 14,81

7,00 5,3 3,00 14,59 6,60 14,91

Gemiddelde 7,3 3,20 13,32 6,80 14,97

3,40 13,37 7,00 14,85

Gemiddelde 13,89


Blz. 32


11,50

12,00

12,50

13,00

13,50

14,00

14,50

15,00

15,50

16,00

16,50

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

9,5

10,0

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00

Span

nin

g (V

)

Stro

om

ste

rkte

(A

)

Tijd (uur)


Stroomsterkte

Stroomsterkte (2)

Spanning

Spanning (2)

In deze grafiek is de stroomsterkte van 5,0 tot 10,0 ampère en de spanning van 11,50 tot 16,50 volt

uitgezet tegen de tijd van 0,00 tot 9,36 uur. De tijd is weer de totale tijd dat de oude oplader de accu

heeft opgeladen. De groene en blauwe grafiek zijn gemeten op de 1ste dag, de rode en oranje op de

2de dag.

Blz. 33


12,50

13,00

13,50

14,00

14,50

15,00

15,50

16,00

16,50

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80

Span

nin

g (V

)

Stro

om

ste

rkte

(A

)

Tijd (uur)


Stroomsterkte

Stroomsterkte (2)

Spanning

Spanning (2)

Nieuwe oplader 1


0,00 3,4 0,00 14,56 0,60 15,25

0,01 1,6 0,20 15,13 0,63 16,02

0,04 1,6 0,40 15,16 Gemiddelde 15,31

0,18 1,6

0,63 1,6

Gemiddelde 1,6

Nieuwe oplader 2


0,00 1,7 0,00 13,9 0,93 13,9

0,52 1,7 0,38 13,8 1,28 13,9


Gemiddelde 1,7

In deze grafiek is de stroomsterkte van 0,0 tot 8,0 ampère en de spanning van 12,50 tot 16,50 volt

uitgezet tegen de tijd van 0,00 tot 1,91 uur. Hoewel er twee grafieken voor de stroomsterkte zijn en

twee grafieken voor de spanning zijn beiden grafiek op dezelfde dag gemeten.

Blz. 34


1,00

3,00

5,00

7,00

9,00

11,00

13,00

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00

Span

nin

g (V

)

Stro

om

ste

rkte

(A

)

Tijd (uur)

Ontladen accu meting 1

Stroomsterkte

Spanning

Ontladen accu meting 1:

In deze grafiek zie je de stroomsterkte van 4,0 tot 16,0 ampère en de spanning van 1,00 tot 13,00

volt uitgezet tegen de tijd van 0,00 tot 6,52 uur. De tijd is hier de tijd van het begin tot het einde van

het ontladen van de accu.

Ontladen


0,00 15,5 0,00 11,94 3,40 10,48

0,28 15,6 0,20 11,70 3,60 10,03

0,30 15,6 0,40 11,63 3,80 9,314

0,32 15,6 0,60 11,58 4,00 8,308

0,40 15,6 0,80 11,52 4,20 7,506

0,44 15,6 1,00 11,46 4,40 6,990

0,61 15,6 1,20 11,40 4,60 6,744

0,68 15,6 1,40 11,34 4,80 6,442

1,06 15,6 1,60 11,28 5,00 6,100

1,98 15,2 1,80 11,22 5,20 5,622

2,75 14,7 2,00 11,16 5,40 4,898

3,65 13,6 2,20 11,10 5,60 4,342

4,10 10,7 2,40 11,05 5,80 3,814

5,42 6,8 2,60 10,98 6,00 3,532

5,85 5,2 2,80 10,92 6,20 3,336

6,5 4,6 3,00 10,83 6,40 3,112

6,52 4,5 3,20 10,70 6,52 2,994

Gemiddelde 11,9 Gemiddelde 8,808

Blz. 35



Ontladen 1


0,00 15,8 0,00 12,11 3,60 11,30

0,02 15,2 0,20 11,56 3,80 11,28

0,04 15,2 0,40 11,56 4,00 11,26

1,07 15,7 0,60 11,56 4,20 11,24

1,30 15,7 0,80 11,56 4,40 11,22

2,24 15,6 1,00 11,55 4,60 11,19

3,01 15,4 1,20 11,53 4,80 11,15

3,88 15,2 1,40 11,52 5,00 11,14

4,29 15,2 1,60 11,50 5,20 11,11

4,71 15,2 1,80 11,49 5,40 11,07

4,83 15,2 2,00 11,47 5,60 11,05

5,41 15,1 2,20 11,45 5,80 11,01

6,28 15,0 2,40 11,41 6,00 10,98

6,80 14,8 2,60 11,39 6,20 10,95

Gemiddelde 15,3 2,80 11,38 6,40 10,90

3,00 11,37 6,60 10,84

3,20 11,35 6,80 10,76

3,40 11,33 Gemiddelde 11,29

Ontladen 2


0,00 14,3 0,00 10,78 3,00 3,120

0,02 14,2 0,20 10,62 3,20 3,130

0,07 14,3 0,40 8,610 3,40 3,130

0,14 14,3 0,60 8,552 3,60 3,082

0,16 14,3 0,80 6,784 3,80 2,808

0,24 14,2 1,00 6,804 4,00 1,842

0,32 11,7 1,20 6,804 4,20 1,782

0,41 11,8 1,40 6,794 4,40 1,754

0,49 11,8 1,60 6,774 4,60 1,694

0,55 11,9 1,80 6,754 4,80 1,030

0,61 11,0 2,00 6,910 5,00 0,864

0,62 10,7 2,20 6,676 5,20 0,786

0,63 9,6 2,40 6,527 5,40 0,758

0,64 9,2 2,60 5,222 5.41 0,748

0,69 9,3 2,80 3,120 Gemiddelde 4,681

0,76 9,6

1,08 9,6

1,25 9,6

Blz. 36


0,50

2,50

4,50

6,50

8,50

10,50

12,50

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00

Span

nin

g (V

)

Stro

om

ste

rkte

(A

)

Tijd (uur)


Stroomsterkte (2)

Stroomsterkte

Spanning

Spanning (2)

In deze grafiek zie je de stroomsterkte van 0,0 tot 18,0 ampère en de spanning van 0,5 tot 12,5 volt

uitgezet tegen de tijd van 0,00 tot 12,21 uur. De grafiek bestaat uit twee grafieken van de

stroomsterkte en twee grafieken van de spanning. Dit komt doordat we de accu over twee dagen

leeg moesten trekken. De groene en blauwe grafiek zijn dus van de 1ste dag en de rode en oranje

grafiek van de 2de dag.

