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Transformatoren

Transformatoren (kurz: Trafos) dienen dazu, die Stärke elektrischer Wechselspannungen zu verändern. Dazu befinden sich auf einem Kern mindestens zwei voneinander isolierte Wicklungen (auch Windungen oder Spulen genannt) aus Kupferdraht. Der Kern besteht aus Material mit magnetischen Eigenschaften wie Eisen oder Ferrit...

Wissenswertes zu Transformatoren

Was sind Transformatoren?

Transformatoren (kurz: Trafos) dienen dazu, die Stärke elektrischer Wechselspannungen zu verändern. Dazu befinden sich auf einem Kern mindestens zwei voneinander isolierte Wicklungen (auch Windungen oder Spulen genannt) aus Kupferdraht. Der Kern besteht aus Material mit magnetischen Eigenschaften wie Eisen oder Ferrit. Im einfachsten Fall wird an die Primärwicklung eine Spannung angelegt und an der Sekundärwicklung die mittels Induktion umgewandelte Spannung abgegriffen. Das Verhältnis von Primär- zu Sekundärspannung wird durch die Anzahl der Wicklungen jeder Seite festgelegt. Hat zum Beispiel die Primärwicklung 500 Windungen und die Sekundärwicklung 50 Windungen, wird eine primäre Eingangsspannung von 230 Volt Wechselstrom mit 23 Volt Wechselstrom an der Sekundärseite ausgegeben.

Einteilung von Transformatoren

Die Konstruktion des Magnetkerns sowie das Material und die Anordnung der Wicklungen haben Einfluss auf den Wirkungsgrad der Transformatoren. Hochleistungs-Trafos erreichen Werte von knapp unter 1, während kleinere Modelle bei nur 0,5 liegen können.

Ein Sicherheitsmerkmal von Trafos ist die thermische Beständigkeit des Isoliermaterials zwischen den Wicklungen, die Isolierstoffklasse. Laut VDE-Vorschriften werden unterschieden: A bis 105°C, E (120°C), B (130°C), F (155°C), H (180°C). Diese Werte finden Sie in den technischen Daten der Trafos.


Transformatoren werden zudem nach der Art der Kurzschlussfestigkeit eingeteilt:

Kurzschlussfest
Die Temperatur überschreitet einen festgelegten Grenzwert nicht, wenn der Transformator überlastet oder kurzgeschlossen ist. Nach Wegfall von Überlast oder Kurzschluss arbeitet der Transformator normal weiter. Diese Modelle werden genauer unterteilt in

  • unbedingt kurzschlussfeste Transformatoren ohne Schutzeinrichtung (nur für kleine Leistungen realisierbar)
  • bedingt kurzschlussfeste Transformatoren mit eingebautem Schutz, der bei Überlastung den Stromkreis unterbricht oder den Eingangs-Strom begrenzt.

Nicht kurzschlussfest
Transformatoren mit einer Schutzeinrichtung gegen Überhitzung, die nicht im Transformator eingebaut ist.

Einsatzgebiete von Transformatoren

Trafos kommen in fast allen elektrischen Anlagen und Geräten vor. Sie werden verwendet, um die passende Betriebsspannung einer zu versorgenden Komponente bereitzustellen, oder Signale an Komponenten anzupassen, zum Beispiel ein Tonsignal an den anzuschließenden Lautsprecher.

Vorteile von Transformatoren

Einer der wesentlichen Vorteile von Transformatoren besteht darin, dass sie die Eingangs- und Ausgangsseite galvanisch trennen, so dass die Versorgungsspannung zum Beispiel in einem Radio nicht direkt mit dem Niederspannungsnetz verbunden ist. Dadurch kann unter Umständen auf bestimmte Schutzmaßnahmen (Schutzerdung) für den Nutzer „hinter dem Trafo“ verzichtet werden.
Weiterhin können durch verschiedene Sekundärwicklungen oder Anzapfungen an einer Sekundärwicklung verschiedene Ausgangsspannungen ausgegeben werden. Auf diesem Wege kann auch die Primärwicklung für verschiedene Eingangsspannungen tauglich gemacht werden.

Nachteile von Transformatoren

Ein großer Nachteil ist das oft hohe Gewicht der Transformatoren, das aus Größe des Trafos sowie der Art der verwendeten Materialien resultiert. Es gilt allgemein: Je höher die Frequenz, desto kleiner der Trafo. Dieser Umstand wird zum Beispiel bei Schaltnetzteilen ausgenutzt.

Bei der Umformung entsteht zudem Wärme, so dass große Trafoanlagen zusätzlich mit Luft oder mit Flüssigkeiten gekühlt werden müssen. Ein an die Primärspannung angeschlossener Trafo arbeitet immer, unabhängig davon, ob der zu versorgende Verbraucher auf der Sekundärseite ein- oder ausgeschaltet ist, da stets Strom durch die Primärwicklung fließt. Das kann ohne Abschaltung zu einer signifikanten Verschlechterung der Energiebilanz von Geräten führen.

