Open circuits zijn essentieel voor de veiligheid en betrouwbaarheid van elektrische systemen. Ze worden vaak beschouwd als een storing of fout. Hun doelbewuste gebruik in elektrische systemen garandeert echter de veiligheid en betrouwbaarheid van het systeem. Open circuits, zoals stroomonderbrekers en zekeringen, zijn bijvoorbeeld cruciaal in circuits om overstroomschade aan apparaten te voorkomen.

Wanneer de stroom daarentegen niet van de bron naar de belasting stroomt zonder enige tussenkomst, wordt dit een open circuitfout genoemd. Dit type open circuit is niet wenselijk en moet tijdig worden verholpen. Een open circuitfout kan schade aan het systeem veroorzaken en in het ergste geval zelfs een volledige uitval. Om de veiligheid en betrouwbaarheid van het systeem te garanderen, moeten open circuitfouten tijdig worden verholpen.

Diverse elektronische apparaten, zoals stroomonderbrekers, zekeringen en transistors, worden veelvuldig gebruikt in elektrische systemen. Deze apparaten werken volgens het principe van open circuits. Wanneer het apparaat bijvoorbeeld stroom trekt boven een bepaalde limiet, creëert de zekering een open circuit en verbreekt het circuit. Kennis van open circuits en hun werkingsprincipes is daarom belangrijk voor professionals in de elektrotechniek om robuuste elektrische systemen te ontwerpen.

Dit artikel helpt u de concepten van open circuits, hun oorzaken, kenmerken, basisprincipes en hoe ze verschillen van kortsluitingen te begrijpen. Het onderzoekt ook de rol van open circuits in de veiligheid en betrouwbaarheid van systemen.

Wat is een open circuit?

Een elektronisch circuit is niets meer dan een gesloten lus. Stroom vloeit via deze gesloten lus van de bron naar de belasting. Een open circuit daarentegen is een toestand waarin er geen stroom van de bron naar de belasting kan vloeien. Dit kan om verschillende redenen gebeuren, waaronder losse verbindingen en gebroken draden. In sommige gevallen kunnen oververhitting of draden ervoor zorgen dat draden breken. Als de open circuittoestand niet vereist is, kan dit spanningsschommelingen en onnodig stroomverbruik veroorzaken.

Laten we een voorbeeld nemen van een ledlamp, zoals weergegeven in figuur 1. Wanneer de schakelaar als kortsluiting fungeert, loopt er stroom van de bron naar de belasting en gaat de led branden. Wanneer de schakelaar echter als open circuit fungeert, zoals weergegeven in figuur 2, loopt er geen stroom van de bron naar de belasting en blijft de led uitgeschakeld. Het is daarom belangrijk om te weten dat de positie van een schakelaar in een open circuit of kortsluiting de volledige functie van het circuit verandert.

Begrip van open circuits

Om met elektrische circuits om te gaan, is het essentieel om de anatomie van open circuits en kortsluitingen te begrijpen. Inzicht in deze concepten kan helpen om schade aan elektrische systemen te voorkomen en de veiligheid te waarborgen. In dit hoofdstuk bespreken we de gedetailleerde details en technische specificaties van de anatomie van open circuits en de bijbehorende weerstand van open circuits.

De anatomie van een open circuit

Anatomie is in het algemeen de studie van de structuur van een systeem. Circuitanatomie is dus de studie van de structuur van een circuit. Inzicht in de circuitanatomie helpt ingenieurs bij het identificeren en diagnosticeren van fouten in elektrische systemen.

Een circuit bestaat uit een aantal basiscomponenten die nodig zijn om de elektronenstroom in stand te houden. Een open circuit is een elektronisch circuit dat de stroom naar de belasting blokkeert. Een open circuit bestaat uit de volgende hoofdcomponenten.

1.     Krachtbron: Batterijen of zonnecellen fungeren doorgaans als de belangrijkste energiebron. De energiebron is meestal actief, maar er loopt geen stroom door het circuit vanwege een gebroken draad of een losse verbinding.

2.     Laden: Onderdeel van een circuit dat elektrische energie verbruikt om het gewenste resultaat te produceren, bijvoorbeeld een weerstand, ventilator en gloeilamp.

3.     Gebroken draden: Breuk in draden kan verschillende oorzaken hebben, zoals oververhitting en defecte componenten. Deze gebroken draden veroorzaken een onderbreking in het circuit, wat leidt tot een storing in het circuit.

