Basisprincipes van het elektrische systeem

Zonder werkend elektrisch systeem rijdt geen enkele motor. Daarom is het des te belangrijker het een en ander te weten over watt en volt, ampère en ohm.

Basisprincipes van het elektrische systeem

Basiskennis over elektra

Als het over stroom gaat, sta je meteen onder hoogspanning en bij begrippen zoals watt, ohm, volt en dergelijke duizelt het je al snel. Maar wie storingen in het elektrische systeem van een voertuig wil oplossen, moet eerst enige basiskennis hebben over dit en enkele andere natuurkundige basisbegrippen uit de elektriciteitsleer. We zullen hier watt, volt en dergelijke toelichten en meteen de wijd verbreide angst van hobbymonteurs voor werkzaamheden aan het elektrische systeem van hun motor wegnemen.

Je kunt stroom niet zien, maar de werking ervan is met de zintuigen waar te nemen; het licht van een gloeilamp, de warmte van verwarmde handvatten of de uitslag van een voltmeter maken duidelijk dat er sprake is van stroom. 

'Stroom' betekent in het gelijkstroomnet van een motor dat negatief geladen elektronen van de minpool of stroombron (bijv. de accu) via een kabel en een elektrisch apparaat (bijv. een gloeilamp) naar de pluspool gaan. Bij wisselstroom verandert de stroomrichting voortdurend. Niet-gelijkgerichte stroom stroomt bijvoorbeeld van de wisselstroomdynamo naar de spanningsregelaar/gelijkrichter van het voertuig en wordt daar gelijkgericht in het gelijkstroomboordnet ingevoerd.


Stroomcircuit met zekering

Stroomcircuit met zekering: a) Stroombron (accu); b) Zekering; c) Schakelaar; d) Elektrisch apparaat (gloeilamp); e) Leiding

De basisbegrippen: ohm, volt, ampère en watt

De intensiteit van de stroom en de werking van een leiding zijn te begrijpen als een vergelijking met stromend water in een buis wordt gemaakt. De waterdruk aan het einde van de buis hang af van de diameter en het verval – hoe hoger de bron van het water zich bevindt en hoe groter de diameter van de buis, des te hoger is ook de waterdruk. 

Bij elektrische stroom komt de diameter van de buis overeen met de doorsnede van de aangesloten elektriciteitskabel. Hoe dikker en korter de kabel, des te beter wordt de stroom geleid en des te minder 'weerstand' werkt er tegen. Hoe langer en dunner de kabel, des te hoger is de 'elektrische weerstand'. Deze is afhankelijk van het materiaal, de diameter, de lengte en de temperatuur. De weerstand wordt gemeten in ohm (Ω) en wordt aangeduid met de formuleletter R. De kabel is gemaakt van metaal en geleidt de stroom niet helemaal zonder wrijving. Door deze wrijving ontstaat warmte. Een te dunne of gecorrodeerde kabel kan dus zeer heet worden, en de isolatie kan zelfs ontbranden (kabelbrand). Om dergelijke schade te vermijden, worden elektrische zekeringen ingezet. Die werken als een gepland breekpunt in een mechanisch onderdeel: ze onderbreken het stroomcircuit bijv. bij een kortsluiting. Zo voorkomen ze schade aan de accu en aan elektrische onderdelen, of zelfs kabelbranden.

Zorg altijd voor schone en corrosievrije verbindingen

Zorg altijd voor schone en corrosievrije verbindingen

Naast voldoende dikke kabels voor de betreffende toepassing moet altijd worden gelet op corrosievrije en schone contacten zoals klemmen en stekkers, om overgangsweerstanden laag te houden. Kroonsteentjes en aftakverbinders moeten voor het voertuig zo mogelijk worden vermeden, omdat ze de weerstand in de leiding onnodig verhogen en geen veilige, trillingsbestendige verbinding vormen. Min-/massaleidingen moeten kwalitatief net zo goed zijn als plusleidingen.

