Ratgeber
Netztransformatoren oder kurz Netztrafos gehören zu den elementaren Bauteilen in mit Netzstrom betriebenen elektrischen und elektronischen Geräten. Ihre Aufgabe: Sie reduzieren in der Regel Wechselspannungen in gerätespezifisch geringere Spannungen wie 24, 12 oder 5 Volt. In unserem Ratgeber informieren wir Sie über Funktion und Aufbau üblicher Netztrafos für Niederspannungen zwischen 115 und 725 Volt. Wir geben Ihnen außerdem Tipps für die Beschaffung.
Das sind Netztransformatoren
Netztransformatoren dienen in erster Linie der Spannungsanpassung: Sie verringern die Spannung so, dass sie sich für den Transport oder die Nutzung eignet. Mit ihnen lassen sich allerdings auch Spannungen erhöhen, zum Beispiel in Kraftwerken für den Ferntransport. In den Umspannwerken wird sie dann wieder gesenkt, steht damit für Haushalte und Industriebetriebe zur Nutzung zur Verfügung.
Netztrafos können aber auch elektrische Isolationen zwischen verschiedenen Spannungsebenen bieten, Stichwort: galvanische Trennung. Diese Eigenschaft erhöht die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Stromnetzes. Netztrafos helfen zudem dabei, die Last gleichmäßig über das Netz zu verteilen und so Überlastungen zu vermeiden.
1/2) Primärwicklung für Wechselstrom | 3/4) Sekundärwicklung für Wechselstrom | 5/6) Eisenkern mit zyklisch wechselnder Polarität | 7) Primärseite | 8) Sekundärseite
Ein Netztransformator besteht aus zwei oder mehr Wicklungen, und zwar Primär- und Sekundärwicklungen, die um einen gemeinsamen Eisenkern gewickelt sind. Wird eine Wechselspannung an die Primärwicklung angelegt, entsteht ein magnetisches Feld im Eisenkern, das wiederum eine Wechselspannung in der Sekundärwicklung induziert.
Die Spannungsänderung zwischen Primär- und Sekundärwicklung wird durch das Verhältnis der Windungszahlen der beiden Wicklungen bestimmt.
Wenn beispielsweise ein Transformator eine Primärwicklung mit 1000 Windungen und eine Sekundärwicklung mit 500 Windungen besitzt und die Eingangsspannung 230 Volt beträgt, dann ist das Transformationsverhältnis 2:1, die Ausgangsspannung wird somit 115 Volt betragen.
Netztransformatoren verfügen in der Regel über einen hohen Wirkungsgrad, da sie für den Dauerbetrieb auch bei großen Lasten ausgelegt sind. Dennoch sind Hochleistungs-Trafos oft mit Kühlsystemen ausgestattet, die Öl oder Luft zur Kühlung verwenden.
Diese Medien leiten die beim Betrieb entstehende Wärme ab. Einige Netztransformatoren verhalten auch verschiedenen Schutzvorrichtungen, sie verhindern Überlastungen, Kurzschlüsse und andere Betriebsstörungen.
So sind Netztransformatoren aufgebaut
Der Aufbau von Netztransformatoren kann je nach Größe, Einsatzgebiet und Konstruktionsprinzip variieren. Dennoch besitzen sie einige gemeinsame Hauptbestandteile und grundlegende Strukturen. Der Kern besteht meist aus ferromagnetischem Material wie Eisen oder Siliziumstahl, unterteilt in Blätter oder Bleche. Sie sind oft isoliert, um Wirbelstromverluste zu reduzieren.
Die Primärwicklung bildet die Eingangsseite des Transformators und wird an die zu transformierende Spannung angeschlossen, zum Beispiel über eine Steckdose. Die Sekundärwicklung liefert die transformierte Spannung an die Ausgangsseite. Beide Wicklungen bestehen aus Kupfer- oder Aluminiumdrähten.