Tijd (uur) Stroomsterkte (A) Tijd (uur) Stroomsterkte (A) Tijd (uur) Stroomsterkte (A)

1,41 9,6 2,55 8,4 2,62 6,8

1,76 9,6 2,56 8,2 2,63 6,4

1,95 9,6 2,57 8,1 2,64 6,0

2,06 9,6 2,58 7,8 3,35 4,5

2,12 9,6 2,59 7,7 3,83 3,6

2,32 9,2 2,60 7,5 4,65 2,3

2,40 9,2 2,61 7,1 5,41 1,1


Blz. 37



Ontladen 1


0,00 16,8 0,00 12,17 3,20 11,29

0,02 16,5 0,20 11,91 3,40 11,25

0,85 16,4 0,40 11,87 3,60 11,22

1,07 16,2 0,60 11,82 3,80 11,19

1,28 16,2 0,80 11,79 4,00 11,15

1,59 16,2 1,00 11,73 4,20 11,14

1,73 16,0 1,20 11,68 4,40 11,09

1,95 15,9 1,40 11,63 4,60 11,07

2,22 15,8 1,60 11,58 4,80 10,94

2,48 15,9 1,80 11,56 5,00 10,93

3,21 15,8 2,00 11,53 5,20 10,94

4,06 15,6 2,20 11,48 5,40 10,90

4,14 15,6 2,40 11,46 5,60 10,86

4,44 15,6 2,60 11,33 5,80 10,77

4,98 15,5 2,80 11,21 6,00 10,72

5,21 15,2 3,00 11,32 Gemiddelde 11,33

5,40 15,2

5,73 15,2

6,00 15,0

Gemiddelde 15,8

Ontladen 2


0,00 15,8 0,00 11,04 1,20 7,908

0,87 12,2 0,20 10,81 1,40 6,380

1,36 9,8 0,40 10,72 1,60 6,218

2,00 7,8 0,60 10,63 1,80 6,022

Gemiddelde 11,6 0,80 8,790 2,00 5,700

1,00 8,416 Gemiddelde 8,442

Blz. 38


3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

10,00

11,00

12,00

13,00

7,0

8,0

9,0

10,0

11,0

12,0

13,0

14,0

15,0

16,0

17,0

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00

Span

nin

g (V

)

Stro

om

ste

rkte

(A

)

Tijd (uur)


Stroomsterkte

Stroomsterkte (2)

Spanning

Spanning (2)


ampère uitgezet tegen de tijd van 0,00 tot 8,00 uur. De tijd is weer de tijd dat de accu ontladen is.

Ook hier hebben we weer twee grafieken van de stroomsterkte en twee grafieken van de spanning.

De groene en blauwe grafiek zijn op dag 1 gemeten en de oranje en rode op dag 2.

Blz. 39


4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

10,00

11,00

12,00

13,00

14,00

8,0

9,0

10,0

11,0

12,0

13,0

14,0

15,0

16,0

17,0

18,0

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50

Span

nin

g (V

)

Stro

om

ste

rkte

(A

)

Tijd (uur)


Stroomsterkte

Spanning


In deze grafiek is de spanning van 4,00 tot 14,00 volt en de stroomsterkte van 8,0 tot 18,0 ampère

uitgezet tegen de tijd van 0,00 tot 4,87 uur. De tijd is weer de tijd dat we de accu ontlaadde.

Ontladen 1


0,00 15,6 0,00 11,83 2,60 70,85

0,03 15,7 0,20 11,68 2,80 10,54

1,55 15,7 0,40 11,62 3,00 9,450

2,69 15,2 0,60 11,56 3,20 8,836

3,82 10,4 0,80 11,50 3,40 8,278

4,85 8,9 1,00 11,40 3,60 7,224

4,87 8,9 1,20 11,38 3,80 7,174

Gemiddelde 13,7 1,40 11,33 4,00 7,106

1,60 11,27 4,20 7,028

1,80 11,21 4,40 6,920

2,00 11,14 4,60 6,754

2,20 11,07 4,80 6,402

2,40 10,99 4,87 6,148

Gemiddelde 9,762

Blz. 40


Allereerst berekenen we het rendement van de nieuwe lader door middel van de gegevens uit het

instructieboekje. Hierin staat dat het opgenomen vermogen 60 watt bedraagt. Dit wil zeggen dat de

oplader voortdurend tijdens het opladen een vermogen van 60 watt uit het stopcontact haalt. Zo

kunnen we bij elke meting berekenen wat het rendement is van de oplader en het gemiddelde van

die rendementen is vervolgens het rendement van de nieuwe oplader.

Meting Totale tijd (uur) Gem. V Gem. A Euit (J) Ein (J) 1.1 6,95 13,32 2,0 44%

1.2 6,60 13,39 1,6 36%

*1.3 1,10 13,6 1,7 39%

2.3 1,27 13,43 3,4 76%

*2.4 2,40 13,8 1,7 39%

*2.5 7,25 13,7 1,7 39%

*2.6 0,80 13,7 1,7 39%

3.3 0,63 15,31 1,6 41%

*3.4 1,28 13,9 1,7 39%

Gemiddeld rendement 44%

* = Niet met CoachLab II gemeten maar gemeten door middel van steekproeven met losse meter

Voorbeeld berekeningen meting 1.1:

Blz. 41


Voor de oude accu kunnen we de toegevoerde energie uit het stopcontact berekenen. Hierbij gaan

we uit van een rendement van 60%. De totale energie die de oplader heeft afgegeven aan de accu is

verschillend aangezien de tijd , stroomsterkte en spanning steeds anders is. Daarom zullen we hier

per meting rekening mee moeten houden en kunnen we per meting berekenen hoeveel energie er

uit het stopcontact is gehaald. Daarnaast kunnen we het opgenomen vermogen berekenen.

Meting Totale tijd (uur) Gem. V Gem. A Euit

1.1 6,47 13,15 8,2 60 %

2.1 7,60 12,81 9,6 60 %

2.2 3,58 13,56 8,2 60 %

3.1 2,36 12,80 9,1 60 %

3.2 7,00 13,89 7,3 60 %

Gemiddeld opgenomen vermogen

Voorbeeld berekeningen meting 1.1:

Blz. 42


Nu we weten hoeveel energie er uit het stopcontact is gehaald van de oude lader en we het

rendement van de nieuwe lader weten kunnen we de totale energie die is opgenomen en de totale

energie die in de accu is gegaan berekenen. Hiermee kunnen we dan het totale rendement van het

oplaad gedeelte berekenen.

Omdat we voor 1 keer opladen meerdere dagen nodig hadden en voor 1 accu zowel de nieuwe als de

oude oplader gebruikte zullen we rekening moeten houden met de ontlading van de accu. Een

calcium accu heeft een ontlading van 20 tot 25% per dag dus van alle energie die uit de oplader in de

accu is gegaan zal zeker een deel verloren zijn gegaan in de 3 dagen van opladen. Hierdoor zal

natuurlijk het rendement lager zijn dan wanneer we de accu in één keer helemaal vol hadden

geladen maar we konden helaas niet alle metingen in één dag verrichten.

