Ratgeber
Mit einem Regeltransformator, der im Handel auch als Stelltransformator, Stelltrafo oder Regeltrafo zu finden ist, lässt sich die Ausgangsspannung stufenlos regeln. Das macht zusätzliche elektronische Komponenten zur Spannungssteuerung überflüssig. In unserem Ratgeber erfahren Sie, wie Stelltrafos aufgebaut sind und funktionieren. Wir geben Ihnen außerdem Tipps für die Beschaffung.
Transformatoren oder kurz Trafos dienen im Allgemeinen zur Anpassung der Spannungsversorgung eines elektrischen Geräts. Die Eingangswechselspannung – zum Beispiel aus dem 230-Volt-Netz – wird dazu über zwei Spulen auf einem gemeinsamen Wicklungskern in eine zumeist deutlich niedrigere Ausgangswechelspannung umgewandelt. Die Übertragung erfolgt dabei durch Induktion, die beiden Spulen sind galvanisch voneinander getrennt. Je nach Auslegung des Trafos stehen auf der Sekundärseite eine oder mehrere definierte Spannungen zur Verfügung.
Spartransformatoren bieten ebenfalls feste unterschiedliche Ausgangsspannungen, bei ihnen gibt es allerdings nur eine einzige Spule und damit keine galvanische Trennung der Ein- und Ausgangsseite. Die verschiedenen Spannungsabgriffe der Sekundärseite sind durch Anzapfungen in der Spulenwicklung realisiert.
Eine Stelltrafo wiederum lässt sich mit einem Spartransformator vergleichen – allerdings ohne den Nachteil der festgelegten Ausgangsspannungen. Regeltrafos bieten eine nahezu lückenlose Ausgangsspannungen von 0 bis 100 Prozent der Eingangsspannung und zwar mit einem Wirkungsgrad, der bis zu 98 Prozent betragen kann. Entsprechend gering ist die Verlustleistung, die sich als Wärmeabgabe bemerkbar macht.
Stelltrafo im Sicherheitsgehäuse
Ein typischer Regeltrafo besteht aus einer Kupferwicklung auf einem Ringkern. Dieser Kern aus laminiertem Siliziumstahl entwickelt nur einen geringen magnetischen Widerstand.
An einer Seite ist die Isolierung der Wicklung komplett freigelegt. Dort greift der konzentrisch gelagerte und über eine Achse mit Drehknopf bedienbare Dreh-Schleifer. Er kann sowohl aus einer Graphitbürste als auch aus einer Graphitrolle bestehen. Insofern ähnelt der Stelltrafos einem konventionellen Drehpotentiometer.
Regeltrafos werden oft mit weniger als 1 Volt Eingangsspannung pro Windung gebaut, was eine feine Spannungsanpassung ermöglicht. Die Windungen der Wicklung sind so gleichmäßig verteilt, dass die Ausgangsspannung proportional der Stellung des Drehknopfes entspricht.
Fast alle Stelltransformatoren verwenden eine manuelle Steuerung, um die Spannungen einzustellen. Einige Modelle besitzen auch motorisierte Regler, mit denen eine Einstellung aus der Ferne möglich ist.
Regeltrafo mit nur einer Spule im Schutzgehäuse
Stelltrafos können sowohl für den Tisch- als auch für den Schalttafeleinbau konstruiert sein und verfügen über eine verstellbare Welle, um unterschiedliche Schalttafelstärken zu ermöglichen. Die meisten 240-V-Modelle besitzen auch eine Anzapfung für 120-V-Eingänge. Dies ermöglicht eine Ausgabe mit nur der Hälfte der normalen Eingangsspannung, wie sie beispielsweise für US-amerikanische Elektrogeräte erforderlich ist. Der Ausgangsstrom muss mit der Ausgangsspannung allerdings reduziert werden, wenn diese 125 Prozent der Nenneingangsspannung überschreitet.
Stelltransformatoren sind so konstruiert, dass sie die Verluste minimieren. Daher können diese Trafos bei Umgebungstemperaturen von bis zu 50 Grad Celsius mit der vollen Nennstromstärke betrieben werden. Bei Installationen über 50 Grad Celsius ist der Ausgangsstrom allerdings zu reduzieren. Bei einzelnen transienten Lasten sowie Lasten, die zyklisch ein- und ausgeschaltet werden, kann für kurze Zeiträume ein viel höherer Ausgangsstrom fließen und das Gerät stark erhitzen. Für die Temperaturangaben sind deshalb die Spezifikationen des Herstellers zu beachten.
