Ratgeber
Obwohl es die Bezeichnung hoffen lässt – mit einem Spartransformator lassen sich leider keine Energiekosten sparen. Das Sparpotenzial bezieht sich vielmehr auf die kostengünstige Konstruktion, die sich im finanziellen Rahmen von Beschaffungsmaßnahmen durchaus positiv bemerkbar macht. Erfahren Sie in unserem Ratgeber, wie Spartransformatoren funktionieren und für welche Einsatzzwecke sie prädestiniert sind.
Normale Trafos – wozu auch Trenntransformatoren gehören – sind elektromagnetische Geräte, die nach dem Prinzip der Induktion elektrische Energie von einem Stromkreis auf einen anderen übertragen. Die Kopplung erfolgt durch Spulen auf einem gemeinsamen Eisenkern und die in den Windungen erzeugten Magnetfelder. In einem einphasigen Trafo gibt es zum Beispiel zwei Spulen, eine Primär- und eine Sekundärspule.
Die Primärwicklung erhält den Strom von einer beliebigen elektrischen Quelle wie einem Netzstromanschluss oder einem Wechselstromgenerator. Das von der Primärspule erzeugte Magnetfeld induziert eine Spannung in der Sekundärwicklung. Diese Sekundärspule erhält die entsprechende Spannung und wird an die Last angeschlossen.
Transformatoren werden verwendet, um die Eingangsspannung auf ein höheres Niveau zu heben, es handelt sich dabei um Aufwärtstransformatoren. Im Allgemeinen allerdings verringern Trafos die Eingangsspannung auf ein niedrigeres Niveau, dann handelt es sich um Abwärtstransformatoren.
Eine der wichtigsten Eigenschaften eines normalen Trafos ist die galvanische Trennung der beiden Stromkreise. Die Energieübertragung erfolgt ausschließlich über Magnetfelder, nicht über Drähte oder ähnliche Verbindungen. Es gibt auch keine gemeinsamen Masseanschlüsse beziehungsweise Erdungen. Das hat den Vorteil, dass beispielsweise Überspannungen oder Kurzschlüsse im Primärstromkreis sich nicht oder nur geringfügig auf den Sekundärstromkreis auswirken.
Ein Spartrafo dagegen besitzt nur eine einzige Wicklung auf einem Eisenkern, die sowohl die Primärwicklung als auch die Sekundärwicklung repräsentiert. Ein Teil der Wicklung wird als gemeinsamer Abschnitt verwendet, während der andere Teil den Eingang oder den Ausgang bildet.
Die Bezeichnung Spartrafo entstammt der Tatsache, dass er gegenüber einem herkömmlichen Transformator Einsparungen in Bezug auf Kosten und Gewicht bietet. Da ein Teil der Wicklung gemeinsam genutzt wird, sind weniger Kupferdraht und weniger Isolationsmaterial erforderlich.
Dies führt zu geringeren Kosten bei der Herstellung. Allerdings: Da Spartrafos nur über eine Spule verfügen, ist eine galvanische Trennung der Primärseite von der Sekundärseite nicht möglich.
Ein Spartrafo ist ein Transformator mit angezapften Wicklungen, der die lokal verfügbare Spannung in die von einer bestimmten Last benötigte Spannung umwandelt. So kann ein Verbraucher überall auf der Welt betrieben werden, solange ein Transformator zur Verfügung steht, der den lokalen Spannungsabfall in die benötigte Spannung umwandelt. Er lässt sich dabei entweder als Abwärts- oder als Aufwärtstransformator nutzen. Der Unterschied besteht darin, welcher Anschluss der Spule als Primärseite und welcher als Sekundärseite genutzt wird.
Dazu ein Beispiel: Ein einfacher einphasiger Spartrafo mit nur einer Anzapfung besitzt vier Anschlüsse, zwei für den gemeinsamen Neutralleiter (N) und zwei für Außenleiter, bezeichnet in der Regel mit L1 und L2. Der primäre Teil der Spule ist am Anfang der Wicklung mit N und am Ende der Wicklung mit L1 verbunden. Der sekundäre Teil besteht aus einer Anzapfung beispielsweise genau an der Hälfte der Windungslänge. Sie ist mit N und L2 verbunden. Wird an den primären Teil über N und L1 ein Wechselstrom von 230 Volt eingespeist, ergibt dies am Ausgang N und L2 eine Spannung von 115 Volt, also genau die Hälfte der Quellspannung.
