Im Labor wird eine variable Wechselspannung benötigt. Ein Sparstelltransformator liefert beispielsweise 0 bis 250 V AC und scheint damit zunächst genau das richtige Gerät zu sein. Gleichzeitig soll der Prüfling jedoch galvanisch vom Versorgungsnetz getrennt werden.
Genau hier entsteht ein häufiger Auswahlfehler:
Ein Spartransformator kann die Spannung verändern – er erzeugt aber keine galvanische Trennung.
Ein Trenntransformator erfüllt dagegen eine völlig andere Aufgabe. Seine Primär- und Sekundärwicklung sind elektrisch voneinander getrennt. Dadurch kann eine vom Versorgungsnetz galvanisch getrennte Sekundärseite bereitgestellt werden.
Wer zusätzlich eine einstellbare Ausgangsspannung benötigt, kann einen Trennstelltransformator verwenden. Dieser kombiniert die galvanische Trennung eines Trenntransformators mit einer verstellbaren Ausgangsspannung.
Produkte für Labor, Service und Anlagenbau finden Sie unter Trenntransformatoren / Stelltransformatoren. Weitere Lösungen sind unter Stromversorgung zusammengefasst.
Inhaltsverzeichnis
- Was unterscheidet Trenntrafo und Spartrafo grundsätzlich?
- Wie funktioniert ein Trenntransformator?
- Wie funktioniert ein Spartransformator?
- Was bedeutet galvanische Trennung?
- Galvanische Trennung und Schutztrennung unterscheiden
- Ist ein Stelltransformator automatisch galvanisch getrennt?
- Wann ist ein Trennstelltransformator sinnvoll?
- Leistung, Spannung und Strom richtig dimensionieren
- Was passiert mit Erdung und Schutzleiter?
- Sekundärseite richtig absichern
- Ableitströme und Messungen im Labor
- Einschaltstrom des Transformators berücksichtigen
- Typische Anwendung im Labor und Service
- Typische Auswahl- und Anwendungsfehler
- Empfohlene Auswahl
- Praxisbeispiel
- Welche Produkte und Lösungen eignen sich?
- Fazit
- Häufige Fragen
Was unterscheidet Trenntrafo und Spartrafo grundsätzlich?
Beide Geräte arbeiten mit Wechselspannung und können Spannungsverhältnisse verändern. Der elektrische Aufbau unterscheidet sich jedoch grundlegend.
| Eigenschaft | Trenntransformator | Spartransformator |
|---|---|---|
| Wicklungen | Getrennte Primär- und Sekundärwicklung | Gemeinsame Wicklung mit Abgriff |
| Galvanische Trennung | Ja | Nein |
| Spannungsanpassung | Je nach Übersetzungsverhältnis | Ja |
| Variable Ausgangsspannung | Nur bei entsprechender Stell-Ausführung | Bei Sparstelltrafo möglich |
| Typischer Schwerpunkt | Elektrische Trennung | Effiziente Spannungsanpassung beziehungsweise Spannungsstellung |
Die Entscheidung darf deshalb nicht allein nach der gewünschten Ausgangsspannung getroffen werden.
Die wichtigste Frage lautet zunächst:
Wird eine galvanische Trennung vom Versorgungsnetz benötigt oder nicht?
Wie funktioniert ein Trenntransformator?
Ein klassischer Trenntransformator besitzt mindestens zwei voneinander elektrisch getrennte Wicklungen.
Die Primärwicklung wird mit dem Versorgungsnetz verbunden. Über das magnetische Feld im Transformator wird Energie auf die Sekundärwicklung übertragen.
Zwischen Primär- und Sekundärwicklung besteht dabei keine direkte leitende Verbindung.
Ein Trenntransformator kann beispielsweise mit:
230 V Eingang → 230 V Ausgang
arbeiten.
Obwohl die Spannung nahezu gleich bleibt, erfüllt er dennoch eine wichtige Funktion: Er trennt die Sekundärseite galvanisch vom Primärnetz.
Ein Trenntransformator muss also nicht zwangsläufig die Spannung verändern.