4.     Schakelaar: De schakelaar is het apparaat dat we doelbewust op het circuit aansluiten om een gecontroleerde stroomstroom te laten lopen, bijvoorbeeld een relais, transistor, thyristor of diode.

Open circuit weerstand

Wanneer de draad of geleider die het circuit verbindt om een gesloten lus te vormen, wordt verbroken of onderbroken, stopt de stroom. De wet van Ohm stelt dat de weerstand de stroom tegenwerkt. Theoretisch gezien biedt nulstroom in het circuit dus een oneindige weerstand. Deze oneindige weerstand staat bekend als de open circuit weerstand. Voor de open circuit conditie kan worden geconcludeerd dat:

   Toepassing van de wet van Ohm stelt het volgende:

Open circuit weerstand speelt een belangrijke rol in elektrische systemen, omdat het de volledige blokkering/onderbreking van het circuit vertegenwoordigt. Een oneindige weerstand in het circuit vertegenwoordigt meestal een storing die schade aan het systeem kan veroorzaken als deze niet tijdig wordt verholpen. Een abnormale werking van een smartphone kan bijvoorbeeld te wijten zijn aan fysieke belasting of gebroken sporen op de printplaat (PCB). De gebroken sporen leiden tot een open circuit. Andere mogelijke oorzaken van open circuits in elektronische apparaten zijn fysieke belasting, hevige trillingen en extreme temperatuurschommelingen.

Oorzaken van open circuits  

De mogelijkheid dat er een open circuit ontstaat, kan zowel opzettelijk als onopzettelijk zijn. De meest voorkomende oorzaken van een open circuit zijn echter defecte componenten, externe factoren en menselijke fouten.

Componentfout

Wanneer een of meer componenten in een circuitontwerp defect of beschadigd zijn. Er kunnen veel oorzaken zijn voor het falen van componenten, maar de meest voorkomende redenen zijn:

1.     Doorgebrande weerstanden: In elektronische schakelingen branden weerstanden vaak door door oververhitting, waardoor een open circuit ontstaat.

2.     Gebroken draden: Na verloop van tijd en door veroudering kunnen draden breken en een onderbreking veroorzaken. Andere oorzaken van draadbreuk kunnen ook fysieke belasting en ongevallen zijn.

3.     Defecte schakelaars: Een veelvoorkomende constatering is een storing in het verlichtingssysteem. Dit wordt veroorzaakt door een defecte schakelaar. De storing van de schakelaar veroorzaakt een onderbreking.

Externe factoren

Verschillende externe factoren kunnen ook een belangrijke bijdrage leveren aan open circuitfouten.

1.     Klimaatfactoren: Een storing in een circuit kan ook het gevolg zijn van temperatuurschommelingen die een open circuit veroorzaken.

2.     Stroomstoring: Stroomuitval is een ernstig defect dat tijdig moet worden verholpen.

3.     Hardwareschade: Schade aan de circuits van het elektronische apparaat door fysieke belasting of trillingen kan ook een onderbreking in het circuit veroorzaken. Zo kan de verbinding van de accu van een fiets kapot gaan door trillingen van het wegdek.

Menselijke fout

Soms kan een installateur of technicus onoplettendheid tonen die fouten en open circuits kan veroorzaken. Voorbeelden hiervan zijn verkeerde aansluitingen, slechte isolatie en verkeerd gebruik van elektrische componenten.

Open circuit versus kortsluiting

In de elektrotechniek is het begrijpen van de twee uiterst tegengestelde concepten, namelijk open circuits en kortsluitingen, essentieel voor het ontwerpen van veilige en betrouwbare elektrische systemen. Een open circuit is een toestand waarin de stroom niet van de bron naar de belasting stroomt en een oneindige weerstand biedt. Een kortsluiting daarentegen biedt de minste weerstand (0Ω) voor de stroom en levert een oneindige stroom. De concepten open circuits en kortsluitingen zijn essentieel voor het identificeren en verhelpen van systeemfouten om systeemstoringen te voorkomen.

In een open circuit kan er geen stroom van de bron naar de belasting lopen. Omdat elektronen in een open circuit niet kunnen stromen, bieden ze oneindige weerstand, nulstroom en geen vermogensoverdracht van de bron naar de belasting. Een kortsluiting daarentegen biedt een pad met minimale weerstand. Een pad met minimale weerstand leidt dus tot een enorme stroomsterkte, een potentiaalverschil van nul en maximale vermogensoverdracht. Dit kan leiden tot oververhitting van elektrische componenten en mogelijke schade aan elektronische componenten.

