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Ratgeber
Sie werden Labornetzteile genannt, doch sie kommen nicht nur in Laboratorien zum Einsatz. Regelbare Netzgeräte sind in vielen Bereichen relevant: in der Medizin, in der Forschung, in Werkstätten und in Industrieanlagen.
Was versteht man unter einem regelbaren Netzteil und welches Labornetzgerät mit welchen Eigenschaften sollten Sie kaufen? Im Conrad-Ratgeber erhalten Sie eine Übersicht und Antworten auf die wichtigsten Fragen.
Eine alternative, internationale Bezeichnung lautet „regulated DC Power Supply“, übersetzt regelbare DC-Stromversorgung. Die deutschen Begriffe Labornetzgerät und Labornetzteil werden synonym verwendet und beschreiben ein Stromversorgungsgerät, das sich von herkömmlichen Netzteilen unterscheidet: Während konventionelle Netzteile fest definierte Spannungen liefern, ermöglichen diese Netzgeräte eine individuelle Einstellung der Spannung und Stromstärke. Es handelt sich also um regelbare Netzteile.
Ein Beispiel: Ein typisches Netzteil (Power Supply) für ein Notebook nimmt die in Deutschland herrschende Eingangsspannung von 230 Volt Wechselstrom (AC) und wandelt sie in einen Ausgangsstrom von 19 Volt Gleichstrom (DC) um. Ein Labornetzteil bietet als Netzteil die Möglichkeit, die ankommende AC-Spannung variabel und damit bedarfsgerecht als Ausgangsspannung weiterzugeben und zusätzlich die Stromstärke anzupassen.
Spannung und Stromstärke
Elektrische Spannung (gemessen in Volt) entsteht zwischen den Enden zweier Leiter. Was von der Steckdose bereitgestellt wird, ist die Eingangsspannung. Sie entspricht im Regelfall nicht der gewünschten Ausgangsspannung an Geräten. Ein Netzteil übernimmt die Wandlung von Eingangs- in Ausgangsspannung.
Die Stromstärke wird in Ampere gemessen und gibt die Menge des Stroms im Stromkreis an. Das Verhältnis von Spannung und Stromstärke ist nicht festgeschrieben. Daher kann bei hoher Spannung die Stärke des Stroms hoch oder niedrig ausfallen.
Viele Labornetzgeräte besitzen ein integriertes LC-Display, sodass alle Werte des Stroms sowie die vorgenommenen Einstellungen ablesbar sind. Hinzu kommen häufig LED-Kontrollanzeigen, beispielsweise als Warnung bei drohender Übertemperatur. Neben der Wahl zwischen Netzgeräten mit einem Ausgang (auch Kanal genannt) gibt es Netzteile mit bis zu vier Kanälen für den Ausgangsstrom.
Labornetzteile sind zudem in verschiedenen Bauformen erhältlich. Beliebt sind mobile Tischgeräte zum Aufstellen in der Werkstatt (Desktop-Modelle) und 19-Zoll-Netzgeräte, die sich dank Rack-Montage direkt mit einem Computer verbinden lassen.
Bei Labornetzgeräten werden zwei Gruppen unterschieden: Trafo- und Schaltnetzteile.
Schaltnetzteil
Sie nutzen eine komplexe Technik: die Pulsdauermodulation. Der Wirkungsgrad ist mit über 90 Prozent sehr gut, was zu einem sparsamen Verbrauch und geringer Abwärme führt. Daher benötigen nur Modelle mit sehr hoher Leistung einen Lüfter. Die Netzteile sind kompakt und leicht, allerdings ist zwingend ein gutes Abschirmgehäuse gegen elektromagnetische Strahlung nötig.
Trafonetzteil
Diese linearen Netzteile basieren auf einem Transformator, der die anliegende Eingangsspannung auf die gewünschte Ausgangsspannung umwandelt. Die Netzgeräte liefern eine stabile Leistung mit wenig Störsignalen.
Allerdings ist der Wirkungsgrad relativ gering und daher der Energieverbrauch auch. Das wiederum sorgt dafür, dass der Trafo relativ groß und schwer ist und ein Lüfter zur Kühlung benötigt wird.
Sicherheitshinweis: Sobald ein Labornetzgerät einen Lüfter benötigt, sollte bei der Montage darauf geachtet werden, dass die Lüftungsschlitze frei sind. Sonst droht eine Überhitzung des Netzteils.
Bei der Funktionsweise muss zwischen Trafonetzteil und Schaltnetzteil unterschieden werden.
Trafonetzteil
Das Herzstück im Netzgerät ist ein Transformator mit zwei Spulen. Die Primärspule ist mit der Stromquelle verbunden, die Sekundärspule liefert den Strom am Ausgang. Wenn Strom durch die Primärspule fließt, erzeugt diese ein Magnetfeld, das Strom in der Sekundärspule abgibt.
Durch die Anzahl der Windungen in den Spulen wird die Ausgangsspannung festgelegt. Zusätzlich erfolgt eine Gleichrichtung von AC auf DC.
Schaltnetzteil
Dieses Netzgerät nutzt ein schnelles Ein- und Ausschalten, um Energie auf einen Transformator zu übertragen (Pulsdauermodulation). Der Trafo fällt deutlich kleiner als beim klassischen Trafonetzteil aus: Er ist immer entweder komplett offen oder geschlossen und kann durch die starke Wechselfrequenz mit hohem Wirkungsgrad arbeiten. Durch die Wechselfrequenz muss das Netzteil gut abgeschirmt sein, um empfindliche Geräte wie Verstärker nicht zu stören.
Um Labornetzgeräte in Betrieb zu nehmen, sollte auf eine Reihe von Merkmalen geachtet werden:
Ausgangsspannung
Am Ausgang sind unterschiedliche Minimal- und Maximalwerte vorgesehen. Das können beispielsweise 0,1 bis 65 V/DC sein.
Ausgangsstrom
Auch für die Stromstärke geben die Hersteller regelbarer Labornetzteile bestimmte Grenzwerte vor. Stärken von 0,1 bis 10 Ampere sind häufig anzutreffen.
Anzahl der Ausgänge
Viele Netzteile besitzen einen Ausgang, es gibt aber auch regelbare Labornetzgeräte mit 2 bis 4 Ausgängen.
Restwelligkeit
Sie gibt an, wie viel Wechselspannung noch im Gleichstrom enthalten ist. Eine niedrige Restwelligkeit bedeutet eine stabile Ausgangsspannung und liegt im Idealfall bei unter 3 bis maximal 10 mV als Abweichung vom Gleichstrom.
Eingabemöglichkeiten
Die regelbare Strombegrenzung erfolgt über Bedienelemente am Gerät selbst oder bei programmierbaren Modellen über eine Verbindung zu Computern. Sind Schnittstellen wie LAN vorgesehen, kann das Netzteil fernsteuerbar bedient werden.
Schnittstellen
Neben den Ausgängen zur Stromversorgung können Labornetzgeräte weitere Schnittstellen wie USB, serielle Schnittstellen, Ethernet oder auch Bluetooth bieten. USB eignet sich besonders, um Computer anzuschließen und über eine dort installierte Software programmierbare Labornetzteile für ihren Einsatz vorzubereiten.
Kalibrierung
Bevorzugt werden Geräte mit einer DAkkS-Zertifizierung eingesetzt. Wird kein Zertifikat benötigt, genügt der Werksstandard der Hersteller.