Wie funktioniert ein Spartransformator?
Ein Spartransformator – auch Autotransformator genannt – arbeitet mit einer gemeinsamen Wicklung.
Ein Teil der Wicklung wird sowohl von der Eingangs- als auch von der Ausgangsseite genutzt.
Bei einem Sparstelltransformator wird die Ausgangsspannung über einen verstellbaren Abgriff auf der Wicklung verändert.
Dadurch lassen sich beispielsweise Ausgangsspannungen von wenigen Volt bis ungefähr zur Netzspannung beziehungsweise je nach Ausführung darüber einstellen.
Der entscheidende Punkt:
Zwischen Eingang und Ausgang besteht eine elektrische Verbindung.
Der Ausgang ist daher weiterhin netzbezogen.
Eine niedriger eingestellte Ausgangsspannung bedeutet deshalb nicht automatisch, dass der Ausgang galvanisch sicher vom Netz getrennt ist.
Was bedeutet galvanische Trennung?
Galvanische Trennung bedeutet, dass zwischen zwei Stromkreisen keine direkte leitfähige elektrische Verbindung besteht.
Energie oder Signale können trotzdem übertragen werden – beispielsweise:
- magnetisch über einen Transformator,
- optisch über einen Optokoppler oder
- kapazitiv über dafür ausgelegte Koppelelemente.
Beim Trenntransformator erfolgt die Energieübertragung magnetisch.
Dadurch wird der direkte elektrische Bezug der Sekundärseite zum Primärnetz aufgehoben.
Das ist insbesondere bei bestimmten Prüf-, Service- und Laboraufgaben wichtig.
Galvanische Trennung und Schutztrennung unterscheiden
Die Begriffe galvanische Trennung und Schutztrennung sollten nicht einfach gleichgesetzt werden.
Galvanische Trennung beschreibt zunächst eine technische Eigenschaft des Aufbaus.
Eine Schutzmaßnahme wie die Schutztrennung erfordert dagegen, dass das gesamte System entsprechend den dafür geltenden elektrischen Anforderungen aufgebaut und betrieben wird.
Dazu gehören unter anderem die Ausführung des Transformators, die Sekundärverdrahtung, angeschlossene Betriebsmittel und die Erdungsverhältnisse.
Ein vorhandener Trenntransformator bedeutet daher nicht automatisch, dass jede beliebige nachgeschaltete Installation als Schutztrennung betrachtet werden darf.
Ist ein Stelltransformator automatisch galvanisch getrennt?
Nein.
Der Begriff Stelltransformator beschreibt zunächst, dass die Ausgangsspannung verändert werden kann.
Er sagt noch nicht eindeutig aus, ob zwischen Eingang und Ausgang eine galvanische Trennung vorhanden ist.
Ein typischer Sparstelltransformator besitzt eine gemeinsame Wicklung und bietet deshalb keine galvanische Trennung.
Das ist besonders im Labor wichtig.
Ein Prüfgerät kann beispielsweise über einen Sparstelltrafo langsam von 0 V auf 230 V hochgefahren werden. Trotzdem bleibt der Stromkreis elektrisch mit dem Netz verbunden.
Wer variable Spannung und galvanische Trennung benötigt, braucht eine entsprechende Kombination beziehungsweise einen Trennstelltransformator.
Wann ist ein Trennstelltransformator sinnvoll?
Ein Trennstelltransformator kombiniert zwei Funktionen:
- galvanische Trennung vom Versorgungsnetz und
- einstellbare Ausgangsspannung.
Das ist beispielsweise bei folgenden Aufgaben sinnvoll:
- Reparatur und Prüfung elektrischer Geräte,
- Entwicklung im Elektroniklabor,
- kontrolliertes Hochfahren eines Prüflings,
- Funktionsprüfung bei Unter- oder Überspannung,
- Versuchsstände und
- Servicearbeiten an netzbetriebenen Geräten.
Damit kann beispielsweise ein Prüfling zunächst bei niedriger Spannung eingeschaltet und anschließend kontrolliert bis zur Nennspannung hochgefahren werden.