Zo wordt stroom gegenereerd: de dynamo

Zo wordt stroom gegenereerd: de dynamo

De spanning wordt gemeten in volt (V) en wordt in formules aangeduid met U. De spanning is het potentiaalverschil tussen de min- en pluspool. In onze vergelijking met water is dit het verschil tussen en vol en leeg waterreservoir op hetzelfde niveau die met een buis worden verbonden. Het water stroomt totdat het vulpeil in beide reservoirs gelijk is. Die toestand komt overeen met een lege accu. Het water moet worden weggepompt voordat het weer gaat stromen. Bij de accu wordt het 'pompen' uitgevoerd door een oplader of de stroomgenerator, de zogeheten 'dynamo' van het voertuig. Deze genereert spanning door de draaiende beweging van een elektrische spoel in een magnetisch veld.

Een andere belangrijke factor in het stroomcircuit is de stroomsterkte. Deze wordt uitgedrukt in ampères (A) en in formules weergegeven met een I. De stroomsterkte geeft aan hoeveel elektronen er per tijdseenheid door een leidingdiameter/een weerstand (de stroomkabel) stromen. In onze vergelijking met water komt de stroomsterkte overeen met de hoeveelheid water die afhankelijk van de buisdiameter en het verval binnen een bepaalde tijd door de waterbuis stroomt.

De samenhang tussen de natuurkundige grootheden stroomsterkte, spanning en weerstand die we hebben beschreven, wordt uitgedrukt in de wet van Ohm: 

  • R = U / I (weerstand = spanning / stroomsterkte)
  • I = U / R (stroomsterkte = spanning / weerstand) 
  • U = R x I (spanning = weerstand x stroomsterkte)

Als twee van de waarden bekend zijn, kan de derde worden berekend. De vierde belangrijke grootheid voor beschrijving van een stroomcircuit en de effectiviteit van een elektrisch apparaat is het vermogen. Dit wordt uitgedrukt in watt (W) en in een formule weergegeven met P. Ook dit is afhankelijk van spanning en stroomsterkte en kan worden berekend met de volgende formule: 

  • P = U x I (vermogen = spanning x stroomsterkte)
  • I = P / U (stroomsterkte = vermogen / spanning) 
  • U = P / I (spanning = vermogen / stroomsterkte)

In een stroomcircuit is alleen sprake van stroom als het circuit gesloten is. Zoals we hebben gezien bestaat een stroomcircuit in principe uit een spanningsbron, een leiding en een of meer elektrische apparaten. Een motor heeft meestal een systeem met één leiding waarin de pluspool van de accu via een schakelaar (bijv. het contactslot) is verbonden met het betreffende elektrisch apparaat (bijv. een gloeilamp). De leiding terug verloopt via een verzamelleiding en het metalen motorframe, de zogeheten massa, die via de massa-aansluiting verbonden is met de minpool van de accu. Als het contactslot op 'off' wordt gezet, is de accu gescheiden van de stroomcircuits van het voertuig en kan geen enkel elektrisch apparaat worden aangedreven.

Stroomcircuits op de motor

De elektra van een motor kan worden verdeeld in meerdere stroomcircuits. Zonder de volgende stroomcircuits kan geen enkele motor worden toegelaten tot het wegverkeer:

  • Een laadcircuit voedt de accu via de generator (dynamo) en de spanningsregelaar/gelijkrichter.
  • Een ontstekingscircuit voedt de ontstekingseenheid, bobine en bougies.
  • Een lichtcircuit voorziet de koplamp, de instrumenten en het achterlicht van stroom.
  • Daar komen nog kleinere, afzonderlijke stroomcircuits bij zoals het remlicht via de remlichtschakelaar van de voor- en achterrem, de knipperlichten, de claxon en eventueel indicatielampjes.

Moderne tweewielers beschikken over allerlei andere stroomcircuits, bijv. voor de thermostaatgestuurde waterkoeling van de motor met een ventilator, de computergestuurde inspuitelektronica met verschillende sensoren of de remassistentie (ABS).

Om bij computergestuurde voertuigelektronica de bekabeling te vereenvoudigen en gelijktijdig de aansluiting van extra componenten makkelijker te maken, wordt steeds vaker zogeheten CAN-bustechnologie toegepast waarmee de elektronische onderdelen via korte insteekleidingen op gemeenschappelijke dataleidingen worden aangesloten.