Bei einem umgekehrten Anschluss – die Quellspannung wird über N und L2 eingespeist – würde theoretisch an N und L1 eine Spannung von 460 Volt zur Verfügung stehen. Dies ist aber nur möglich, wenn der Trafo für diese hohe Spannung auch ausgelegt ist. In der Praxis ist von einem umgekehrten Anschluss deshalb eher abzuraten. Ist eine Aufwärtstransformation gewünscht, sollte besser ein dafür konfektionierter Transformator verwendet werden.
Eine Variante des Spartransformators ist der Stelltransformator. Die Anzapfungen lassen sich bei ihm über einen Drehknopf in kleinen Schritten auswählen. Das ist besonders dann sinnvoll, wenn häufig verschieden hohe Wechselspannungen benötigt werden.
Spartrafos werden überall dort eingesetzt, wo eine primäre und sekundäre Isolierung nicht erforderlich ist. Sie haben den Vorteil, dass sie klein sind, weniger Verbrauchsmaterial benötigen und über einen Wirkungsgrad von über 90 Prozent verfügen. Nachfolgend einige typische Anwendungsbereiche:
Reparaturen
Bei Reparaturen an elektronischen Geräten ist es oft ratsam, die Ausgangsspannung der Stromversorgung langsam zu erhöhen, um sicherzustellen, dass die ausgetauschten Teile nicht durchbrennen. Das kann bei einer zu hohen Spannung vor allem bei Halbleitern leicht passieren. Über die Anzapfungen lässt sich die Ausgangsspannung schrittweise erhöhen.
Kompensation von Spannungsabfällen im Netz
Bei langen Stromleitungen kommt es häufig zu Spannungsabfällen, insbesondere bei Anwendungen mit hoher Leistung und entsprechend hohem Strombedarf. Mit einem Spartransformator lassen sich diese Spannungsverluste ausgleichen.
Temperaturanpassung bei Widerstandsheizungen
Die Temperatur von Widerstandsheizungen ist durch Variation der Wechselspannung mit einem Spartransformator anpassbar.
Ändern der Geschwindigkeit eines Ventilators
Durch das Ändern der Spannung an Wechselstrommotoren lässt sich deren Geschwindigkeit steuern. Ein Spartransformator ist daher auch zum Ändern der Drehzahl von Ventilatoren geeignet.
Ungeregelte DC-Stromversorgung mit hohem Strom
Eine ungeregelte Gleichstromversorgung mit hohem Strom ist mit einem Spartransformator, einem Filterkondensator und einem Hochstromgleichrichter realisierbar. Allerdings sind hier besondere Sicherheitsmaßnahmen erforderlich: Der Spartransformator ist mit Wechselstrom verbunden, es besteht die Gefahr eines Stromschlags.
Da ein Spartransformator sowohl weniger Wicklungen als auch einen kleineren Kern benötigt, ist ein solcher Trafo für Leistungsanwendungen bis zu einem Spannungsverhältnis von etwa 3:1 in der Regel leichter und kostengünstiger als ein Zweiwicklungstransformator.
- Da die Menge an Siliziumstahlblech und Kupferdraht, die im Transformator verwendet wird, mit dem induzierten Nennpotential und dem Nennstrom zusammenhängt, ist die Wicklungskapazität des Spartransformators geringer.
- Aufgrund der geringeren Menge an Kupferdraht und Siliziumstahlblech sind bei gleicher Stromdichte und magnetischer Flussdichte die Kupfer- und Eisenverluste des Spartransformators im Vergleich zum Zweiwicklungstransformator niedriger.
- Da er leichter ist als ein Zweiwicklungstransformator mit derselben Kapazität, ist er besser zu transportieren und benötigt weniger Stellfläche.