Begrijp U, I, P en E in 48 V DC*

Van elektriciteit naar mechanica: spanning, stroom, vermogen en energie verbinden

De 48 V DC (gelijkstroom) systemen zijn tegenwoordig alomtegenwoordig in lichte elektrische voertuigen, robots en geautomatiseerde landbouwmachines.

Maar om een motor, controller en batterij goed te dimensioneren, moet men begrijpen hoe de fundamentele grootheden van elektriciteit — spanning, stroom, vermogen en energie — interageren en hun verband met de mechanica (koppel en snelheid).

1. De basis elektrische grootheden

Spanning – U

Eenheid: volt (V)
De spanning vertegenwoordigt de 'elektrische druk' die de elektronen in een circuit duwt, zoals de waterdruk in een pijp.
In een 48 V-systeem is deze spanning meestal stabiel en wordt bepaald door de batterij of de voeding.
Hoe hoger de spanning, hoe gemakkelijker het is om vermogen over te brengen met minder stroom — een belangrijk voordeel om verliezen te beperken en de kabelgrootte te verkleinen.

Stroomsterkte – I

Eenheid: ampère (A)
De stroomsterkte is de elektronendebiet die door het circuit stroomt — vergelijkbaar met de waterstroom in een leiding.
Het vertaalt direct de werklast van de motor: hoe hoger het gevraagde koppel, hoe meer stroom de motor trekt.

Stroom en verwarming

De stroom is de belangrijkste bron van verwarming in de geleiders, wikkelingen en connectoren.

De Joule-verliezen zijn evenredig met het kwadraat van de stroom:

\(P_{verliezen}= I^2 ×R\)

Dit betekent dat een eenvoudige verdubbeling van de stroom de afgevoerde warmte verviervoudigt.

Voorbeeld:
Als een kabel van 0,05 Ω 20 A transporteert:
\(P_{pertes}=20^2 × 0,05\) =20 Wp

Bij verdubbeling van de stroom naar 40 A:
\(P_{pertes}=40^2×0,05\)=80 Wp

Daarom is het bij gelijk vermogen interessant om de spanning (U) te verhogen om de stroom (I) te verminderen:

Zo zal een motor van 1 kW verbruiken:

20,8 A bij 48 V
41,6 A bij 24 V

Hoe hoger de spanning, hoe minder de kabels verwarmen en hoe dunner en lichter ze kunnen zijn, terwijl ze dezelfde algehele efficiëntie behouden.

Vermogen – P

Eenheid: watt (W)
Het vermogen is de energiedebiet, dat wil zeggen de snelheid waarmee het systeem energie verbruikt of levert.

Elektrisch vermogen

\(P_{élec}=U×I\)

Dit is het vermogen dat door de motor wordt opgenomen vanuit de batterij of voeding.

Het drukt uit wat er op een bepaald moment aan elektrische energie wordt onttrokken.

Mechanisch vermogen

Wanneer de motor deze elektrische energie omzet in beweging, spreken we van mechanisch vermogen:

\(P_{mech}=C×ω=τ×ω\)

waarbij:

C of \(τ\) = motorkoppel (in N·m)
\(ω\) = hoeksnelheid (in rad/s)

Les deux puissances sont liées par le rendement du moteur \(η) :

\(P_{mech}=P_{elek}×η\)

In de praktijk, voor een BLDC-motor met een rendement van 90%:

\(C×ω=U×I×0,9\)

Voorbeeld:
Un moteur 48 V consommant 25 A délivre
\(P_{elek}=48×25=1200W\)
Met een rendement van 90% is het nuttige mechanische vermogen
\(1200×0,9=1080W1200 × 0,9 = 1080 W1200×0,9=1080W\)

Energie – E

Eenheid: Wh of J
De energie komt overeen met de totale hoeveelheid werk die over een bepaalde tijd wordt verricht:

\(E=P×t\)

Een batterij van 48 V – 40 Ah slaat op:

\(E=48×40=1920\) Wh≈1,9 kWh

Dit maakt het mogelijk om een motor van 1 kW ongeveer 2 uur op volle kracht te voeden.

2. Van de elektrische wereld naar de mechanische wereld

De BLDC-motor fungeert als een energieomzetter:

\(U×I×η=C×ω\)

Zo maakt het kennen van de spanning en de stroom het mogelijk om het beschikbare koppel en de rotatiesnelheid te schatten, en dus het geleverde mechanische vermogen.

Deze directe link staat centraal bij het dimensioneren van de motor: men vertrekt van de mechanische behoefte (koppel, snelheid) om het vereiste elektrische vermogen af te leiden.

3. Praktische toepassing: behoefte en autonomie schatten

Voorbeeld 1 — Snelle berekening van stroom vanuit een mechanische behoefte

Doel: 900 W mechanisch leveren bij 48 V met een motorrendement van 90%.

Gevraagd elektrisch vermogen

\(P_{elek}= \frac{900}{0.9} = 1000 W\)

Courant tiré sur un système 48 V

\(I=\frac {P_{elek}}{U}=\frac {1000}{48}=20.8 A\)

Voorbeeld 2 — De batterijautonomie schatten

Batterij 48 V – 40 Ah → 1920 Wh.

Als het gemiddelde verbruik van de motor 800 W is:

\(t = \frac{1920}{800}\) = 2,4 uur

4. In samenvatting

Grootheid	Symbool	Eenheid	Hoofdrol	Sleutelrelatie	Opmerking
Spanning	U	Volt (V)	Elektrische kracht (druk)	\(U=R×I\)	Vastgesteld door de bron (batterij)
Stroom	I	Ampère (A)	Elektronendebiet	\(P_{verliezen}= I^2 ×R\)	Veroorzaakt verwarming (verliezen ∝ I²R)
Vermogen	P	Watt (W)	Energiedebiet	\(P_{élec}=U×I\) \(P_{méca}=C×ω=τ×ω\) \(P_{méca}=P_{élec}×η\)	Verbindt direct elektriciteit en mechanica (rekening houdend met het rendement)
Energie	E	Wh of J	Totale hoeveelheid energie	\(E=P×t\)	Bepaalt batterijautonomie

Te onthouden

U duwt de stroom
I transporteert de energie (en genereert de warmte)
P = U × I drukt het instantane vermogen uit
E = P × t vertaalt de gebruiksduur
C × ω = P verbindt elektriciteit en mechanica

Door deze relaties te beheersen, kan men effectief een 48 V BLDC-motor dimensioneren, oververhitting voorkomen, de juiste kabels kiezen en de autonomie van een compleet elektrisch systeem inschatten.

*: Les informations techniques présentées dans cet article sont fournies à titre indicatif. Elles ne remplacent pas les notices officielles des fabricants. Avant toute installation, manipulation ou utilisation, veuillez consulter la documentation du produit et respecter les consignes de sécurité. Le site Torque.works ne saurait être tenu responsable d'une utilisation inappropriée ou d’une interprétation incorrecte des informations fournies.