Circuittester voor het opsporen van lekstroom

Circuittester voor het opsporen van lekstroom

Testapparaten

Storingen in de elektra van je tweewieler zijn meestal het gevolg van defecte, beknelde kabels met een beschadigde isolatie of slechte en eventueel natte stekkerverbindingen. Die leiden zo nu en dan tot kortsluiting of lekstroom. Een lekstroom (het 'kleine broertje' van kortsluiting) ontstaat wanneer er vocht of corrosie ergens in een stroomcircuit een ongewenste verbinding vormt, bijvoorbeeld in een open contact zoals het (uitgeschakelde) contactslot. Ook al is zo'n stroom heel zwak, op den duur loopt de accu hierdoor leeg wanneer het voertuig is uitgeschakeld. Bij kortsluiting gaat dat aanzienlijk sneller. Die is dus te herkennen aan gesprongen zekeringen. De oorzaak van dergelijke storingen is het beste op te sporen met een circuittester. Die herkent en meet gelijkstroom. Met de adapters voor mini- en standaard platte insteekzekeringen wordt lekstroom in het stroomcircuit bij uitgeschakelde ontsteking gedetecteerd. Trek daartoe een zekering uit de zekeringenkast en steek deze in de bijbehorende adapter. Steek de adapter op de plaats van de zekering, schakel het apparaat in en lees de waarde af.

De multimeter, een veelzijdig test- en meetinstrument

De multimeter, een veelzijdig test- en meetinstrument

Om storingbronnen te vinden en elektrische onderdelen door te meten is een multimeter nuttig. Daarmee kun je de accuspanning, de weerstand van een kabel of onderdeel, de stroom en nog veel meer meten. Bij Louis verkrijg je de multimeter met een motorspecifieke gebruiksaanwijzing en toepassingsvoorbeelden. Dat maakt het opsporen van fouten veel gemakkelijker.

Met de multifunctionele LED-tester spoor je storingen in de kabelboom op

Met de multifunctionele LED-tester spoor je storingen in de kabelboom op

Als het er alleen om gaat om vast te stellen of een onderdeel stroom krijgt of dat de toevoer onderbroken is, is een eenvoudige spanningzoeker voldoende. Die mag in geen enkele gereedschapset ontbreken. Klem de kabel van het multifunctionele LED-testapparaat op massa (bijv. een blanke motorschroef) of aan een minkabel van de kabelboom van het voertuig (bijv. de minpool van de accu) en houd de testsonde tegen de plusingang van het onderdeel dat je wilt testen (bijv. de ingangskabel van het contactslot). Als het lampje niet gaat branden, krijgt het onderdeel geen stroom via het geteste contact en moet de toevoerkabel worden onderzocht op onderbrekingen. Als het lampje brandt, is de stroomtoevoer in orde en is er mogelijk iets anders niet in orde met het onderdeel.

Andere functiestoringen kunnen bijvoorbeeld het gevolg zijn van gecorrodeerde kabels die een zo hoge interne weerstand hebben dat ze niet meer goed geleiden en heet worden. Ook oudere contactsloten en schakelaars geleiden de stroom vaak niet meer voldoende en leiden zo tot uitval. Defecten aan de dynamo of zelfs alleen aan de kabelaansluiting daarvan kunnen de stroomtoevoer naar de accu uitschakelen. Defecte spanningsregelaars kunnen leiden tot overbelading van de accu. Versleten koolborstels kunnen de startmotor verlammen. Lees meer hierover in onze sleuteltip Elektra en elektronica controleren.


Het Louis Technisch Centrum

Als je een technische vraag over je motor hebt, neem dan contact op met ons Technisch Centrum. Daar heeft men oneindig veel ervaring, naslagwerken en adressen.

Let op!

Deze tips voor hobbymonteurs vormen algemene handelwijzen die niet van toepassing kunnen zijn op alle voertuigen of alle afzonderlijke onderdelen. Omdat de concrete situatie bij jou ter plaatse sterk kan afwijken, kunnen wij geen aansprakelijkheid aanvaarden voor de toepasselijkheid van de informatie in deze tips voor hobbymonteurs.

Bedankt voor je begrip.