Aufbau von Schaltnetzteilen

Bei den meisten Netzteilen handelt es sich heute um sogenannte Schaltnetzteile. Die elektronischen Baugruppen wandeln eine eingehende Gleich- oder Wechselspannung in eine Gleichspannung mit einem anderen Niveau um. Dabei handelt es sich immer um eine unstabile Eingangsspannung und eine konstante Ausgangsspannung.

Handelsübliche Schaltnetzteile sind weitgehend identisch aufgebaut. Zunächst erfolgt eine Gleichrichtung des eingehenden Stroms, der anschließend geglättet wird. Im nächsten Schritt wird die Gleichspannung als Eingangsspannung aufgelöst und in eine Wechselspannung umgewandelt. Nun erfolgt eine erneute Gleichrichtung. Abschließend wird die Spannung gesiebt und als Ausgangsspannung wieder abgegeben.

Moderne Schaltnetzteile haben einen Wirkungsgrad von rund 90 Prozent. Schaltnetzteile sind preiswerter als Transformatoren und benötigen bei der Herstellung weniger Kupfer. Auch die Abmessungen und das Gewicht von Schaltnetzteilen sind geringer als bei der herkömmlichen Bauweise. Im Inneren des Schaltnetzteils befindet sich ein Ferritkern-Transformator. Zu den bekanntesten Formaten für Schaltnetzteile gehört das ATX-Format.

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Thema Strom: Galvanische Trennung

Der Begriff galvanische Trennung fällt häufig in Zusammenhang mit elektrischem Strom. Unter einer galvanischen Entkopplung versteht man ebenfalls eine galvanische Trennung. Dabei werden zwei leitfähige Gegenstände getrennt. Der Strom kann in diesem Fall nicht von einem Stromkreis zum anderen fließen. Für eine galvanische Trennung finden verschiedene Bauteile wie Kondensatoren und Transformatoren Verwendung.

Eine galvanische Trennung von zwei leitfähigen Gegenständen erfolgt in den meisten Fällen aus Gründen der Sicherheit. Bei medizinischen Geräten oder auch Steckernetzteilen findet man eine entsprechende Trennung vor. Zu den weiteren Anwendungsbereichen zählt die Messtechnik. Galvanische Entkopplungen werden auch zur Vermeidung von elektromagnetischen Störungen angewendet.

Transformatoren sind ideale und sehr populäre Beispiele für eine galvanische Trennung. Der Trafo passt dabei nicht nur die Spannung an das benötigte Niveau an, sondern baut eine galvanische Trennung zum Stromnetz auf. Dieses Verfahren wird bei Trafos mit zwei Spulen realisiert, die sich auf einem Eisenkern befinden. Man nennt diese Wirkweise auch induktive Trennung.

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Was ist ein Spartransformator?

In Zusammenhang mit Netzteilen werden auch häufig sogenannte Spartransformatoren erwähnt. Bei einem Spartransformator handelt es sich um eine abgespeckte Version eines Transformators mit nur einer Spule. Spartransformatoren können bei Netzteilen ohne galvanische Trennung verbaut werden.

Der Spartransformator oder Spar-Trafo ist auch als Autotransformator bekannt. Die primäre und sekundäre Seite des Spar-Trafos werden mit einer einzigen Spule definiert. Über die Spule wird die Ausgangsspannung abgegeben. Beide Teile des Spar-Trafos sind elektrisch miteinander verbunden. Im Gegensatz zu dieser Funktionsweise haben normale Transformatoren zwei Spulen mit Eingangs- und Ausgangskreis, die nicht miteinander verbunden sind. Spar-Trafos sparen in erster Linie Material und sind schmaler aufgebaut, weil die nur aus einer Spule bestehen.

Zu den Anwendungsgebieten für Spar-Trafos zählen:

– Netzadapter wie Reiseadapter
– Spar-Stelltransformatoren
– Zündspulen in Verbrennungsmotoren und anderen Wärmekraftmaschinen
– Autotransformatorsysteme wie die Versorgungsanlagen der Bahn
– Trafos für Maschinen, die trotz weltweit unterschiedlicher Netzspannungen flächendeckend eingesetzt werden sollen

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Netzteil mit Netztransformator

Der Netztransformator ist fester Bestandteil herkömmlicher Netzteile. Der Transformator übernimmt die Aufgabe der Spannungstransformation und die der galvanischen Trennung. Dabei steigt die Leistung mit höherer Frequenz.

Netztransformatoren sind auch als Trafos bekannt. Die Bauelemente aus der Elektrotechnik werden in verschiedenen Anlagen verbaut. Jeder Transformator besteht aus einem magnetischen Kreis mit Eisen- oder Ferritkern. Dieser ist um die Leiter von mindestens zwei separaten Stromkreisen geschlungen. Wenn eine Wechselspannung anliegt, baut der Trafo eine Spannung am zweiten Leiter auf, die im direkten Verhältnis zur ursprünglichen Spannung steht. Aus diesem Grund werden Trafos immer dann eingesetzt, wenn eine Wechselspannung erhöht oder reduziert werden soll. Die Trennung der verschiedenen Stromkreise eines Trafos nennt man dabei galvanische Trennung.

Es gibt Transformatoren in verschiedenen Bauweisen. Möglich sind Mini-Ausführungen ebenso wie große Transformatoren, die mehrere hundert Tonnen wiegen. Die Funktionsweise eines Trafos wird anhand des idealen Transformators dargestellt, der jedoch in der Praxis nicht realisierbar ist. Zahlreiche Faktoren wie Wirbelstromverluste reduzieren die Leistungsfähigkeit des Trafos.

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