Steuertransformator

Steuertransformatoren ermöglichen die Anpassung von Maschinen und Anlangen an die weltweit unterschiedlichen Netzspannungen und -arten. Sie erhöhen die Funktionssicherheit von elektrischen Steuerungen bei ständiger Über- und Unterspannung im Netz durch die serienmäßigen Zusatzanzapfungen von +/- 5% der Primärspannung. Steuertransformatoren dämpfen im Störungsfall die Höhe des Kurzschlussstromes und ermöglichen es, Hilfsstromkreise ungeerdet zu betreiben.

Ein Transformator besteht aus einem magnetischen Kreis, dieser wird als Kern bezeichnet. Der Kern besitzt zwei Strom durchfließende Wicklungen, die sogenannte Primärwicklung und die Sekundärwicklung. Wird and die Primärwicklung eine elektrische Wechselspannung angelegt, dann beginnt ein Wechselstrom durch die Primärwicklung zu fließen. Dieser Wechselstrom erzeugt in der Wicklung ein magnetisches Feld, welches seine Stärke und Frequenz mit der Wechselstromquelle ändert. Der magnetische Fluss des Trafo ändert sich mit der Frequenz der Wechselspannung. Netztransformatoren werden meist nach galvanischer Trennung gewickelt.
Die Fertigungstechnik für den Kern und die verwendete Qualität des Trafokerns wirkt sich auf den magnetischen Kreis aus. Der magnetische Kreis eines Trafo (Magnetfeld) sollte idealerweise geringe Wirbelstromverluste erzeugen und geringe Ummagnetisierungsverluste (Hystereseverluste) besitzen. Ein weiterer Aspekt sind die Widerstände in der Wicklung eines Trafo. Nur mit lagenweisen und geordneten Windungen auf der Primärspule und der Sekundärspule und dem besten Wicklungsmetall kann man die Wicklungsverluste reduzieren. Mit Anzahl der Windungen auf der Spule wird die Spannung geregelt. Die Stromstärke bestimmt den Durchmesser des Wicklungsmetalls.
Kupfer hat bis auf Silber den besten Leitwert mit γ = 56. Aluminium dagegen hat nur γ = 36. Aluminium folgt also mit etwa 35 Prozent Abstand. So ist Kupfer das beste Metall und Aluminium «nur» das zweitbeste der technisch und wirtschaftlich verwertbaren Leiterwerkstoffe für die elektrische Energie. Alle anderen Metalle kommen als Stromleiter nicht in Betracht, und Legierungen haben generell eine erheblich niedrigere Leitfähigkeit als reine Metalle. Silber oder Gold scheiden wegen des hohen Preises ganz aus.

Ein Transformator besteht im Wesentlichen aus zwei oder mehreren Spulen sowie einem gemeinsamen Eisenkern. Die Wicklungen eines Trafo sind in der Regel aus isoliertem Kupferdraht angefertigt und befinden sich aufgewickelt auf dem Eisenkern. An der Primärwicklung des Transformators wird die Eingangsspannung angelegt. Deswegen wird die Spule an der Primärwicklung oft Primärspule genannt. Durch die Wechselspannung and der Primärspule entsteht aufgrund von Induktivität ein wechselndes Magnetfeld. Der magnetische Fluss durchdringt die Sekundärspule mit Hilfe des Eisenkerns. An der Sekundärseite des Transformators kann somit die Ausgangsspannung entnommen werden. Entsprechend der Primärseite wird die Spule an Sekundärseite, Sekundärspule genannt. Das Wicklungsverhältnis der Primär und Sekundärspule definiert ob die Ausgangsspannung kleiner oder größer ist als die Eingangsspannung. Ist die Windungszahl der Sekundärspule größer als die der Primärspule, so ist die Ausgangsspannung größer als die Eingangsspannung. Wenn jedoch die Windungsanzahl der Sekundärspule geringer ist, dann ist die Ausgangsspannung kleiner als die Eingangsspannung. Besitzen beide Spulen gleich viele Windungen mit Draht umwickelt, dann entspricht die Ausgangsspannung der Eingangsspannung. Ein Netztransformator funktioniert hauptsächlich mit Wechselspannung. Entscheidend für die Veränderung der Leistung bzw. Spannung oder Stromstärke ist das Verhältnis der Windungszahlen. N1/N2. Es ist wichtig zu beachten, dass der Trafo dabei entweder die Spannung oder die Stromstärke erhöhen oder mindern kann. Der jeweilige Gegenspieler wird sich dann im gleichen Maße mindern oder erhöhen.
Die Bauleistung eines Trafo wird in VA oder kVA ausgedrückt (VA ist die Bezeichnung für Voltampère und steht für die Maßeinheit der elektrischen Scheinleistung, kVA für Kilovoltampère).

Der Steuertransformator hat elektrisch getrennte Wicklungen nach EN61558-2-2, und dient zur Speisung von Hilfsstromkreisen. Steuertransformatoren weisen bei induktiver Last einen geringen Spannungsabfall auf. In elektrischen Anlagen muss gemäß der DIN VDE 0113 Teil 1 ein Steuertransformator vorgesehen werden, wenn: Maschinen und Anlagen mehr als 5 elektromagnetische Betätigungsspulen, Relais, Schütze usw. aufweisen, Steuer- und Meldegeräte außerhalb von Steuerschränken und Maschinen angebracht sind oder wenn elektronische Steuer- beziehungsweise Meldestromkreise zu speisen sind.