Ratgeber
Transformatoren, kurz Trafo, werden auch als Umspanner bezeichnet. Als elektrotechnische Bauelemente finden Trafos Verwendung, um Wechselspannungen auf ein niedrigeres oder höheres Spannungsniveau zu transformieren, oder aber, um eine galvanische Trennung zwischen der Ein- und Ausgangsseite herzustellen.
Transformatoren bestehen aus zwei oder mehreren Spulen aus Kupferdraht, die auf einem Eisen- oder Ferritkern gewickelt sind. Die Windungszahlen von Primär- und Sekundärwicklungen legen das Verhältnis von Eingangs- und Ausgangsspannung fest. Hat ein Transformator zum Beispiel ein Windungsverhältnis von 20:1, so spannt er eine Eingangsspannung von 230 Volt in 11,5 Volt auf der Ausgangsseite um.
Im Gegensatz zu Transformatoren herkömmlicher Bauart, bei denen der Eisenkern aus einem U- oder E-förmigen Paket aus Blechlamellen besteht, kommt bei einem Ringkerntrafo ein ringförmiger Kern zum Einsatz. Dieser Kern besteht entweder aus weichmagnetischen, ferritischen Materialien, die durch einen Sinter- oder Pressvorgang in die gewünschte Form gebracht werden, oder aus ringförmigen Blechstreifen, die voneinander isoliert sind. Bedingt durch den geschlossenen Ringkern können Ringkerntrafos nur mit speziellen Maschinen gewickelt werden.
Gegenüber Transformatoren herkömmlicher Bauart bieten Ringkerntrafos eine ganze Reihe an Vorteilen: Ihre Leistungsdichte ist größer, so dass für die gleiche Leistung ein kompakterer und leichterer Ringtrafo ausreicht. Ringkerntrafos verursachen wesentlich geringere magnetische Streufelder, neigen weniger zu störenden Brummgeräuschen und nehmen im Leerlaufbetrieb erheblich geringere Ströme auf. Allerdings verursachen sie beim Einschaltvorgang relativ hohe Stromspitzen(Einschaltströme), da keine Luftspalte wie bei Trafos mit U- oder E-Kernen vorhanden sind.
Ringkerntrafos sind, angepasst an unterschiedliche Einsatzzwecke, in diversen Ausführungen erhältlich. Neben verschiedenen Wicklungsverhältnissen für sämtliche gebräuchliche Spannungen gibt es Modelle mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:1; sie dienen als Trenntransformatoren. Trafos mit Faktoren von 2:1 beziehungsweise 1:2 passen Geräte für den Betrieb an 115 Volt Wechselspannung an ein 230-Volt-Netz oder an – oder umgekehrt. Oftmals sind mehrere Wicklungen vorhanden, so dass sich sekundärseitig unterschiedliche Spannungen aus einem Trafo entnehmen lassen und der Trafo primärseitig an Netzen mit 115 und 230 Volt gleichermaßen betrieben werden kann.
Für Niedervolt-Beleuchtungszwecke verwendet man Trafos mit einem Wicklungszahlverhältnis von 20:1 (bei 230 V Netzspannung). Sie stellen sekundärseitig 11,5 V für Halogen-Leuchtmittel bereit. Diese Ringkerntrafos gibt es auch vergossen in weißen Kunststoffbechern für eine einfache und unauffällige Deckenmontage. Temperatur- und Überlastsicherungen können integriert sein.
Die Anschlüsse von Ringkerntrafos sind meist als freie Kabelenden ausgeführt, Spezialtypen können zudem mit festen Anschlusssteckern, Schraubklemmen oder Lötpins versehen sein. Wie herkömmliche Trafos sind Ringkerntrafos in vollvergossener Ausführung erhältlich.
Ein hoher elektrischer Wirkungsgrad sowie geringe Leerlaufverluste wirken sich günstig auf die laufenden Betriebskosten aus. Es gilt: Je leistungsstärker ein Ringkerntrafo ist, desto deutlicher machen sich diese Aspekte in der Praxis bemerkbar. Sehr hochwertige und effiziente Ringkerntrafos können Wirkungsgrade bis an die 98% erreichen. Ein möglichst guter Wirkungsgrad spart nicht nur Energie, sondern führt zu weniger Verlustwärme und einem geringeren Kühlungsaufwand.
Teil- und in besonderem Maße vollvergossene Ringkerntrafos sind besonders leise, was störende Brummgeräusche beim Betrieb an 50- oder 60-Hertz-Netzen betrifft. Eine Vergussmasse dämpft zusätzlich die minimalen Schwingungen der Spulenwicklungen, so dass das störende Netzbrummen praktisch nicht mehr wahrnehmbar ist.
Unser Praxistipp für den Einsatz von Ringkerntransformatoren
Betreiben Sie Ringkerntransformatoren möglichst im Bereich von 50 bis 100% ihrer Nennleistung. Ihr Wirkungsgrad ist dann am besten. Größere Ringkerntrafos können durch ihre relativ hohen Einschaltströme zum unerwünschten Auslösen von Leitungsschutzschaltern führen. Derlei Probleme lassen sich durch Vorschaltung eines Transformatorschaltrelais oder alternativ mit Einschaltstrombegrenzern (NTC) beheben.
Weshalb sollte ein Ringkerntrafo für 12 Volt Halogenleuchtmittel möglichst mit seiner Nennleistung belastet werden?
Die Leerlaufspannung von Transformatoren ist signifikant höher als die Ausgangsspannung unter Last. Gering belastete Trafos weisen entsprechend höhere Ausgangsspannungen auf, die in der Praxis zu einer stark verkürzten Lebensdauer der Leuchtmittel durch Überspannung führen. Aus gleichem Grund sollten auch defekte Leuchtmittel stets rasch ersetzt werden.
Warum ist die Ausgangsspannung eines Ringkerntrafos unter Last stabiler?
Der praktisch nicht vorhandene Luftspalt führt nicht nur zu einem deutlichen geringeren magnetischen Streufeld, sondern sorgt auch für eine niedrigere Impedanz. Der Trafo geht bei Belastung deshalb nicht so sehr „in die Knie“ wie ein vergleichbarer Transformator herkömmlicher Bauart.
Achten Sie auf eine möglichst passende Dimensionierung des Transformators. Ein Betrieb nahe am Nennleistungsbereich ist optimal. Zur Befestigung stehen als Zubehör Montagesätze in Form passender Befestigungsscheiben und Isolierplatten zur Verfügung, mit denen der Trafo mit nur einer Schraube befestigt werden kann. Teil- und vollvergossene Trafos besitzen oft bereits ein eingegossenes, metrisches Metallgewinde; sie können ohne Montagesatz einfach angeschraubt werden.
In sensiblen Umgebungen bieten vollvergossene Ausführungen Vorteile, da ein lästiges Netzbrummen vermieden wird. Soll ein defekter Ringkerntrafo ersetzt werden, muss der neue Trafo identische elektrische Werte aufweisen. Hier sollten Sie auch auf die mechanischen Abmessungen sowie eine ausreichende Länge der Anschlusskabel achten.