Meting (aantal dagen) otaal Euit otaal Ein 1 (3 dagen) 49%

2 (4 dagen) 56%

3 (3 dagen) 60%

Gemiddeld rendement oplaadgedeelte 55%

Voorbeeld berekeningen meting 1:

Totaal gemeten met CoachLab II deel: Totaal ongemeten deel (*):

Blz. 43


Het totale gemiddelde rendement van beide opladers ligt dus rond de 55%. Dit betekend dat van alle

toegevoerde energie uiteindelijk 55% ook echt in de accu komt. Bij deze waarde moeten we echter

wel een kleine kanttekening plaatsen aangezien de nieuwe oplader over het algemeen een veel

hoger rendement heeft. We hebben de nieuwe oplader echter alleen gebruikt om het laatste stukje

van de accu op te laden en dit gaat veel moeilijker dan als de accu nog leeg is. Daarom is het

rendement van de nieuwe lader zo laag uitgevallen. Uiteindelijk is een rendement van 56% natuurlijk

wel erg laag aangezien de nieuwste laders tegenwoordig al snel een rendement van boven de 90%

hebben maar dit is dus te wijten aan het gebruik van de oude lader en het gebruik van de nieuwe

lader aan het einde.

Blz. 44


Allereerst willen we weten wat er in de accu is gegaan. Hiervoor gebruiken we de gegevens van de

oplader. Hiervoor moeten we weer de oude en de nieuwe oplader bij elkaar optellen. Voor de

nieuwe lader hebben we de volgende meetgegevens:

Meting Totale tijd (uur) Gem. V Gem. A Ein (J)

1.1 6,95 13,32 2,0 1.2 6,60 13,39 1,6 *1.3 1,10 13,6 1,7 2.3 1,27 13,43 3,4 *2.4 2,40 13,8 1,7 *2.5 7,25 13,7 1,7 *2.6 0,80 13,7 1,7 3.3 0,63 15,31 1,6 *3.4 1,28 13,9 1,7

Voorbeeld berekening meting 1.1:

Voor de oude oplader hebben we de volgende gegevens verzameld:

Meting Totale tijd (uur) Gem. V Gem. A Ein

1.1 6,47 13,15 8,2 2.1 7,60 12,81 9,6 2.2 3,58 13,56 8,2 3.1 2,36 12,80 9,1 3.2 7,00 13,89 7,3

Voorbeeld berekening meting 1.1:

Blz. 45


Nu we weten hoeveel energie de nieuwe oplader en hoeveel energie de oude oplader heeft

afgegeven kunnen we de gemiddelde toegevoegde energie berekenen wat er per oplaadbeurt van

een volledig lege naar een volledig volle accu in de accu gaat.

Meting (aantal dagen) otaal Ein

1 (3 dagen) 2 (4 dagen) 3 (3 dagen)

Voorbeeld berekening meting 1:

Totaal gemeten met CoachLab II deel: Totaal ongemeten deel (*):

Nu we de gemiddelde toegevoegde energie weten moeten we ook de energie die er gemiddeld uit

de accu kwam berekenen. Daarvoor gebruiken we de gegevens van het ontladen.

Meting Totale tijd (uur) Gem. V Gem. A Euit (J) Euit (J) (per meting)

1.1 6,52 8,808 11,9 2.1 6,80 11,29 15,3

2.2 5,41 4,681 6,7 3.1 6,00 11,33 15,8

3.2 2,00 8,442 11,6 4.1 4,87 9,762 13,7

Rood gemarkeerd = Metingen konden we niet gebruiken

Voorbeeld berekening 1.1:

Blz. 46


De rood gemarkeerde metingen konden we niet gebruiken aangezien er hier meer energie uit de

accu kwam dan dat er in zat. Dit kunnen we verklaren doordat we bij meting één en vier de accu na

het opladen een nacht hebben laten rusten waardoor de accu weer zijn normale voltage aanneemt

en een grafiek laat zien als bij meting één en vier. Bij meting twee en drie hebben we echter de accu

gelijk na het opladen aan de warmtespiralen gekoppeld waardoor er, zeker op het begin, een vrij

hoog voltage was die boven de 12 volt lag. Dit zorgt er dus voor dat het gemiddelde voltage hoger

wordt, de gemiddelde stroomsterkte hoger wordt en dat de accu uiteindelijk langer mee kan gaan

omdat hij eerst het deel, dat eigenlijk niet opgeslagen kan worden maar wat wel er in is gestopt, er

uit laad en daarna van zijn normale capaciteit begint te ontladen. Zo krijgen we dus een hogere

waarde voor de totale energie die uit de accu is gekomen. Het is daarom ook belangrijk de accu niet

over te laden want anders zou deze kunnen ontploffen door het te veel aan toegevoegde energie.

Met de 2 gemiddeldes kunnen we nu het rendement van de accu berekenen.

Naast het rendement kunnen we ook berekenen hoeveel procent we nu eigenlijk uit de accu hebben

gehaald als we kijken naar de hoeveelheid energie die er volgens de stickers die er op zitten in de

accu moet zitten. Dit doen we door de gemiddelde energie die we er uit kregen te delen door de

energie die er volgens de stickers op de accu er in hoort te zitten.

Blz. 47


De capaciteit is 74 Ah dus gedurende 1 uur kan de accu een stroom van 74 A leveren.

In de accu zit dus, als deze volledig opgeladen is, . We kregen uiteindelijk gemiddeld

uit de accu en met deze gegevens kunnen we dus het rendement berekenen hoeveel

procent je uit de accu kan halen.

Van de energie die er dus in de accu maximaal opgeslagen kan worden hebben wij uiteindelijk 75%

eruit gekregen. 25% zit dus nog steeds in de accu en is eigenlijk heel moeilijk eruit te halen aangezien

dit met een veel lagere spanning en stroomsterkte gaat.

Het rendement van de accu totaal is dus 54%.

Blz. 48


De accu die wij gebruiken heeft een capaciteit van 74 Ah. Dit betekend dat de accu gedurende één

uur een stroom van 74 ampère kan leveren. Onze elektromotor heeft echter een maximale stroom

van 14 Ah als hij volledige wordt belast maar wel een voltage van 24 volt, dus van 2 accu’s in serie.

Als we de accu's in serie zetten zal echter niet het aantal Ah verdubbelen aangezien de stroomsterkte

gewoon hetzelfde blijft in een serieschakeling. Daarom is het totale Ah . Dit betekend dat we

gedurende één uur een stroom van 74 ampère kunnen halen uit de 2 accu’s. Maar de accu's kunnen

ook gedurende 2 uur een stroom van 37 ampère leveren enzovoort. Zo kunnen we dus berekenen

hoe lang onze motor kan rijden.

Aantal Ah 74 37 14

Aantal uur 1 2 2,64

De motor kan dus, als de accu's volledig zijn opgeladen en volledig leeg worden gereden, 2,64 uur

rijden. In werkelijkheid zal dit minder zijn aangezien accu's nooit volledig ontladen worden. Als we

kijken naar de het aantal ampère dat we uit de accu kregen tijdens onze metingen dan zullen we

rond de 2 uur kunnen rijden op 2 volle accu's met de volledige weerstand. Dit is redelijk veel

aangezien de maximale snelheid rond de 20 ligt en je nooit de maximale weerstand op de accu

hebt waardoor je 14 ampère gebruikt. Zo zou je dus 2 uur rond kunnen rijden met 20 , en

waarschijnlijk wat meer door de lagere stroomsterkte gedurende het rijden, wat dus neerkomt op

een minimale afstand van:

Dit is redelijk ver en waarschijnlijk zal dit nog minder worden aangezien de snelheid dus in

werkelijkheid rond de 15 ligt en de accu's ook vanzelf iets ontladen wanneer ze niet gebruikt

worden. Daarnaast kan dit dus ook weer wat meer worden aangezien je nooit de volledige belasting

hebt en dus nooit 2,64 uur lang 14 ampère gebruikt.