Welche Transformatoren gibt es bei Conrad?

Audio-Übertrager

Diese Transformatoren kommen in der Tontechnik zum Einsatz. Es werden sehr kleine Spannungen verarbeitet, wobei hohe Anforderungen an eine lineare Signalübertragung im hörbaren Frequenzbereich bestehen. Das geht meist mit sehr kleinen Bauformen einher, die zum Teil abgeschirmt aufgebaut sind, um Stör-Einstreuungen zu verhindern. Zur Anwendung kommen Audio-Übertrager zum Beispiel, um Mikrofonsignale anzupassen, Mikrofone galvanisch zu trennen, oder unsymmetrische in symmetrische Signale umzuwandeln.


Kompaktnetzteil-Transformatoren

In der Kategorie Kompaktnetzteil-Transformatoren bietet Conrad komplett anschlussfertige Netzteile an, die für eine Eingangsspannung von 230 Volt ausgelegt sind. Die Ausgänge stellen Gleich- oder Wechselstrom von 8, 12 oder 24 Volt bereit. Es handelt sich um wärmefeste, voll vergossene Geräte mit Kabel- oder Schraubklemmenanschluss und zum Teil mit automatischer Wärmeabschaltung. 

Netztransformatoren

Im Bereich der Netztrafos stehen Produkte für diverse Eingangs- und Ausgangsspannungen zur Verfügung. Klassische Anwendungen sind zum Beispiel die Bereitstellung von Kleinspannungen für Tür-Klingeln und Haustür-Sprechanlagen in der Hausinstallation. Daher sind zahlreiche Modelle neben der Befestigung mit Fußwinkeln für die Montage auf Tragschienen (Hutschienen) geeignet. Viele Trafos haben einen integrierten thermischen Überlastschutz und zum Teil einen zusätzlichen Schutz mit Schmelzsicherungen.


Printtransformatoren

Als Printtransformatoren wird die Bauart von Trafos bezeichnet, die auf den Einsatz auf Leiterplatten vorgesehen ist. Als Eingangsspannungen stehen 115 und 230 Volt zur Verfügung, an den Sekundärseiten 3 bis 24 Volt Wechselspannung.


Ringkern-Transformatoren

Der namensgebende ringförmige Kern ermöglicht kompakte und effiziente Trafos, zum Teil mit Thermoschaltern und eingebauten Feinsicherungen. Die Bauart von Ringkern-Transformatoren ist zumeist dimmbar und hat ein extrem geringes Eigengeräusch (Netzbrummen). Es stehen Transformatoren mit bis zu 3.000 Watt Leistung zur Verfügung.


Stell-, Regeltransformatoren

Die Sonderform von Stell- und Regeltransformatoren erlaubt die Ausgabe einer variablen Ausgangsspannung. Dazu läuft ein Schleifer auf einer Wicklung, von dem je nach Winkelstellung die Ausgangsspannung abgegriffen wird. Werden diese Trafos ohne separaten Vorschalt-Transformator betrieben, ist die Sekundärspannung nicht galvanisch von der Primärspannung getrennt.

FAQ – häufig gestellte Fragen zu Transformatoren

Für den Einbau, den Betrieb und das Auswechseln von Transformatoren gelten diverse nationale und internationale Vorschriften des Elektrohandwerks, in Deutschland zudem VDE-Regelungen. Da – mit Ausnahme der Audio-Übertrager – meist mit Netzspannung gearbeitet wird, ist das Wissen ausgebildeter Fachkräfte vonnöten.

Informieren Sie sich anhand der technischen Daten, ob ein Transformator für die geplante Aufgabe geeignet ist.

Trafos dürfen nur gemäß den Spezifikationen der Hersteller verwendet werden, da andernfalls die zugesicherten elektrischen und Sicherheitsparameter nicht gewährleistet werden können.

Achten Sie auf ausreichende Lüftung oder gegebenenfalls Kühlung am Einbauort, damit der Transformator nicht überlastet und die Zuverlässigkeit der Elektroinstallation nicht gefährdet wird.

Einige Stell-Transformatoren erfordern von Zeit zu Zeit eine Wartung der Schleifer-Elemente.

Woran erkennt man defekte Transformatoren?

  • defekte Isolierungsschichten aufgrund starker Erwärmung mit nachfolgenden Kurzschlüssen in den Wicklungen mit nachfolgendem Ausfall
  • Ausfall durch Durchbrennen einer Wicklung
  • instabile Sekundärspannung bei verschlissenen Schleifern von Stell-Trafos
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