Zwischen den Wicklungen befindet sich hochwertiges Isolationsmaterial wie Ölpapier, Presspappe oder spezielle Kunststofffolien. Der Transformator selbst ist oft in einem festen Isoliermaterial eingekapselt. Das Gehäuse schließlich schützt den Transformator vor Umwelteinflüssen und mechanischen Schäden. Es ist meist aus Stahl und kann mit Kühllamellen oder -rippen ausgestattet sein, um die Wärmeableitung zu unterstützen.
Sowohl an der Primär- als auch an der Sekundärseite befinden sich Anschlussklemmen, häufig ergänzt mit Anschlusszapfen. Sie ermöglichen die Anpassung der Transformatorübersetzung auf höhere oder niedrigere Ausgangsspannungen,
Neben Trafos mit viereckigem Eisenkern sind vor allem Ringkerntransformatoren erwähnenswert. Ihr Eisenkern besteht aus einem kontinuierlichen Ring in der Form eines Torus. Die Primär- und Sekundärwicklungen sind um den Ringkern gewickelt.
Das sorgt für eine gleichmäßige Verteilung des magnetischen Flusses und minimiert Streuverluste. Ringkerntransformatoren sind in der Regel kompakter und leichter als herkömmliche Transformatoren gleicher Leistung, da ein Ringkern weniger Material benötigt und effizienter funktioniert.
Auswahlkriterien für die Beschaffung
Bei der Auswahl eines Trafos sind vor allem die Nennleistung in Voltampere, der Nennstrom in Ampere und die Spannung in Volt zu berücksichtigen. Die Leistungsbandbreite üblicher Netztransformatoren ist sehr groß und kann zwischen 0,5 und 200.000 Voltampere liegen. Beim Ausgangsstrom reichen gängige Werte von 110 Milliampere bis zu rund 288 Ampere, die Ausgangsspannungen betragen in der Regel 2 bis 400 Volt. 230 und 400 Volt sind zwar die am häufigsten genutzten Eingangsspannungen, im Handel verfügbar sind aber auch Netztransformatoren für 110 bis zu 725 Volt Netzspannung.
Hinsichtlich der Konstruktionsmerkmale spielen die Form des Kerns – viereckig oder ringförmig – und das Material der Wicklungen – Kupfer oder Aluminium – eine wichtige Rolle bei der Auswahl. Das betrifft auch die Art der Isolierung und die Beständigkeit gegenüber thermischen und mechanischen Belastungen. Nützlich sind in diesem Zusammenhang auch Schutz- und Überwachungsfunktionen. Dazu gehören beispielsweise der Überlast- und Kurzschlussschutz sowie der Blitz- und Überspannungsschutz. Typische Überwachungssysteme bestehen aus Sensoren und Messgeräte für die Temperatur und andere kritische Parameter.
Nicht zuletzt beeinflusst auch der Preis die Auswahl, wobei die Leistung des Netztransformators den Preis bestimmt. So gibt es kleine und einfach aufgebaute SMD-Transformatoren mit Preisen unterhalb von 10 Euro, aber auch große Trenntransformatoren, für die eine fünfstelliger Preis nicht ungewöhnlich ist.
Warum sind für Röhrenverstärker relativ große Netz-Transformatoren erforderlich?
Im Gegensatz zu Audioverstärkern auf Halbleiterbasis verwenden Röhrenverstärker Elektronenröhren für die Verstärkung von Signalen mit niedriger Frequenz. Damit ist oft ein größerer Energiebedarf verbunden, der entsprechend dimensionierte Trafos erfordert. Hinzu kommen die bei hoher Ausgangsleistung großvolumigen Übertrager für die Signalübermittlung zwischen Elektronik und Lautsprecher. Im Hifi-Bereich sind Röhren-Amps mittlerweile allerdings eine Seltenheit, weitaus häufiger finden sie sich unter Gitarren-Verstärkern, da sie den bevorzugten typischen Röhrend-Sound produzieren. Zu den bekanntesten Herstellern von reinen Röhrenverstärkern zählen die Unternehmen Fender, Vox, Mesa Boogie und Marshall.