We kunnen nu ook het aantal joule berekenen dat de elektromotor verbruikt. Hierbij gaan we uit van

een totale rijtijd van 2,64 uur op volle snelheid met een volle belasting. Op het naamplaatje van de

motor en op de website van de fabrikant staat dat het vermogen van de motor 250 watt is.

Daarnaast kan de motor een maximale stroomsterkte van 14 ampère aan. De stroomsterkte wordt

natuurlijk meer naarmate de weerstand op de motor toeneemt. De stroomsterkte is normaal

gesproken:

Blz. 49


De stroomsterkte van onze motor is dus 10,4 ampère als er een normale weerstand is . Nu kunnen

we ook de totale energie die de elektromotor verbruikt berekenen. Hierbij zullen we uitgaan van de

aannemelijke stroomsterkte van 10,4 ampère in plaats van de maximale stroom van 14 ampère.

In dat geval zal de tijd die we kunnen rijden zijn:

Aantal Ah 74,0 37,0 10,4

Aantal uur 1 2 3,56

In totaal verbruikt de skelter . Daarna zijn beiden accu's vrijwel leeg en zullen deze

weer opgeladen moeten worden. Van onze elektromotor weten we dat het rendement boven de

78% ligt dus voor het gemak nemen we als rendement 80%. De omgezette arbeid is dan:

Naast de verbruikte energie en geleverde arbeid kunnen we ook de kracht van de elektromotor

berekenen en de echte geleverde arbeid op het wegdek. Daarvoor berekenen we eerst het koppel

van de as van de elektromotor. Met koppel bedoelen we de kracht tijdens een rotatie, in dit geval de

rotatie van het tandwiel. Dit doen we met behulp van de formule

.

2750 rpm

0,864 Nm

De koppel van de as uit de elektromotor is dus volgens onze berekeningen 0,864 Nm. Op de officiële

website van de fabrikant van de elektromotor vonden we als koppel van onze elektromotor 0,90 Nm

en dat klopt dus vergeleken met onze berekening.

Vervolgens kunnen we kracht die de poelie op de tandriem uitoefent berekenen. Dit doen we

doormiddel van de koppel met de formule .

Blz. 50


De poelie levert dus een kracht van 31,4 N op de tandriem.

De kracht op de achteras kunnen we ook berekenen. Dit doen we door dezelfde formule te

gebruiken voor de tussenas en vervolgens voor de achteras. Als we het koppel van de achteras weten

kunnen we uiteindelijk de vectorkracht die de wielen leveren op het wegdek uitrekenen.

Eerst berekenen we de koppel van de tussenas:

Nu we het koppel weten van de tussenas kunnen we de kracht van het tandwiel op de ketting

berekenen.

De vectorkracht van het tandwiel op de ketting is dus 30 N. Hiermee kunnen we het koppel van de

achteras berekenen.

Blz. 51


Met het koppel van de achteras kunnen we dus de kracht die de band op het wegdek levert

uitrekenen.

De kracht die de motor dus uiteindelijk op het wegdek levert is dus 6,6 N.

Met deze kracht kunnen we de arbeid berekenen. Hiervoor gebruiken we de formule .

Hierin is W de arbeid in Joule, F de kracht in Newton en s de afstand in meters. Zo kunnen we dus het

aantal Joule berekenen. Dit is echter wel zonder rol- , lucht- of wrijvingsweerstand.

De afstand die we zouden kunnen afleggen, berekenen we door middel van het toerental van de

motor en de overbrengingen.

18 : 36 13 : 21 2750 rpm 1375 rpm 851,2 rpm

Voor de overbrenging van de motor naar de tussenas gebruiken we een tandriem, omdat dat beter is

aangezien de motor de hele skelter in beweging moet brengen. Hier gaat redelijk veel kracht bij

gepaard en zodra de motor op snelheid is zal de tandriem ook redelijk snel draaien. Hierdoor is het

makkelijker om een tandriem te gebruiken dan een normale ketting.

Voor de overbrenging van de tussenas naar de achteras van de skelter gebruiken we wel gewoon een

ketting omdat het tandwiel op de achteras van de skelter al gelast is. Daarom is het makkelijk om

deze te gebruiken voor de overbrenging van de tussenas naar de achteras van de skelter.

Motor

As skelter

Tussenas

Blz. 52


De tandriemschijf die op de motor komt en waarover de tandriem gaat lopen, komt op de motor en

heeft 36 tanden. De tandriemschijf

die op de tussenas komt heeft 18

tanden. Daardoor ontstaat een

overbrenging van 36 : 18 oftewel

2 : 1. Dit betekend dat als de

tandriemschijf van de tussenas één

keer ronddraait, de as van de motor

twee keer heeft rondgedraaid. Het

aantal omwentelingen per minuut

(rpm) van de tussenas is dus:

Aantal rpm 2750 1375

Aantal tanden 36 18

De tussenas draait dus 1375

omwentelingen per minuut als de

motor zijn maximale omwentelingen per minuut draait. De tussenas heeft echter ook nog een

overbrenging naar de achteras van de skelter. Het tandwiel op de tussenas heeft 13 tanden en het

tandwiel op de achteras van de skelter heeft er 21. Dit is dus een overbrenging van 13 : 21. Het

aantal omwentelingen dat de achteras dan maakt als de motor zijn maximale aantal omwentelingen

per minuut maakt is:

Aantal rpm 1375 851,2

Aantal tanden 21 13

Zoals je ziet klopt het aantal tanden van de tussenas niet. Maar de berekening klopt zo wel. Als je

namelijk de 21 en 13 om had gedraaid had je een groter aantal omwentelingen per minuut gehad bij

de achteras dan bij de tussenas en dat klopt niet. Als de tussenas namelijk 1 keer heeft gedraaid

heeft de achteras van de skelter

keer gedraaid. Door dus de 1375 te vermenigvuldigen met

krijg

je het juiste aantal omwentelingen per minuut van de achteras, namelijk 851,2. Daarom draaien we

de getallen in dit geval om.

Om snelheid van de skelter te berekenen moeten we dan eerst het aantal omwentelingen per

minuut omrekenen naar omwentelingen per seconde:

We weten dat de omtrek van de band 40,0 centimeter is oftewel 0,400 meter.

De snelheid van de skelter is dus:

Blz. 53


De maximale theoretische snelheid van onze skelter is dus 20,4 . Dit is dus zonder weerstand.