Leistung, Spannung und Strom richtig dimensionieren
Bei der Auswahl eines Transformators reicht die Ausgangsspannung allein nicht aus.
Entscheidend sind mindestens:
- Eingangsspannung,
- Ausgangsspannung beziehungsweise Stellbereich,
- zulässiger Ausgangsstrom und
- Nennleistung in VA.
Für eine einfache Wechselstromlast gilt näherungsweise:
S = U × I
mit:
- S = Scheinleistung in VA,
- U = Spannung in V und
- I = Strom in A.
Ein Transformator mit 250 VA kann bei 230 V beispielsweise theoretisch ungefähr:
250 VA / 230 V ≈ 1,09 A
bereitstellen.
Entscheidend bleiben jedoch immer die vom Hersteller angegebenen Strom- und Leistungsgrenzen.
Bei Motoren, Netzteilen, Transformatoren, Kondensatoreingängen oder anderen Lasten mit hohem Einschaltstrom sollte zusätzlich ausreichend Reserve vorgesehen werden.
Was passiert mit Erdung und Schutzleiter?
Die galvanische Trennung betrifft den aktiven Stromkreis zwischen Primär- und Sekundärseite.
Sie bedeutet nicht, dass Schutzleiterverbindungen beliebig entfernt oder Gerätegehäuse grundsätzlich ungeerdet betrieben werden dürfen.
Das Metallgehäuse eines Transformators kann beispielsweise weiterhin über den Schutzleiter mit Erde verbunden sein.
Entscheidend ist die konkrete Schutzmaßnahme und der Aufbau des sekundären Stromkreises.
Besonders problematisch wird es, wenn eine ursprünglich erdfreie Sekundärseite unbeabsichtigt über:
- Oszilloskop-Masse,
- Messgeräte,
- USB-Verbindungen,
- PC-Schnittstellen oder
- andere geerdete Geräte
wieder mit Schutzleiter beziehungsweise Erde verbunden wird.
Dann können sich die elektrischen Verhältnisse des Prüfaufbaus wesentlich verändern.
Sekundärseite richtig absichern
Auch eine galvanisch getrennte Sekundärseite benötigt eine geeignete elektrische Auslegung.
Der Transformator sollte nicht als universeller Kurzschluss- oder Überlastschutz betrachtet werden.
Je nach Gerät können Schutzfunktionen wie:
- Schmelzsicherung,
- thermischer Sicherungsautomat,
- Temperaturschutz oder
- sekundärseitige Strombegrenzung
vorhanden sein.
Bei fest installierten Anwendungen muss außerdem geprüft werden, ob die nachgeschalteten Leitungen und Verbraucher zusätzlich abgesichert werden müssen.
Die Absicherung muss zum maximal verfügbaren Strom, Leiterquerschnitt und angeschlossenen Verbraucher passen.
Ableitströme und Messungen im Labor
Ein Trenntransformator wird im Labor häufig eingesetzt, um den direkten Netzbezug eines Prüflings zu unterbrechen.
Das kann beispielsweise bei bestimmten Messungen mit einem Oszilloskop hilfreich sein.
Trotz galvanischer Trennung ist ein realer Transformator jedoch kein idealer, vollständig kapazitätsfreier Trenner.
Zwischen den Wicklungen bestehen parasitäre Kapazitäten.
Dadurch können insbesondere bei höheren Frequenzen kleine kapazitive Ströme zwischen Primär- und Sekundärseite auftreten.
Bei empfindlichen EMV-, Ableitstrom- oder Hochfrequenzmessungen muss deshalb die konkrete Transformatorausführung berücksichtigt werden.
Einschaltstrom des Transformators berücksichtigen
Transformatoren können beim Einschalten kurzzeitig einen deutlich höheren Strom aufnehmen als im stationären Betrieb.
Die Höhe dieses Einschaltstroms hängt unter anderem von:
- Transformatorleistung,
- Kernaufbau,
- Einschaltzeitpunkt innerhalb der Netzsinuskurve und
- angeschlossener Last
ab.