De belangrijkste verschillen tussen open circuits en kortsluitingen worden geïllustreerd in Tabel I. 

Tabel I: Vergelijking tussen open en kortsluitcircuit

	Voltage	Actueel	Weerstand	Power
Open circuit	Gelijk aan een ingangsspanning
Kortsluiting	V= I x R => I x 0 => 0 Volt		Nul Ohm (0Ω)

De belangrijkste kenmerken van open circuits en kortsluitingen zijn daarom te vinden in Tabel I.

Tabel II: Open circuit- en kortsluitkarakteristieken

Open Circuit Voltage

De nullastspanning speelt een belangrijke rol bij het bepalen van de maximale spanningscapaciteit van een apparaat. De nullastspanning is de maximale spanning die een apparaat kan produceren. Deze wordt gemeten in onbelaste toestand. Elektronicafabrikanten vermelden deze spanning in de technische handleiding van het apparaat.

Kortsluitstroom

Kortsluitstroom wordt gedefinieerd als de hoge stroomsterkte die een batterij produceert om de zekering te activeren en zo schade aan het elektronische apparaat te voorkomen. Kortsluitstroom wordt normaal gesproken gemeten wanneer er geen belasting is aangesloten. Bedrijven noemen kortsluitstroom meestal als specificatie voor elektronische apparaten.

Het identificeren van open circuits in elektrische systemen

Het identificeren van open circuits in elektrische systemen is de eerste stap naar een effectieve diagnose. Er zijn verschillende manieren om potentiële open circuits in elektrische systemen te identificeren. Deze omvatten:

• Fysieke inspectie:  Een technicus kan bij de inspectie op zoek gaan naar gebroken draden en losse verbindingen, indien aanwezig.

• Pieptest: Zet de digitale multimeter (DMM) in de diodetestmodus. Als er een onderbreking is tussen twee aansluitingen, piepen de probes van de DMM niet.

• Multimetertest:  Meet de weerstand en spanning op verschillende verdachte punten. Als de multimeter oneindig veel weerstand aangeeft, duidt dit op een onderbreking.

Het belang van open circuits voor systeembetrouwbaarheid en -veiligheid

Open circuits en kortsluitingen zijn cruciaal voor elektrische apparaten en moeten zorgvuldig worden aangepakt. Onjuist gebruik kan verstrekkende gevolgen hebben voor de veiligheid en betrouwbaarheid van het systeem. Stroomonderbrekers, zekeringen, transistors en relais werken volgens het principe van open circuits om het systeem tegen elk gevaar te beschermen.

A.    Stroomonderbreker: Stroomonderbrekers maken gebruik van een automatisch open circuit-ontwerp. Als het apparaat een stroom trekt die de gespecificeerde limiet overschrijdt, activeert de stroomonderbreker het circuit om het te openen. Dit voorkomt mogelijke schade aan het apparaat.

B.    Lont: Het belangrijkste onderdeel van een zekering is metaaldraad. Wanneer het apparaat probeert de stroom boven de gespecificeerde limiet te verbruiken, zal de metaaldraad smelten en een onderbreking veroorzaken, waardoor het apparaat wordt beschermd tegen mogelijke schade. 

C.   Schakelaar: Een schakelbord in je huis is ook een voorbeeld van een open circuit. Deze borden worden gebruikt om de AAN- en UIT-tijd van apparaten zoals ventilatoren en lampen te regelen.

Open circuits zijn ook van cruciaal belang om de betrouwbaarheid van elektrische systemen te garanderen, zoals:

A.    In gevaarlijke situaties isoleren open circuits het defecte gedeelte van het systeem en voorkomen zo dat het apparaat defect raakt. 

B.    Wanneer de stroomsterkte de gespecificeerde grenzen overschrijdt, beveiligen open circuits het elektrische systeem door de stroomtoevoer af te sluiten.

Conclusie

Concluderend spelen open circuits een belangrijke rol in elektrische systemen. In de meeste gevallen worden open circuits gecategoriseerd als storingen. Open circuits worden echter ook gebruikt in elektronische beveiligingsapparatuur zoals stroomonderbrekers en zekeringen. Daarom is inzicht in open circuits, hun belangrijkste principes, verschillen, oorzaken en kenmerken essentieel voor de veiligheid, betrouwbaarheid en diagnose van elektronische systemen.