In werkelijkheid zal de maximale snelheid lager liggen omdat we te maken hebben met weerstand

van de lucht, van de banden en wrijvingsweerstand. Dat is ook veiliger omdat 20 redelijk hard

is voor een skelter en we het graag heel willen houden.

De afstanden die we reden op een volle accu met heel weinig weerstand waren:

Tijd Afstand Gemiddelde snelheid

12,1 uur 217,8 km 18,0 km/u

12,0 uur 213,6 km 17,8 km/u

Gemiddelde 12,1 uur 215,7 km 17,9 km/u

De afstand hebben we gemeten door een fietsmetertje op de banden te monteren en zo de tijd en

de afstand te meten. De achterbanden hebben we los van de grond laten draaien zodat er alleen een

beetje weerstand is van de wrijving van alle onderdelen. De meting hebben we gestopt zodra de

snelheidsmeter een duidelijke daling aangaf in de snelheid.

Nu we dus de gemiddelde afstand op twee accu's weten kunnen we de arbeid berekenen die de

skelter uiteindelijk geleverd heeft

Nu weten we dus de arbeid die de skelter op het wegdek heeft geleverd. Daarnaast weten we ook

hoeveel energie er is omgezet in arbeid door de elektromotor. Zo kunnen we het rendement

berekenen van de skelter.

Het rendement van onze elektromotor is dus volgens de

theorie 80%. Van die 80% aan bewegingsenergie wordt

uiteindelijk 55% omgezet in echte arbeid. In dit percentage

zijn echter wel de verschillende wrijvingen zo laag als mogelijk

gehouden dus in werkelijkheid zal het rendement lager liggen

door de wrijvingen die dan op de skelter werken.

Blz. 54


Wat is het rendement van onze elektrische skelter?

Na alle deelvragen te hebben beantwoord kunnen we nu de hoofdvraag beantwoorden. Dit zullen

we doen door middel van het diagram dat op de volgende bladzijde staat.

We hebben dus berekend dat de twee opladers samen een rendement van 49% hadden. De accu

heeft een rendement van 40,5% en de motor zet uiteindelijk 80% van zijn toegevoegde energie om in

bewegingsenergie. Vervolgens wordt dat voor 55% omgezet in echte arbeid. Hier is echter nog geen

rekening gehouden met de verschillende weerstanden.

Om de totale weertand te berekenen nemen we de gemiddelde energie die we in de oplader hebben

gestopt en nemen we de gemiddelde arbeid die de skelter uiteindelijk heeft afgegeven op het

wegdek.

De gemiddelde energie berekenen we door de 3 van de eerste deelvraag over de oplader bij

elkaar op te tellen en dan te delen door 3. Zo komen we op:

Meting

1 2 3

Gemiddelde

De gemiddelde energie die de opladers nodig hadden om 1 accu helemaal vol te laden was

. De elektromotor gebruikt echter 2 volgeladen accu's waardoor we deze waarde moeten

vermenigvuldigen met 2. De omgezette arbeid hebben we aan het einde van deelvraag 3 berekend

dus die kunnen we hier gewoon invullen aangezien dit de uiteindelijk energie is wat we wilden,

namelijk bewegingsenergie.

Blz. 55


Van de energie die in de oplader gaat wordt dus uiteindelijk 8,8% omgezet in arbeid. Dit is redelijk

weinig maar dat komt doordat we redelijk oude opladers gebruiken en de accu niet meer 100% goed

was. Daarnaast hebben we natuurlijk een calcium accu die een redelijk hoge zelfontlading heeft

waardoor het rendement ook lager wordt.

Zodra we dus een goede oplader met een rendement van boven de 90% zouden hebben, een nieuwe

accu die een klein percentage zelfontlading heeft en een elektromotor met een nog wat hoger

rendement zou het rendement van de elektrische skelter zeker wat hoger uitpakken.

Het probleem is alleen dat deze opladers en accu's aardig wat kosten waardoor elektrisch rijden nu

nog niet voor iedereen is weggelegd. Dit zal echter wel de toekomst worden aangezien er steeds

betere accu's komen. Hierdoor zal de elektrische auto een steeds grotere afstand kunnen afleggen en

de elektrische auto voor veel mensen steeds meer een keuzemogelijkheid worden. Daarnaast zien

we de elektrische fietsen al regelmatig voorbij komen en zijn de eerste elektrische motoren ook al op

de markt.

Dus met het behaalde rendement kunnen we best tevreden zijn aangezien wij niet de beschikking

hadden tot de nieuwste technieken en tot de beste spullen. Er zijn echter wel nog een aantal dingen

die we beter hadden kunnen doen en die bespreken we in de discussie.

Blz. 56


Blz. 57


1. Significantie

De stroomsterkte bij het op- en ontladen van de accu konden we maar meten op maximaal 2

decimale getallen, wat uiteindelijk neerkomt op 3 significante cijfers. De spanning konden we

meten met 4 significante cijfers. Door deze hoeveelheid significante cijfers te gebruiken, is er

eigenlijk al een duidelijk resultaat uitgekomen. Het is natuurlijk altijd beter om meer

significante cijfers te gebruiken omdat je dan nog nauwkeuriger kan meten en de verschillen

nog beter aan kunt tonen.

2. Hoeveelheid metingen

Om betrouwbare gegevens te krijgen hebben we alle metingen meerdere keren uitgevoerd.

Dit hebben we gedaan omdat het gemiddelde van een aantal metingen betrouwbaarder is

dan van maar één meting. Als we de gegevens nog betrouwbaarder wilden maken, zouden

we meer metingen moeten doen.

3. Meetapparatuur

We hadden niet alle meetapparatuur tot onze beschikking om alles te meten in dit verslag.

Daarom hebben we bijvoorbeeld het rendement van de elektromotor theoretisch moeten

berekenen. Ook moesten we bij de opladers van een bepaald rendement uit gaan om de

toegevoerde energie naar de opladers te berekenen. Dit heeft zeker een ander rendement

opgeleverd aangezien het in praktijk altijd anders gaat dan volgens de theorie.

4. Tijdstip van de metingen

De correctheid van de gegevens kan te maken hebben met het tijdstip waarop wij de

metingen hebben gedaan. Wanneer wij bijvoorbeeld op een dinsdag de accu gingen opladen,

konden we deze de volgende dag pas ontladen. Omdat onze accu's een redelijk groot

percentage zelfontlading hebben zal dit wel iets invloed hebben gehad maar uiteindelijk is dit

te verwaarlozen door de grote capaciteit van de accu's

5. Temperatuur

Een andere factor is de temperatuur. Als je alle metingen op hetzelfde moment uitvoert,

maakt de temperatuur niets uit. Wanneer je dit onderzoek op verschillende dagen uitvoert,

zal de temperatuur waarschijnlijk per dag variëren wat een invloed heeft op de weerstand.

De grootte van de weerstand bepaalt de stroomsterkte en spanning die door de draden naar

de accu loopt. Bij een lage temperatuur is er een lage weerstand in de draden en zal de

stroomsterkte hoog zijn. Als er juist een hoge temperatuur is zal er dus sprake zijn van een

lage stroomsterkte. De temperatuur zal volgens ons maar een kleine invloed hebben gehad

op onze metingen aangezien de metingen binnen zijn gedaan waar de temperatuur bijna

altijd constant was.

