artikel

Wat is gelijkstroom?

energie

DC is de afkorting voor direct current, gelijkstroom. Maar wat is het eigenlijk? En wat is het grote verschil met AC (wisselstroom)? En wanneer en waarom is DC een betere spanningskeuze dan AC?

Wat is gelijkstroom?
Een USB-wcd: links normale USB 5V2c, rechts USBc 20V-100W.

Door Richard Mooi

Direct Current (DC) is samen met Alternating Current (AC) de belangrijkste spanning voor energiedistributie. Bij gelijkstroom of DC lopen de elektronen in een elektrische geleider altijd dezelfde richting op van de plus naar min-pool (eigenlijk andersom). De wet van Ohm is direct op gelijkstroom toepasbaar. Het vermogen is eenvoudig te bepalen met de formule stroom keer spanning. De hoogte van de gelijkspanning is over het algemeen constant, maar het hoeft niet per se. Een gelijkgerichte wisselspanning valt ook onder DC, maar wordt in de praktijk afgevlakt met elco’s en stabilisatoren.

Verschil met AC

Bij wisselstroom wisselt de richting van de elektronen in een geleider continu. Een aansluitcontact (van pool mogen we niet spreken bij AC) is dus steeds afwisselend positief en dan weer negatief. In Europa gaat dit bij een frequentie van 50 Hz, in de Verenigde Staten met 60 Hz. Het magnetische veld om de geleider wisselt ook steeds en dat maakt het mogelijk om in een trafo er leuke dingen mee te doen.

Wat is beter?

Na de ontdekking van elektriciteit was er een wedloop tussen uitvinders Edison (DC) en Tesla (AC). Beiden bouwden in Amerika energienetten in steden. Maar al snel liep Edison tegen beperkingen aan. Het was onmogelijk om DC over lange afstanden te transporteren zonder enorme verliezen. Bij Tesla lukte dat wel. Hij ontdekte de mogelijkheid om de AC-spanning te verhogen in een transformator. En bij hogere spanning is er over lange afstanden veel minder energieverlies. Aan het einde van de hoogspanningsleiding kon met een trafo de spanning weer omlaag worden gebracht.

Gelijkstroom. Bron: schoolpysics.co.ukl

Tegenwoordig is met DC-converters het ook mogelijk om de gelijkspanning te verhogen of te verlagen, vaak ook met hogere efficiency dan in trafo’s. Maar vermogenselektronica bestond nog niet in Edison tijdperk (eind negentiende eeuw). En zo werd AC de gangbare methode in energiedistributie en ook lange tijd op gebruikersniveau. In 1907 werd het laatste DC-net in New York gesloten. Toen was AC dus een betere keuze.

Geldt dat nog steeds?

Nee, want AC is niet perfect. Bij lange afstanden spelen impedantie, inductie en capaciteit tussen lijnen en het skin-effect van de kabels een nadelige rol. Ze zorgen voor extra verliezen. Eigenlijk is een hoogspanningsnet met DC veel gunstiger. Tegenwoordig kan met vermogenselektronica gelijkspanning enorm worden opgekrikt. De zeekabels tussen West-Europese landen transporteren allemaal gelijkstroom (100-150 kV). Elektronica in tv’s, radio’s werkt altijd op gelijkstroom en moet in het toestel met een adapter worden omgezet van AC naar DC. Bovendien zijn gelijkstroommotoren een stuk efficiënter dan wisselstroommotoren. Voorstanders van DC-distributienetten vinden dat om deze reden een wisselstroomnet overbodig is geworden.

Veiligheid

Wisselspanning is gevaarlijker dan gelijkspanning. Dat komt door de sinusvorm. Bij de spanning in woningen spreken we van 230V. Maar eigenlijk is dat de effectieve spanning. De sinus bereikt een piek van 325V (Umax). DC-spanning is constant en kent geen piek- of effectieve waarden. Daarom geldt een wisselspanning van 50 Volt als veilig, terwijl bij gelijkspanning de grens ligt op 120 volt. Dat geldt voor droge situaties. Bij natte huid is de veilig spanning de helft lager, dus respectievelijk 25 en 60 volt.

Reageer op dit artikel