Geräte mit höheren Spannungsanforderungen lassen sich durch Kombinations- oder Reihenschaltung der Standardgeräte erstellen. Höhere Stromanforderungen sind durch Parallelschaltung der Standardgeräte realisierbar. So können beispielsweise drei 240-V-Geräte in einer Sternschaltung zusammengeschaltet werden, wodurch eine dreiphasige 380-Volt- oder 480-Volt-Leitungsanordnung entsteht. Eine einphasige 480-V-Anwendung von Stelltransformatoren lässt sich mit zwei 240-V-Geräten in einer Reihenschaltung konstruieren.
In einem System, das in der Regel einen gemeinsamen Nullleiter oder eine gemeinsame Erde zwischen Quelle und Last hat, ist der Nullleiter oder die Erde an die gemeinsamen Klemmen des Transformators anzuschließen. Besitzt das System keinen Nullleiter, sind die Lasten auszugleichen, sonst werden die Transformatoren durch zirkulierende Ströme beschädigt.
Stelltransformatoren werden in vielen Anwendungen eingesetzt, die eine präzise Spannungssteuerung erfordern. Eine sehr häufige Anwendung von Stelltransformatoren ist die Spannungsregelung. Weitere Anwendungen für Stelltransformatoren sind die Temperaturregelung, die Steuerung der Beleuchtung und die Prüfung von Laborgeräten auf Über- und Unterspannung.
Auch ohmsche Lasten sind mit Stelltrafos steuerbar. Bestes Beispiel sind klassische Glühlampen mit Dimmer-Steuerung. Ein Dimmer ist technisch mit einem Stelltrafo vergleichbar.
Da es sich bei Stelltrafos um induktive Lasten handelt, erfolgt die Leistungangabe statt in Watt in Voltampere, kurz VA. Beide Werte sind im Grunde identisch.
Die wichtigsten Kriterien für die Auswahl sind – neben Gehäuseform und Anschlussmöglichkeiten – die maximale und minimale Ausgangsspannung sowie die Nennleistung, wobei der Maximalwert der Ausgangsspannung dem Anschlusswert auf der Primärseite entspricht. Der minimale Wert am Ausgang liegt durchweg bei 1 Volt.
Hinsichtlich der Leistung steht eine große Bandbreite zu Verfügung. Sie reicht von wenigen VA bis zu mehreren Tausend VA.
Ringkern-Trafo mit zwei Spulen zur galvanischen Trennung.
Wie lässt sich die Ausgangsspannung eines Stelltrafos stabilisieren?
Die Eingangsspannung kann um die normalen, vom Stromversorger meist erlaubten plus/minus 10 Prozent schwanken. Ist eine präzisere Spannungsregelung erforderlich, hilft es oft, einen Stelltransformator mit einem Aufwärts-/Abwärtstransformator zusammenzuschalten. Der Stelltransformator wird in der Mittelstellung betrieben, damit der zusätzliche Transformator je nach Bedarf eine Abwärts- oder Aufwärtsspannung erzeugen kann und die Ausgangsspannung damit stabilisiert.
Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung eines Spannungscontrollers zusammen mit einem Schrittmotor, der die Position des Drehreglers steuert. Der Controller misst kontinuierlich die Ausgangsspannung und stellt den Schrittmotor so ein, dass er die gewünschte Abwärts- oder Aufwärtsspannung liefert, um die erforderliche regulierte Ausgangsspannung bereitzustellen.
Eine Galvanisierung erfordert beispielsweise eine stabile Spannung, um eine gleichmäßige Beschichtungsdicke zu gewährleisten. Ein Spannungsregler mit einem Stelltransformator ist daher eine ideale Stromquelle für den Galvanisierer.
Gibt es auch Stelltrafos mit galvanischer Trennung?
In Labor- und Testumgebungen ist die galvanische Trennung von Ein- und Ausgangskreisen in Transformatoren häufig unvermeidbar. Auch für solche Anforderungen stehen Stelltrafos zur Verfügung. Bei ihnen ist die primäre Wicklung von der sekundären auch räumlich getrennt. Allerdings gibt es viele Typen nur für Kleinspannungen bis etwa 50 Volt Wechselstrom.