Blz. 58


Accuwarenhuis (2014). Accu’s opladen. Geraadpleegd op 13 februari 2015, http://www.accuwarenhuis.nl/content/16-acculader-techniek Alferink, F. (2007). Meten van vermogen. Geraadpleegd op 17 februari 2015, http://meettechniek.info/basis/vermogen.html

Aljevragen.nl (2015). Hoe werkt een accu?. Geraadpleegd op 2 februari 2015, http://www.aljevragen.nl/sk/redox/RED012.html Ampèrewinkel (2013). Uitleg acculader & diverse acculader-types. Geraadpleegd op 5 februari 2015, http://www.amperewinkel.nl/uitleg-acculaders Build for fun (2011). Tech Info - Small Vehicle Drive Motors. Geraadpleegd op 12 februari 2015, http://buggies.builtforfun.co.uk/FactFiles/motors.html Circuits-online (2014). Go Kart gemaakt, motor kopen. Geraadpleegd op 10 juli 2014, http://www.circuitsonline.net/forum/view/83188 Exxonmobil (2008). Van batterij tot eerste accu. Geraadpleegd op 27 februari 2015, http://www.exxonmobil.nl/Benelux-Dutch/Newsroom/Publications/200807_ReflexHTM_NL/vanbatterijtoteersteaccu.htm Ffxs (2014). Wisselstroommotoren. Geraadpleegd op 17 februari 2015, http://www.ffxs.nl/DIY-elektro/cursussen/15wisselstroommotoren.pdf Galen, A. van (z.d.). De Accu deel 1. Geraadpleegd op 19 februari 2015, http://members.chello.nl/a.galen4/index_bestanden/Page1596.htm Galen, A. van (z.d.). Accu deel 2. Geraadpleegd op 19 februari 2015, http://members.chello.nl/a.galen4/index_bestanden/Page9507.htm

Hefra (2015). Laden. Geraadpleegd op 12 februari 2015, http://www.hefra.nl/docs/webshop.asp?act=doc&type=laders Hefra (2015). Over accu’s – De ontdekking. Geraadpleegd op 26 februari 2015, http://www.hefra.nl/docs/webshop.asp?act=doc&id=4757&lang=NL&change=1

Henk, P. (2011). Accu lader's. Geraadpleegd op 18 februari 2015, http://www.astroforum.nl/astrowiki/index.php/Accu_lader%27s LosApos (2014). Elektromotoren. Geraadpleegd op 16 februari 2015,

http://www.losapos.com/nl/elektromotoren_elektrische_auto

Mobilenergie.nl (2012). Leer over accu's en acculaders. Geraadpleegd op 13 februari 2015, http://www.mobilenergy.nl/leer-meer-over-acculaders.html

http://www.accuwarenhuis.nl/content/16-acculader-techniek

http://meettechniek.info/basis/vermogen.html

http://www.aljevragen.nl/sk/redox/RED012.html

http://www.amperewinkel.nl/uitleg-acculaders

http://buggies.builtforfun.co.uk/FactFiles/motors.html

http://www.circuitsonline.net/forum/view/83188

http://www.exxonmobil.nl/Benelux-Dutch/Newsroom/Publications/200807_ReflexHTM_NL/vanbatterijtoteersteaccu.htm

http://www.exxonmobil.nl/Benelux-Dutch/Newsroom/Publications/200807_ReflexHTM_NL/vanbatterijtoteersteaccu.htm

http://www.ffxs.nl/DIY-elektro/cursussen/15wisselstroommotoren.pdf

http://members.chello.nl/a.galen4/index_bestanden/Page1596.htm

http://members.chello.nl/a.galen4/index_bestanden/Page9507.htm

http://www.hefra.nl/docs/webshop.asp?act=doc&type=laders

http://www.hefra.nl/docs/webshop.asp?act=doc&id=4757&lang=NL&change=1

http://www.astroforum.nl/astrowiki/index.php/Accu_lader%27s

http://www.losapos.com/nl/elektromotoren_elektrische_auto

http://www.mobilenergy.nl/leer-meer-over-acculaders.html

Blz. 59


Motiondynamics (2015). United MY1016 250W 24V DC Motor With 11 Tooth Chain Sprocket. Geraadpleegd op 12 februari 2015, https://www.motiondynamics.com.au/united-my1016-250w-24v-dc-motor-with-11-tooth-chain-sprocket.html Robotshop (2012). How do I interpret DC motor specifications?. Geraadpleegd op 14 februari 2015, http://www.robotshop.com/blog/en/how-do-i-interpret-dc-motor-specifications-3657 Segers, M. (2004). Batterijen. Geraadpleegd op 6 februari 2015, http://www.chemischefeitelijkheden.nl/uploads/magazines/cf-44-205-batterijen.pdf Staveren, J. van (2014). Een relativerend verhaaltje over ENERGIE. Geraadpleegd op 5 februari 2015, http://www.energiefeiten.nl/#Rendement Sterl, F. (2014). Werking van de elektromotor. Geraadpleegd op 16 februari 2015, http://www.sciencespace.nl/article/view.do?supportId=3121

Traktiebatterijen Nederland (2013). De batterij oplader. Geraadpleegd op 11 februari 2015, http://www.traktiebatterijennederland.nl/7_ig_Batterij-oplader.php Wikipedia (2015). Alessandro Volta. Geraadpleegd op 27 februari 2015, http://nl.wikipedia.org/wiki/Alessandro_Volta

Wikipedia (2014). Batterijlader. Geraadpleegd op 5 februari 2015, http://nl.wikipedia.org/wiki/Batterijlader Wikipedia (2015). Battery charger. Geraadpleegd op 12 februari 2015, http://en.wikipedia.org/wiki/Battery_charger

Wikipedia (2014). Driefasige asynchrone motor. Geraadpleegd op 17 februari 2015, http://nl.wikipedia.org/wiki/Driefasige_asynchrone_motor#Stator Wikipedia (2014). Elektrische auto. Geraadpleegd op 10 juli 2014, http://nl.wikipedia.org/wiki/Elektrische_auto Wikipedia (2014). Elektromotor. Geraadpleegd op 12 september 2014, http://nl.wikipedia.org/wiki/Elektromotor Wikipedia (2013). Galvanisch element. Geraadpleegd op 2 februari 2015, http://nl.wikipedia.org/wiki/Galvanisch_element Wikipedia (2015). Koppel (aandrijftechniek). Geraadpleegd op 14 februari 2015, http://nl.wikipedia.org/wiki/Koppel_%28aandrijftechniek%29 Wikipedia (2015). Lithium-in-accu. Geraadpleegd op 5 februari 2015, http://nl.wikipedia.org/wiki/Lithium-ion-accu

Wikipedia (2015). Lithium-ion-polymeer-accu. Geraadpleegd op 9 februari 2015, http://nl.wikipedia.org/wiki/Lithium-ion-polymeer-accu

Wetenschapsforum (2004). loodaccu. Geraadpleegd op 18 februari 2015, http://www.wetenschapsforum.nl/index.php/topic/150370-loodaccu/

https://www.motiondynamics.com.au/united-my1016-250w-24v-dc-motor-with-11-tooth-chain-sprocket.html

https://www.motiondynamics.com.au/united-my1016-250w-24v-dc-motor-with-11-tooth-chain-sprocket.html

http://www.robotshop.com/blog/en/how-do-i-interpret-dc-motor-specifications-3657

http://www.chemischefeitelijkheden.nl/uploads/magazines/cf-44-205-batterijen.pdf

http://www.energiefeiten.nl/#Rendement

http://www.sciencespace.nl/article/view.do?supportId=3121

http://www.traktiebatterijennederland.nl/7_ig_Batterij-oplader.php

http://nl.wikipedia.org/wiki/Alessandro_Volta

http://nl.wikipedia.org/wiki/Batterijlader

http://en.wikipedia.org/wiki/Battery_charger

http://nl.wikipedia.org/wiki/Driefasige_asynchrone_motor#Stator

http://nl.wikipedia.org/wiki/Elektrische_auto

http://nl.wikipedia.org/wiki/Elektrische_auto

http://nl.wikipedia.org/wiki/Elektromotor

http://nl.wikipedia.org/wiki/Galvanisch_element

http://nl.wikipedia.org/wiki/Koppel_%28aandrijftechniek%29

http://nl.wikipedia.org/wiki/Lithium-ion-accu

http://nl.wikipedia.org/wiki/Lithium-ion-polymeer-accu

http://www.wetenschapsforum.nl/index.php/topic/150370-loodaccu/

Blz. 60


Wikipedia (2015). Loodaccu. Geraadpleegd op 2 februari 2015, http://nl.wikipedia.org/wiki/Loodaccu

Wikipedia (2014). Oplaadbare batterij. Geraadpleegd op 12 september 2014, http://nl.wikipedia.org/wiki/Oplaadbare_batterij Wikipedia (2014). Rotor (elektromotor). Geraadpleegd op 18 februari 2015, http://nl.wikipedia.org/wiki/Rotor_%28elektromotor%29

Wikitronics (2012). Geschiedenis. Geraadpleegd op 26 februari 2015, http://www.wikitronics.nl/?q=node/154

Kabel, M. & Spillane, B. (2014). Chemie Overal: 5 HAVO . Groningen: Noordhoff Uitgevers.

Feldmann, C. (Januari 2015) Hoe werkt het? Deze maand: de accu. Kampioen, 1, p. 61.

http://nl.wikipedia.org/wiki/Loodaccu

http://nl.wikipedia.org/wiki/Oplaadbare_batterij

http://nl.wikipedia.org/wiki/Rotor_%28elektromotor%29

http://www.wikitronics.nl/?q=node/154

Blz. 61


Wat? Prijs Wie betaald?

Spuitbussen: 2x Geel 2x Zwart

4 x 8,99 = €35,96 Hessel

Elektromotor €40,- Hessel

Snelheidsregelaar €13,43 Hessel

Omvormer €14,95 Hessel

Tandwiel tussenas €13,12 Hessel

Accuklemmen €10,00 Hessel

Snelheidsregelaar tot 30A €15,00 Hessel

Totaal €142,56 Gijs en Hessel (beiden helft)

Rood gemarkeerd = Verzonken kosten

Voor de skelter hadden we 4 spuitbussen nodig om deze helemaal te spuiten. Dit waren 2 gele en 2

zwarte spuitbussen. Deze zijn gekocht bij de Praxis in Vleuterweide. Per stuk kostte de spuitbussen

€8,99.

De elektromotor hadden we nodig om de skelter aan te drijven en de metingen voor de derde

deelvraag te beantwoorden. Deze hebben we gevonden via marktplaats en kostte €40,- inclusief

verzendkosten. De motor was een 250 watt elektromotor met een toerental van 2750 rpm.

De snelheidsregelaar hadden we nodig om de energietoevoer van de elektromotor te regelen. Deze

hebben we van dealextreme.com en kostte €13,43 inclusief verzendkosten. De snelheidsregelaar is

uiteindelijk kapot gegaan door een te hoge stroomsterkte. Hierdoor zijn de kosten voor niks geweest

aangezien we niks meer aan de snelheidsmeter hadden.

De omvormer hadden we nodig om de accu te belasten en hem leeg te trekken. Dit werkte echter

niet en daarom zijn dit verzonken kosten. De omvormer kostte €14,95 inclusief verzendkosten maar

kunnen we nog wel gebruiken.

Het tandwiel voor de tussenas hadden we nodig om de tussenas en de achteras te verbinden door

middel van een ketting. Het tandwiel is een zogenaamde scooter tandwiel. We moesten deze uitgave

doen omdat het tandwiel op de achteras van de skelter net zo'n tandwiel had en anders de ketting

niet paste. Het tandwiel kostte €13,12 inclusief verzendkosten.

De accuklemmen hadden we nodig om de 2 accu's met elkaar te verbinden. Deze kostte €10,00

inclusief verzendkosten.

De tweede snelheidsregelaar moesten we aanschaffen omdat de eerste kapot ging aangezien die

maar tot een stroomsterkte van 8 ampère kon. Deze nieuwe snelheidsregelaar kan tot 30 ampère en

kan ingesteld worden op spanningsbronnen van 6 tot 60 volt.

Blz. 62


Gijs:

Hessel en ik hadden samen vrij vroeg afgesproken dat we ons profielwerkstuk samen wilden gaan

maken. We hadden alleen wat moeite met het verzinnen van een onderwerp. Gelukkig werden we

door vrienden gewezen op dit onderwerp en vonden dit uiteindelijk wel interessant. Eenmaal bij het

kiezen van dit onderwerp werden we er op gewezen dat dit echt een pittig onderwerp is.

Dit bleek ook wel toen we bezig waren. Ten eerste was het erg lastig om de geschikte motor en accu

te vinden. Het moest voldoen aan alle eisen en natuurlijk niet te prijzig zijn. Hierdoor duurde het lang

om de geschikte onderdelen te vinden voordat we konden meten.

Toen we wilden gaan meten, kwamen we erachter dat dit ook nog niet zo makkelijk is. We hebben

meerdere meetopstellingen geprobeerd maar we kwamen maar niet op de juiste. Na wat help van

Geert is dit wel goed gekomen en konden we eindelijk beginnen met meten. Dit was misschien iets

aan de laten kant waardoor we in wat tijdnood kwamen.

Bij het verwerken van de deelvragen liepen we alleen tegen wat problemen op. Ik heb gevraagd hoe

we de deelvragen gingen doen en verdelen. Hessel begon met het verwerken van de gegevens en ik

met het literatuuronderzoek. Toen ik weer vroeg over de deelvragen bleek dit al allemaal af te zijn.

Hier is dus blijkbaar iets misgegaan in de communicatie en de samenwerking.

