In een heteluchtoven zit behalve een verwarmingselement dat de lucht verhit, een ventilator voor het verspreiden van de hete lucht en een grill.
In de tabel in figuur 1 staan de vermogens van het verwarmingselement, de ventilator en de grill.
De oven zit op een aparte groep met een zekering van 16 A. De netspanning is 230 V.
Opgaven
a) Laat met een berekening zien dat deze zekering voldoet.
Het verwarmingselement dat de lucht verhit, is een nichroomdraad in de vorm van een spiraal. De draad heeft een doorsnede van 0,12 mm2.
b) Bereken de lengte van de draad.
In de oven zit een temperatuursensor. Figuur 2 is de ijkgrafiek van de sensor.
In figuur 3 is het deel van de schakeling te zien waarmee het in- en uitschakelen van het verwarmingselement geregeld wordt.
De oven is koud. Door de drukschakelaar 'aan' even in te drukken wordt het verwarmingselement ingeschakeld. Het gaat uit als de oven de ingestelde temperatuur bereikt. Met de drukschakelaar 'uit' kan men het verwarmingselement op elk gewenst moment uitzetten. In figuur 3 zijn de punten A, B, C, D, E en F aangegeven.
In figuur 4 staat een tabel waarin drie keer moet worden ingevuld of het signaal in de punten A tot en met F laag (0) of hoog (1) is.
c) Druk figuur 4 af en vul in de tabel bij A tot en met F de juiste waarden in.
Wanneer de temperatuur in de oven de ingestelde temperatuur heeft bereikt, zorgt de schakeling ervoor dat die temperatuur gehandhaafd wordt.
d) Hoe groot is de ingestelde temperatuur?
e) Leg uit hoe de schakeling ervoor zorgt dat die temperatuur gehandhaafd wordt.
Om het opwarmen te versnellen, kan ook de grill worden ingeschakeld.
In figuur 5 is de (nog onvolledige) schakeling getekend waarmee ook het in- en uitschakelen van de grill tijdens het opwarmen wordt geregeld.
De schakeling moet aan de volgende eisen voldoen.
- De grill wordt ingeschakeld door de drukschakelaar 'aan' van de grill even in te drukken.
- Wanneer de temperatuur in de oven de ingestelde waarde heeft bereikt, zorgt de schakeling ervoor dat de grill blijvend wordt uitgeschakeld; in tegenstelling tot het verwarmingselement gaat de grill dus niet meer aan, wanneer de temperatuur beneden de ingestelde waarde komt.
- Door de drukschakelaar 'uit' van de grill even in te drukken kan de grill, indien gewenst, tussentijds uitgeschakeld worden.
f) Maak een print van figuur 5 en maak de schakeling compleet zodat aan bovengenoemde eisen is voldaan.
Uitwerkingen
Open het antwoord op de vraag van jouw keuze.
Uitwerking vraag (a)
Het totaal ingeschakelde vermogen is 1450 + 80 + 1300 = 2830 W.
De bijhorende stroomsterkte is:
I = P / U = 2830 / 230 = 12,3 A.
De zekering van 16 A is dus ruim voldoende.
Uitwerking vraag (b)
Voor de weerstand geldt:
R = U / I
met U = 230 V en I de stroom over het verwarmingselement. Deze is eenvoudig te bepalen, namelijk:
I = P / U = 1450 / 230 = 6,30 A.
De weerstand is dus gelijk aan:
R = U / I = 230 / 6,30 = 36,5 Ω
De weerstand in een draad is gegeven door:
R = ρ * l / A
Waarbij ρ voor een nichroomdraad gelijk is aan 1,1 * 10-6 Ωm en A gegeven is, namelijk 0,12 mm2. De lengte van de draad is nu te berekenen:
l = R * A / ρ = 36,5 * 0,12 * 10-6 / 1,1 * 10-6 = 4,0 m .
Uitwerking vraag (c)
Uitwerking vraag (d)
De comperator vergelijkt de waarde van de temperatuursensor met 3,0 V. Volgens figuur 2 komt dit overeen met 2,3 * 102 °C.
Uitwerking vraag (e)
Zodra de ingestelde temperatuur bereikt is, wordt de uitgang van de comperator hoog en dus de uitgang van de invertor laag.
Hierdoor wordt het verwarmingselement uitgeschakeld.
Zodra de temperatuur onder de ingestelde temperatuur is, wordt de uitgang van de comperator laag en dus de uitgang van de invertor hoog.
Hierdoor wordt het verwarmingselement ingeschakeld.
Uitwerking vraag (f)
Als de 'aan' schakelaar kort ingedrukt wordt, moet de grill aan gaan en aan blijven. Dit kan bereikt worden door de 'aan' schakelaar via een memory-poort aan te sluiten op de grill.
Wanneer de temperatuur de juiste waarde heeft bereikt, moet de grill uitgeschakeld worden. Dit kan bereikt worden door het signaal van de comperator achter de temperatuursensor aan te sluiten op de reset van de memory-poort.
Omdat de grill ook uitgeschakeld moet worden als de 'uit' schakelaar ingedrukt wordt, moet deze ook op de reset aangesloten worden. Dit kan met een of-poort.
Het resultaat staat hieronder:
