Ratgeber
Wie der Begriff schon andeutet: Vorschalttrafos sind Netztransformatoren, die einer Last vorgeschaltet werden. Und zwar zur Anpassung unterschiedlicher Spannungen.
Nötig wird dies zum Beispiel für US-amerikanische Elektrowerkzeuge für den Betrieb in Europa – und umgekehrt.
In unserem Ratgeber informieren wir Sie über Funktion und Aufbau solcher Konverter und geben Tipps für die Beschaffung.
Wie bereits erwähnt, dient die Elektronik von Vorschalttrafos zur Transformation unterschiedlicher Netzspannungen. In den USA, in Japan und Kanada beispielsweise liegt der einphasige Wechselstrom bei 110 bis 120 Volt, in Europa, Australien und China dagegen bei 220 bis 240 Volt.
Damit ein US-amerikanischer Wechselstrommotor in Deutschland ordnungsgemäß funktioniert, ist die Versorgungsspannung also zu verdoppeln. Genau das machen Vorschalttrafos. Auf der Eingangsseite des Trafos erfolgt der Anschluss ans Netz per normalem Kabel an eine europäische Steckdose. Im Gehäuse des Trafos befindet sich eine Steckdose mit Schutzkontakt nach US-amerikanischem Vorbild, hier wird der Elektromotor angeschlossen. Ist der Vorschalttrafo als Spartransformator konstruiert, bietet er sogar unterschiedliche Ausgangsspannungen an, zum Beispiel 115, 125, 230 oder 240 Volt. Damit sind alle gängigen Netzspannungen abgedeckt, einschließlich der europäischen. Solche Spartrafos verfügen meist auch noch über einen zusätzliche Steckdose im heimischen Format.
Vorschalttrafos gibt es als Step-Up-Konverter zum Umwandeln niedriger Eingangsspannungen in eine höhere Spannung am Ausgang und als Step-Down-Konverter, der eine höhere Eingangsspannung reduziert.
Wichtig: Vorschalttrafos konvertieren nur die Spannung, nicht die Frequenz des Netzstroms. Sie liegt in Europa und anderen Ländern mit 220 bis 240 Volt bei 50 Hertz, in der Ländern mit 110 bis 120 Volt beträgt sie 60 Hertz. Wird am Vorschalttrafo zum Beispiel eine Maschine angeschlossen, deren Zeittakt auf der hiesigen Netzfrequenz basiert, könnte es Probleme geben. Abhilfe bringt in solchen Fällen ein Frequenzumrichter.
Ein Vorschalttrafo ist vom Prinzip her ein Spannungswandler für den Niederspannungsbereich bis 1000 Volt. Er nutzt das Prinzip der elektromagnetischen Induktion zur gegenseitigen Umwandlung von Elektrizität und Magnetismus, funktioniert somit wie ein handelsübliches Netzteil für Elektrogeräte.
Wie jeder normale Transformator oder jedes Netzteil besteht der Vorschalttrafo aus zwei Drahtspulen, von denen eine als Primärwicklung (7) und die andere als Sekundärwicklung (8) bezeichnet wird. Die Primärseite des Transformators nimmt den Strom auf (1), die Sekundärseite gibt den Strom ab (4). Die beiden Spulen sind auf einem Eisenkern (5) miteinander verflochten, ohne jedoch elektrisch miteinander in Kontakt zu stehen. Der Magnetkern besteht in der Regel aus weichmagnetischem Material, das aus miteinander verbundenen Lamellen besteht, um Energieverluste durch Wirbelströme zu verringern. Der Kern ermöglicht die Übertragung (6) des Stroms von einer Spule zur anderen. Wenn die Primärwicklung an das Stromnetz angeschlossen wird, überträgt das erzeugte Magnetfeld die Spannung auf die Sekundärwicklung.
