Icon up Overzicht

Auto opladen zonder stekker (Exaktueel)

Onderwerp: inductie en wisselstromen

Een opgave van de redactie van Stichting Exaktueel. Op basis van artikelen in de media worden opgaven gemaakt die aansluiten bij het natuurkunde-onderwijs in het voortgezet onderwijs.

Het tekort aan laadpalen belemmert de overschakeling op elektrisch rijden. Maar het kan ook anders. NRC van 4 dec 2016 schrijft over een proef in Rotterdam met snoerloos ‘inductief’ opladen via een laadplaat in de grond. De techniek berust op het verschijnsel dat een wisselend magneetveld een elektrische stroom KAN opwekken. Dat wisselend magneetveld ontstaat door in de laadplaat een wisselstroom door een spoel te sturen. Aan de onderkant van de auto bevindt zich een tweede spoel die het wisselend magneetveld opvangt en daardoor een wisselspanning opwekt, waarmee de batterij van de auto wordt opgeladen. De krant zegt dat in de Rotterdamse proef de afstand tussen de laadplaat en de onderkant van de auto 16 centimeter is. Het rendement zou rond de 90 procent liggen bij een vermogen van 3,3 kilowatt en het volledig opladen duurt een uur of acht.

De combinatie van spoelen lijkt op die bij een transformator.

a) Noem een ander voorbeeld uit het dagelijks leven van inductieve energieoverdracht.

b) Maak een schets van de beide spoelen – van opzij bekeken – als de auto goed boven de laadplaat staat.

c) Vul de schets aan met het veldlijnenpatroon dat veroorzaakt wordt door de spoel in de laadplaat.

d) Wat wordt bij dit opladen bedoeld met het rendement?

e) Hoe kun je in je schets zien dat het rendement van de overdracht van energie niet 100 procent kan zijn?

f) Leg uit waarom het voor een hoog rendement van belang is dat de afstand tussen beide spoelen zo klein mogelijk is.

g) Leg uit waardoor in de secundaire spoel een inductiespanning ontstaat. Gebruik in je antwoord het begrip flux.

In informatie bij de Rotterdamse proef staat dat de frequentie van het lichtnet te laag is voor efficiënte energieoverdracht. Daarom is in de laadplaat een omvormer ingebouwd die de laagfrequente stroom van het lichtnet omzet in een hoogfrequente stroom door de primaire spoel. De in de secundaire spoel opgewekte wisselspanning moet vervolgens worden omgezet in gelijkspanning voor het elektrisch systeem van de auto. Dat gebeurt met een gelijkrichter.

h) Welk verband is er tussen de verandering van flux en de opgewekte inductiespanning?

i) Leg uit waarom het belangrijk is dat de primaire wisselstroom een hoge frequentie heeft.