Verder verliep alles wel goed. Het werk dat nog gedaan moest worden was op tijd af. Uiteindelijk ben

ik best tevreden met het eindresultaat, maar vond ik dat ik wel een groter aandeel kon leveren in het

verslag.

Hessel:

De samenwerking tussen Gijs en mij verliep niet bepaald vlekkeloos. We begonnen te laat met het

regelen van allerlei dingen waardoor onze planning vastliep. Daarnaast begreep Gijs niks van de stof

en van wat we aan het doen waren wat betreft het PWS. Daarentegen zei hij alsnog dat hij het

snapte. Hij gooide er echter een beetje met de pet naar waardoor ik het verslag zelf heb moeten

maken. Ik heb vaak gevraagd of hij zijn logboek wilde bijwerken en of hij zijn stukjes een beetje wilde

veranderen in verband met plagiaat. Na heel vaak proberen was ik er ook een beetje klaar mee

aangezien het weggegooide energie was. Hij is verder ook maar 1 keer bij de meetopstelling

geweest. Dit is niks aangezien ik 5 weken lang elke dag minimaal 10 minuten eerder en 10 minuten

later op school was om de meting te starten en af te sluiten. Verder heb ik hem dus nooit gezien. Ook

heeft hij in ongeveer 5 weken tijd, inclusief het vierkant rooster, 3000 woorden geschreven en een

groot deel is van Wikipedia afkomstig.

Blz. 63


Ik kan dus zeggen dat ik een verkeerde keuze heb gemaakt qua partner. Dit vind ik erg jammer want

daardoor is het verslag zeker minder goed geworden. Hierdoor ben ik er niet zo blij mee als dat ik

was met het PO Natuurkunde van vorig jaar. Ook denk ik dat als je 2 mensen hebt die beiden het

onderwerp begrijpen, je van elkaar kan leren en je fouten van elkaar uit het verslag kan halen. Nu

heb ik het echter alleen moeten nakijken en hierdoor lees je altijd over fouten heen.

Ik vind het wel leuk dat de elektrische skelter gelukt is en we hier een verslag omheen hebben

kunnen maken. Hierdoor weet ik nu wat meer over elektromotoren en over het rendement van

spullen die we in het dagelijks leven vaak gebruiken. Ook is het natuurlijk gaaf dat de skelter echt

werkt en dat we deze kunnen laten zien op de markt.

Al met al baal ik er dus van dat Gijs bijna niks heeft gedaan en we niet tot een super verslag gekomen

zijn. Wel heb ik hiervan geleerd dat een goede partner kiezen de helft van het werk scheelt.

Daarnaast heb ik zeker wat geleerd van het bouwen van de elektrische skelter, het berekenen van de

tandwielen voor de skelter, het berekenen van de verschillende soorten rendementen en het totale

rendement van alles bij elkaar. Daaruit bleek ook dat er veel energie verloren gaat in alle processen

waarin energie wordt omgezet. Dit had ik van tevoren niet had gedacht.

1. Voor een eventueel vervolgonderzoek zouden we in ieder geval meer metingen moeten doen om

tot een betrouwbaarder onderzoek te komen. Dit betekend dus simpelweg eerder beginnen met

meten.

2. Daarnaast kunnen we volgende keer beter een nieuwere oplader gebruiken zodat het rendement

wat hoger ligt. Ook konden we beter een accu met wat minder capaciteit nemen, zoals 36 Ah in

plaats van 74 Ah. Hierdoor zouden de metingen wat sneller gaan.

3. Ook zouden we de volgende keer moeten kijken of we naast alleen het rendement van de accu te

kunnen meten, ook het rendement van de oplader en van de skelter kunnen meten. Dit kan alleen

als je op tijd begint en je de goede mensen tegenkomt die de juiste spullen hebben om dit te meten.

4. Voor het maken van de skelter zullen we volgende keer ook meer tijd vrij moeten maken. We zijn

op tijd begonnen maar uiteindelijk kwamen we toch nog in tijdnood. Dit kwam doordat onderdelen

een lange levertijd hadden en de snelheidsregelaar op het laatst nog kapot ging. Het was dus even

stressen of de nieuwe regelaar op tijd zou worden geleverd maar gelukkig was dit wel zo.

Blz. 64


Opladen:

Meting 1.1 oude oplader

Meting 1.1 nieuwe oplader

Blz. 65




Blz. 66




Blz. 67




Blz. 68



Wat je duidelijk kan onderscheiden tussen de grafieken van de oude oplader en de grafieken van de

nieuwe oplader is dat de oude oplader een erg rimpelige grafiek heeft. Als je bijvoorbeeld kijkt naar

meting 2.2 van de oude oplader zie je dat het voltage in een korte tijd verandert van

tot . Dit komt omdat de oude oplader een 50 Hz lader is die gebruik maakt van 2

spoelen. Door deze spoelen ontstaat de rimpelige grafiek en we hoorden daarom ook tijdens het

meten een gezoem uit de oude oplader komen.

De nieuwe oplader laat daarentegen een erg constante lijn zien. Dit is een microprocessor gestuurde

oplader met een zogenoemde autoaccu laadstand. Hierdoor laad deze oplader de autoaccu zo goed

en constant mogelijk op zodat deze lang mee kan gaan. Daarom kregen we bij de nieuwe oplader

veel minder tot geen extreme waarden in de grafiek.

Blz. 69


Meting 1.1 ontladen

Meting 2.1 ontladen

Blz. 70


Meting 2.2 ontladen

Meting 3.1 ontladen

Blz. 71


Meting 3.2 ontladen

Meting 4.1 ontladen

Voor de ontlaadschema's kunnen we precies zien welke accu's gelijk zijn ontladen nadat ze net aan

de oplader waren geweest en welke een dag hebben gestaan. De eerste en vierde meting laten

namelijk na een bepaalde tijd een sterke daling in één grafiek zien. Dan wordt de grafiek weer even

contant waarna deze nogmaals drastisch naar beneden zakt. Dit gebeurt allemaal binnen 7 uur en

dat was ook onze uitgerekende tijd dat de accu ongeveer leeg moest zijn. Bij de tweede en derde

grafiek zie je dat de eerste meting een bijna constante horizontale lijn is die weliswaar iets afloopt

maar dat heb je altijd bij een constante stroom uit een accu. De 2de keer meten van zowel meting 2

als 3 laat wel duidelijk het verval in spanning zien. Bij deze grafieken duurde het dus langer voordat

we dat verval kregen te zien en volgens de meetgegevens is er meer stroom uit de accu gekomen dan

dat er in kan. Zo weten we dus dat het ontladen gelijk na het opladen van een accu invloed heeft op

de hoeveelheid stroom die je uit de accu krijgt.

Vak: Natuurkunde Datum: 03-2015 - HHS studentweb15031985/files/PWS Elektrische Skelter.pdf · Blz....

Documents

Transcript of Vak: Natuurkunde Datum: 03-2015 - HHS studentweb15031985/files/PWS Elektrische Skelter.pdf · Blz....