Entscheidend ist dabei der magnetische Fluss in den Spulen und im Kern, der unter anderem von der Anzahl der Wicklungen abhängt: Je größer der Unterschied zwischen den Wicklungen, desto größer ist die Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung. In einem Step-Down-Konverter zur Spannungsabsenkung enthält die Primärspule daher erheblich mehr Wicklungen als die Sekundärspule. Bei einem Step-Up-Konverter ist es genau umgekehrt. Vorschalt-Spar-Transformatoren verfügen über Anzapfungen an der Sekundärspule, um unterschiedliche Ausgangsspannungen bereitzustellen.
Zunächst ist festzulegen, in welche Richtung die Umwandlung des Vorschaltgeräts erfolgen soll, also ob ein Step-Up- oder Step-Down-Konverter nötig ist. Im Handel verfügbar sind neben Spartransformatoren mit verschiedenen Ausgangsspannungen auch Universal-Konverter, die Netzspannungen sowohl herab- als auch heraufsetzen können. Wesentlich ist auch das Vorhandensein der benötigten Stecker-Systeme.
Zu den wichtigsten Kriterien zählt die Leistung, also das Produkt aus Spannung und Strom am Ausgang des Vorschalt-Transformators. In einigen Fällen wird statt Watt auch die Einheit Voltampere, kurz VA, angegeben, da es sich bei einem Vorschalt-Transformator um ein induktiv arbeitendes Gerät und damit um eine Scheinleistung handelt. Im Gegensatz zur Wirkleistung in Watt wird bei der Scheinleistung auch die induktive Blindleistung berücksichtigt.
Die Bandbreite der abgegebenen Leistung ist relativ groß und reicht von wenigen Hundert Kilowatt bis weit in den Kilowattbereich. Dabei ist zu bedenken, dass ein Vorschalt-Transformator zwar einen hohen elektrischen Wirkungsgrad besitzen, aber dennoch nicht bis zur Leistungsgrenze betrieben werden sollten. Im Betrieb besteht immer die Gefahr von Stromspitzen, die vor allem beim Dauereinsatz die Elektronik und die Spulen des Vorschaltgeräts beschädigen könnten.
Als Faustregel gilt: Die Leistung des Transformators sollte mindestens 20 Prozent über der maximalen Leistungsaufnahme des Verbrauchers liegen. Das gilt besonders bei Geräten mit Elektromotoren wie Kühl- und Gefriergeräte, Kompressoren, Elektrowerkzeuge und Pumpen. Die Motoren benötigen in der Regel einen hohen Einschaltstrom, der die Ausgangsspannung im Einschaltmoment stark reduzieren kann.
Was ist der Unterschied zwischen einem Spannungswandler und einem Spannungsregler?
Ein Spannungsregler funktioniert sowohl als Spannungswandler als auch als Spannungsstabilisator. Er stabilisiert die Netzspannung ausgangsseitig auf einen festen Wert. Spannungsregler sind in der Regel in Ländern zu finden, in denen die Netzspannung stark schwanken kann. Die Stabilisierung liegt meist bei plusminus 4 Prozent, zum Beispiel wird bei einem Netzstrom zwischen 180 und 260 Volt auf 220 Volt stabilisiert.
Gibt es auch kalibrierte Vorschalttrafos?
Die weitaus meisten im Handel verfügbaren Vorschalttransformatoren sind werkseitig kalibriert. Sind aber Zertifikate nötig oder gesetzlich vorgeschrieben, ist die Beschaffung eines Trafos mit Kalibrierung nach ISO oder durch ein DakkS-akkreditiertes Labor zu empfehlen.
Muss der Trafo einen Schutzkontakt-Steckdose besitzen oder reicht der Ausgang für einen Kaltgeräte-Stecker?
Da die Gehäuse der weitaus meisten Vorschalttrafos aus Metall bestehen, sind Schutzkontakt-Steckdosen zwingend erforderlich. Viele Geräte verfügen über zwei Stecker-Systeme, einen in der Form der klassischen Schutzkontakt-Steckdose und einen passend für den Stecker des anzuschließenden Geräts. Auch der zweite Anschluss ist dann mit einem Schutzkontakt versehen. Die Verwendung von Kaltgeräte-Steckern ist nur dann bedenkenlos möglich, wenn das angeschlossene Gerät keine berührbaren Metallteile besitzt.