Bei größeren Transformatoren kann deshalb die vorgeschaltete Sicherung auslösen, obwohl der normale Betriebsstrom deutlich kleiner ist.
Bei der Auslegung sollten daher auch Einschaltverhalten und Herstellerangaben berücksichtigt werden.
Typische Anwendung im Labor und Service
Eine häufige Aufgabe ist die Reparatur eines netzbetriebenen elektronischen Gerätes.
Der Techniker möchte:
- das Gerät galvanisch vom Netz trennen,
- die Eingangsspannung langsam erhöhen und
- gleichzeitig Strom und Spannung beobachten.
Ein reiner Sparstelltransformator erfüllt nur die zweite Aufgabe.
Er ermöglicht zwar eine variable Ausgangsspannung, aber keine galvanische Trennung.
Ein reiner Trenntransformator erfüllt dagegen die Trennfunktion, liefert jedoch bei einer 230-V-/230-V-Ausführung eine feste Ausgangsspannung.
Für beide Funktionen ist ein Trennstelltransformator die passende Geräteklasse.
Typische Auswahl- und Anwendungsfehler
| Beobachtung beziehungsweise Annahme | Problem | Sinnvolle Prüfung |
|---|---|---|
| „Der Stelltrafo steht auf 50 V, also ist die Spannung sicher vom Netz getrennt.“ | Sparstelltrafo besitzt keine galvanische Trennung | Transformatoraufbau prüfen |
| Trenntrafo wird nur nach Wattzahl ausgewählt | Scheinleistung und Ausgangsstrom werden nicht berücksichtigt | VA und maximalen Strom prüfen |
| Prüfling läuft über Trenntrafo, Oszilloskop wird angeschlossen | Messgerät kann einen neuen Erdbezug herstellen | Gesamten Messaufbau betrachten |
| Sicherung löst beim Einschalten eines großen Trafos aus | Hoher Einschaltstrom möglich | Einschaltverhalten und Absicherung prüfen |
| Mehrere Verbraucher werden an eine getrennte Sekundärseite angeschlossen | Schutzkonzept verändert sich | Elektrisches Schutzkonzept überprüfen |
| Ausgangsspannung bricht stark ein | Transformator überlastet beziehungsweise zu klein dimensioniert | Laststrom und Nennleistung vergleichen |
| Trenntrafo wird mit automatischem Personenschutz gleichgesetzt | Schutzwirkung hängt vom vollständigen Aufbau ab | Schutzmaßnahme der gesamten Anlage bewerten |
Empfohlene Auswahl
- Anwendung definieren: Spannungsanpassung, galvanische Trennung oder beides?
- Netzspannung festlegen: Beispielsweise 230 V oder 400 V.
- Ausgangsspannung bestimmen: Fest oder variabel?
- Galvanische Trennung klären: Falls erforderlich, keinen reinen Spartrafo verwenden.
- Maximalen Laststrom bestimmen: Dauerstrom des Verbrauchers berücksichtigen.
- Scheinleistung berechnen: Transformator in VA ausreichend dimensionieren.
- Einschaltstrom berücksichtigen: Insbesondere bei Motoren, Netzteilen und größeren Transformatoren.
- Absicherung prüfen: Primär- und Sekundärseite entsprechend der Anwendung betrachten.
- Erdungsverhältnisse festlegen: Schutzleiter und mögliche Erdverbindungen über Messgeräte berücksichtigen.
- Messaufbau prüfen: Oszilloskop, PC und andere Geräte können galvanische Verbindungen erzeugen.
- Gehäuse und Anschlussart wählen: Tischgerät, fest installiert, Steckdose oder Klemmen.
Praxisbeispiel
In einer Servicewerkstatt soll ein elektronisches 230-V-Gerät nach einer Reparatur erstmals wieder eingeschaltet werden.
Der Techniker möchte die Spannung zunächst niedrig einstellen und langsam erhöhen.
Im Lager steht ein Sparstelltransformator mit einem Ausgang von 1 bis 250 V AC.
Auf den ersten Blick scheint das Gerät ideal.
Der Prüfling soll jedoch gleichzeitig galvanisch vom Versorgungsnetz getrennt werden.
Damit ist der Sparstelltransformator allein ungeeignet, denn zwischen Eingang und Ausgang besteht weiterhin eine leitende Verbindung.
Stattdessen wird ein Trennstelltransformator eingesetzt.
Dieser besitzt einen galvanisch getrennten Ausgang und ermöglicht gleichzeitig eine variable Ausgangsspannung.
Der Prüfling wird zunächst bei niedriger Spannung eingeschaltet.
Anschließend wird die Spannung kontrolliert erhöht, während Stromaufnahme und Geräteverhalten beobachtet werden.
Vor dem Anschluss zusätzlicher Messgeräte wird außerdem geprüft, ob beispielsweise die Masseverbindung eines Oszilloskops einen unerwünschten Erdbezug in den Prüfkreis einbringen würde.
Das Beispiel zeigt:
Die Ausgangsspannung allein entscheidet nicht darüber, welcher Transformator geeignet ist. Entscheidend sind auch galvanische Trennung und gesamter Prüfaufbau.
Welche Produkte und Lösungen eignen sich?
Trenntransformatoren – galvanisch getrennte Festspannung
Unter Trenntransformatoren stehen verschiedene Geräte mit galvanisch getrennter Sekundärseite zur Verfügung.
Die Baureihe umfasst beispielsweise Ausführungen mit 230 V Eingang und 230 V Ausgang sowie unterschiedlichen Leistungen.
Sie eignen sich insbesondere, wenn eine galvanisch getrennte Versorgung benötigt wird, aber keine variable Ausgangsspannung erforderlich ist.
5357-Serie – Trenntransformatoren im Gehäuse
Die ICS-Produktgruppe der 5357-Trenntransformatoren umfasst unter anderem Ausführungen von 250 VA bis in den kVA-Bereich.
Solche Geräte eignen sich beispielsweise für Labor, Service, Prüfplätze und Anlagen, bei denen eine galvanisch getrennte Wechselspannungsversorgung benötigt wird.
5358-Serie – Sparstelltransformatoren
Die 5358-Sparstelltransformatoren ermöglichen eine variable Wechselspannung.
Je nach Ausführung stehen unterschiedliche maximale Ausgangsströme zur Verfügung.
Wichtig ist:
Diese Geräte sind nicht galvanisch zwischen Eingang und Ausgang getrennt.
Sie eignen sich deshalb besonders dort, wo eine veränderbare Wechselspannung benötigt wird, eine galvanische Trennung jedoch nicht Teil der Anforderung ist.
5315-Serie – Trennstelltransformatoren
Die Trennstelltransformatoren kombinieren eine variable Ausgangsspannung mit galvanischer Trennung.
Beispielsweise bietet der 5315.3 bei 230 V AC Eingang eine einstellbare Ausgangsspannung von 1 bis 250 V AC bei galvanisch getrenntem, erdfreiem Ausgang.
Damit ist diese Geräteklasse besonders für Labor- und Serviceanwendungen geeignet, bei denen ein Prüfling sowohl galvanisch getrennt als auch mit variabler Spannung versorgt werden soll.
Weitere Geräte und Stromversorgungslösungen finden Sie unter Stromversorgung.
ICS Schneider Messtechnik unterstützt bei der Auswahl von Trenntransformatoren, Sparstelltransformatoren und Trennstelltransformatoren sowie bei der Dimensionierung von Spannung, Strom und Leistung für Labor-, Service- und Anlagenanwendungen.
Fazit
Trenntransformator und Spartransformator können beide Wechselspannungen verändern, erfüllen jedoch elektrisch unterschiedliche Aufgaben.
Der wichtigste Unterschied lautet:
Ein Trenntransformator bietet galvanische Trennung. Ein Spartransformator nicht.
Ein Sparstelltransformator eignet sich hervorragend, wenn eine variable Wechselspannung benötigt wird und eine elektrische Verbindung zum Netz zulässig ist.
Ein Trenntransformator wird dagegen eingesetzt, wenn Primär- und Sekundärkreis elektrisch voneinander getrennt werden sollen.
Wer beide Funktionen benötigt, verwendet einen Trennstelltransformator.
Bei der Auswahl dürfen außerdem Ausgangsspannung und Leistung nicht isoliert betrachtet werden. Ausgangsstrom, Scheinleistung, Einschaltstrom, Absicherung und Erdungsverhältnisse gehören ebenfalls zur Auslegung.
Besonders bei Labor- und Servicearbeiten muss der vollständige Prüfaufbau betrachtet werden. Ein zusätzlich angeschlossenes Oszilloskop, ein PC oder ein anderes geerdetes Messgerät kann die ursprünglich erdfreie Sekundärseite wieder mit Erde verbinden.
Die richtige Auswahl beginnt deshalb nicht mit der Frage „Wie viel Volt brauche ich?“, sondern mit:
Brauche ich Spannungsanpassung, galvanische Trennung oder beides?
Häufige Fragen zu Trenntransformatoren und Spartransformatoren
Was ist der wichtigste Unterschied zwischen Trenntrafo und Spartrafo?
Ein Trenntransformator besitzt getrennte Primär- und Sekundärwicklungen und ermöglicht damit eine galvanische Trennung. Beim Spartransformator wird eine gemeinsame Wicklung verwendet, sodass zwischen Eingang und Ausgang eine elektrische Verbindung besteht.
Ist ein Stelltransformator automatisch ein Trenntransformator?
Nein. Viele Stelltransformatoren sind Sparstelltransformatoren und besitzen keine galvanische Trennung. Die genaue Geräteausführung muss geprüft werden.
Wozu wird ein Trenntransformator verwendet?
Er wird eingesetzt, wenn ein Stromkreis galvanisch vom Versorgungsnetz getrennt werden soll, beispielsweise bei bestimmten Labor-, Prüf-, Service- und Wartungsaufgaben.
Kann ein Spartrafo für Reparaturarbeiten verwendet werden?
Er kann zur Einstellung einer variablen Wechselspannung verwendet werden. Benötigt der Prüfaufbau zusätzlich eine galvanische Trennung, reicht ein Sparstelltransformator allein jedoch nicht aus.
Was ist ein Trennstelltransformator?
Ein Trennstelltransformator kombiniert galvanische Trennung mit einer einstellbaren Ausgangsspannung. Er ist deshalb besonders für Labor- und Serviceanwendungen geeignet.
Ist eine Ausgangsspannung von 50 V an einem Sparstelltrafo galvanisch vom Netz getrennt?
Nein. Eine niedrige Ausgangsspannung verändert nicht den grundlegenden Aufbau des Spartransformators. Zwischen Eingang und Ausgang besteht weiterhin eine elektrische Verbindung.
Muss die Sekundärseite eines Trenntrafos geerdet werden?
Das hängt von der vorgesehenen Schutzmaßnahme und der elektrischen Anlage ab. Eine ursprünglich erdfreie Sekundärseite sollte nicht ohne Betrachtung des gesamten Schutzkonzeptes willkürlich mit Erde verbunden werden.
Kann ein Oszilloskop die galvanische Trennung beeinflussen?
Ja. Bei netzgespeisten Oszilloskopen kann die Masse beziehungsweise der Schutzleiter einen Erdbezug in den Prüfkreis einbringen. Deshalb muss der gesamte Messaufbau betrachtet werden.
Wie wird die notwendige Transformatorleistung berechnet?
Für eine einfache Wechselstromlast kann die benötigte Scheinleistung näherungsweise aus Spannung × Strom berechnet werden. Zusätzlich müssen Lastart, Einschaltstrom und Leistungsreserve berücksichtigt werden.
Wann ist ein Spartransformator sinnvoll?
Ein Spartransformator ist sinnvoll, wenn Wechselspannung effizient angepasst oder stufenlos eingestellt werden soll und keine galvanische Trennung erforderlich ist.