Volt, Ampère, Watt, Ohm

Ook voor muzikanten is het handig om iets te weten van de basisbegrippen in de elektrotechniek en elektronica. Daarom hieronder wat info en een calculator.

Formules spanning, stroom, weerstand, vermogen

 R = U / I ofwel Weerstand = Spanning / Stroom ofwel Ohm = Volt / Ampère (Wet van Ohm)

 P = I * U ofwel Vermogen = Stroom * Spanning ofwel Watt = Ampère * Volt

Enkele afgeleiden hiervan:

• Watt = Ampère2 * Ohm
• Watt = Volt2 / Ohm
• Ampère = Watt / Volt
• Volt = Watt / Ampère

Basisbegrippen electriciteit

Een analogie met water dat door een buis stroomt maakt het inzichtelijker:

Met bovenstaande vergelijking in gedachten kun je nagaan dat bijvoorbeeld bij meer druk en gelijke weerstand er een grotere stroomsterkte ontstaat. Of dat er bij meer druk én meer stroomsterkte meer arbeid verricht kan worden (vermogen).

Door wat te spelen met deze calculator krijg je er gevoel voor en zie je de ook andere formule-afleidingen: Vul twee waarden in, de andere twee worden berekend na een klik op de button "Bereken".

Kijk maar eens hoe groot de stroom wordt als je een 300W audioversterker op een 4Ohm luidsprekerbox aansluit: bijna 9 Ampère! Dan wordt het nut van dikke kabels en Speakon pluggen duidelijk, een simpele jackplug voldoet dan niet meer!

Ook kun je zien hoeveel Watt aan stroomverbruikers je kunt aansluiten als je een 230V/16A stroomkring ter beschikking hebt. Let wel: een 100W versterker verbruikt zelf meer dan 100W, kijk op de achterkant ervan.

P = I2 * R dat betekent dat als bij een gegeven weerstand (van een kabel of luidspreker bijvoorbeeld) de stroom (Ampère) groter wordt, de ontwikkelde warmte (=energieverlies) kwadratisch toeneemt met de stroom. Daarom wordt stroom over lange afstanden ook per hoogspanningskabel vervoerd en zijn lange dunne kabels (meer weerstand!) voor grote stromen (luidsprekerkabels) funest.

 Cosinus phi (cos φ), VA, blindvermogen, schijnvermogen

Voor de specialisten: aangezien we meestal met wisselstroom te maken hebben, is de situatie feitelijk iets ingewikkelder. Voor gelijkstroom en wisselstroom met zuiver Ohmse belastingen kloppen bovenstaande formules precies, voor wisselstroom moeten we rekening houden met reactieve belasting, met name verliezen door de opgewekte magnetische velden in spoelen. Die spoelen zitten onder andere in in transformatoren en elektromotoren. Het totale verbruikte vermogen in Watt (of VA) bestaat dan uit een deel zogenaamd "blindvermogen" en een deel "werkelijk vermogen", dat is het vermogen dat ook rendement oplevert (kracht van een motor, licht of wat dan ook). De verhoudingsfactor hiertussen is de cosinus phi, kort geschreven als: cos φ. Die factor verschilt per apparaat en per soort apparaat. Bij een gloeilamp is geen spoel of magnetisch veld betrokken: hier is de cosinus phi dus 1, geen verliezen. Het werkelijke vermogen is dan gelijk aan het rendement, er is geen blindvermogen. Bij een enkele TL lamp (waar een spoel in zit) is de cosinus phi 0,5, bij een elektromotor (afhankelijk van belasting, constructie etc.) bijvoorbeeld 0,85. Voor het zelfde vermogen loopt er bij een lage cosinus phi méér stroom door de kabels.

Een opgerolde kabel (katrol) is in feite een spoel en heeft een grotere wisselstroomweerstand dan een afgerolde kabel. Bij grote belastingen dus altijd de kabel afrollen, anders wordt die door de combinatie van een grotere weerstand en de slechtere warmte afvoer erg warm en kan zelfs smelten en kortsluiting maken! In sommige kabelrollen zit voor dit doel een thermo zekering. Deze zekering onderbreekt de stroom als de temperatuur van de rol te hoog dreigt te worden.

De formule voor verbruikt vermogen wordt voor wisselstroom dus zo:

Watt = Volt * Ampère * cos φ

Dat heeft zoals gezegd gevolgen voor het aantal Ampères dat door een kabel gaat. Stel de cos phi van een apparaat is 0.85 en het aantal verbruikte Watts is 2300 bij 230V netspanning. Men spreek dan ook wel van 2300VA, of "schijnbaar vermogen" om aan tegeven dat dit het verbruiksvermogen is en niet het aan arbeid geleverde vermogen. Normaal zou je dan verwachten dat er 10A stroom loopt. Rekening houdend met de cos phi wordt dat meer, nl. 11.76A namelijk 10 * (1/0.85). Na te rekenen met de bovenstaande calculator!

Calculator voor kabel dikte

De formule voor de minimale kabeldoorsnede per ader in mm2 is, uitgaande van gangbaar koperdraad:

q = 0.035(100-n)LP/nU2

• L = Lengte kabel in m
• P = Vermogen in Watts
• U = Spanning in Volt bij begin kabel (= uitgang van de versterker
• n = Toegestane spanningsverlies in % (10% is ongeveer 1dB verlies)
• q = Kabeldoorsnede in mm2

Samen met de calculator hier boven kun je bijvoorbeeld voor een vermogen van 300W en een kabellengte van 50m uitrekenen wat de kabeldoorsnede minimaal moet zijn:

Stel we hebben een vermogen van 300Watt en een spanning van 35Volt. Bij 50m, 300W, 35V aan de versterkeruitgang en 10% verlies levert dit een minimale doorsnede van 3.86mm2 voor de luidsprekerkabel. Let wel: dit is echt het minimum. Een dunnere kabel, met meer weerstand dus, verslechtert de dempingsfactor van je versterker.

Deze formule is een benadering, factoren als temperatuur, opbouw van de kabel (aders), warmteisolatie, cos phi etc. blijven hier buiten beschouwing.

Dempingsfactor

Voor een goede weergave is een dempingsfactor van minimaal 50 van je versterker het minimum. Hoe hoger hoe beter. De dempingsfactor is gelijk aan de geadviseerde luidsprekerweerstand (bijvoorbeeld 4 Ohm) gedeeld door de inwendige weerstand van je eindtrap (versterker). Voor de totale dempingsfactor moeten hierbij de weerstanden van speakerkabels, eventueel scheidingsfilter en de overgangsweerstanden in de verbindingen en stekkers bij opgeteld worden. De totale dempingsfactor is dan de speakerweerstand / de optelling van alle andere genoemde weerstanden.

Stel je versterker heeft een dempingsfactor van 100 bij 4 Ohm, dan is de inwendige weerstand ervan 4/100 = 0.04 Ohm. Als je kabel ook een weerstand van 0.04 Ohm heeft, wordt het totaal 0.08 Ohm. De dempingsfactor van versterker plus kabel is dan 4/0.08 = 50.

Donatie

Dit is een gratis site, die al sinds 2003 voortdurend wordt uitgebreid en geactualiseerd. Als jij ook wilt dat dat zo blijft, doe dan een donatie aan Popschool Maastricht >>

Bijgewerkt op: 5 November, 2023