Aantonen

Een beschrijving van de aantoning gevolgd door een video waarin we laten zien dat een condensator dynamisch en contactloos opgeladen kan worden.

Ld = dynamische spoel, ofwel de spoel op het voertuig

Ls = statische spoel, ofwel de spoel onder de weg

Ons eerste experiment was het bevestigen van de theorie in de praktijk. Om verder te komen met ons PWS moesten we eerst weten of de in theorie bedachte Fluxroadd in de praktijk wel zou werken. Hieronder volgt een korte beschrijving van het verloop van de dag, waarop we het experiment van aantoning hebben uitgevoerd.

We hebben voor het experiment materiaal van school geregeld.

Dit materiaal bestond uit spoelen met weekijzeren kernen en stroomdraadjes. Bij Gerben thuis hebben we op de eettafel een sporenplan gemaakt, in de vorm van een ovaal. Toen het sporenplan werkte, gingen de treinen testen. Gerben had verschillende sterke treinen uitgezocht, maar uiteindelijk was er maar een overgebleven die alles kon trekken (gedurende de periode tussen dit experiment en de andere twee is een andere locomotief aangeschaft die nog beter was).

Als spanningsbron hebben we een zelfgemaakte schakeling gebruikt, waar we alleen konden transformeren van 230 V wisselspanning naar 26 V wisselspanning. Voor de veiligheid waren er nog zekeringen (van 5 A) in de schakeling opgenomen. Achteraf bleek dat deze zeker nodig waren.

De statische schakeling bestaat uit:

Een variabele spanningsbron ingesteld op 26V wisselspanning en een stroomsterkte van 5A.

Hierop zijn twee spoelen parallel aangesloten. Deze spoelen staan naast elkaar, de één met de noordpool naar boven gericht de ander met de zuidpool naar boven gericht, zodat ze elkaar versterken.

De trein met dynamische schakeling

De trein bestond uit een locomotief (Taurus genaamd) met daarachter een

aantal wagons. Op een van deze wagons hebben we de spoel geplaatst. We hebben lage platte wagons gebruikt om te zorgen voor een ideale afstand tussen de statische en dynamische spoel. We moesten er wel goed op letten dat er weinig metaal in de wagons zat vanwege het magnetisch veld.

Wagons alleen van plastic was geen goede keuze, omdat plastic geen magnetische inductie doorlaat. De gebruikte wagon was dus de enige juiste, volledig van metaal. Ook deze wagon zou het magnetische veld beïnvloeden. Hier hebben we bij de andere experimenten wel rekening mee gehouden. Omdat er bij het aantonen geen metingen werden verricht was dit nog niet van belang.

Achter de spoelwagon zat een vlakke wagon die er alleen maar was om afstand te creëren tussen de spoel en de schakeling, dit was nodig omdat de stroomdraadjes wat star waren. Indien we de platte wagon er niet tussen zetten, viel de trein in de bochten om, door de starheid van de stroomdraadjes.

Op de laatste wagon bevond zich de rest van de dynamische schakeling. Deze schakeling is gelijk aan de dynamische schakeling bij de proefopstelling. Het enige verschil was dat we alleen een weerstandje in serie met een LED aangesloten op de condensator, in plaats van een black box en twee LED’s die om en om aan en uit gingen.

Onder de rails zie je de statische schakeling. De dynamische schakeling bevindt zich op de trein.

De statische schakeling

Het sporenplan lag los op de tafel, wat betekende dat we geen ruimte hadden onder de rails om de spoelen op te stellen, dus hebben we er voor gekozen om de spoelen naast de rails te plaatsen.

De spoelen hebben we laten nameten bij CO Rijswijk in Driebruggen (zij wikkelen onder andere elektromotoren). Daar bleek dat de spoelen van 600 windingen met weekijzeren kern maximaal 26 volt aankonden en de spoelen met 300 windingen met weekijzeren kern ongeveer 12 à 13 volt. We gekozen voor om de spoelen met 600 windingen te gebruiken als statische spoelen (net als in de echte proefopstelling), want met deze spoelen konden we uiteindelijk de grootste inductiespanning opwekken. Een andere belangrijke reden was de veiligheid, want als we voor de spoelen met 300 windingen hadden gekozen, waren deze overbelast geraakt. Op de trein hebben we dezelfde opstelling gebouwd als bij de echte experimenten, alleen zonder de black box en de knipperende LED’s. We hebben voor de dynamische spoel ook de spoel met 600 windingen gekozen, omdat bij een ander aantal windingen transformatorwerking op zou treden tussen de spoelen. Dit zou extra verlies opleveren. Daarnaast was de spoel met 1000 windingen met weekijzeren kern te zwaar voor de trein.

Toen we de trein hadden opgebouwd met de spoelen zag dit er schematisch als volgt uit:

De dynamische schakeling zag er als volgt uit:

Een spoel is bevestigd op een wagon op zo'n manier dat de wagon de magnetische flux niet beïnvloed.

Deze spoel is aangesloten op een gelijkrichter

De spoel is verbonden met een condensator. Hierin wordt de energie opgeslagen.

Daarna gaat de energie naar drie LED lampjes, zodat goed te zien is of er energie is opgeslagen in de condensator.

Met deze opstelling konden we aantonen of er energie was overgedragen tijdens het rijden. Als de LED's branden duidt dit op een inductiespanning in de dynamische spoel. Dit betekent dat er contactloos en dynamisch energieoverdracht heeft plaatsgevonden.

Metalen wagon

De dag was lang en niet alles verliep even soepel. We waren bijvoorbeeld erg lang bezig met het bouwen van de geschikte combinatie van wagons voor de trein. We hadden bijvoorbeeld een wagon in de trein opgenomen die wat metaal bevatte. De video hieronder laat zien wat daarna gebeurde.

Video

Nadat we de hierboven beschreven opstelling voltooid hadden, konden we eindelijk gaan testen of het lampje zou gaan branden. De video hieronder laat zien of we konden aantonen of er contactloos en dynamisch energieoverdracht heeft plaatsgevonden.

De video is niet echt van hoge kwaliteit en daarom hebben we een betere video gemaakt waarin we hetzelfde experiment uitvoeren, maar dan met de proefopstelling. Hierbij geven we zelf commentaar over de werking.