Beleuchtungstransformatoren

Beleuchtungstransformatoren erklärt

Transformatoren gehören zu den einfachsten und gleichzeitig nützlichsten elektrischen Geräten der Welt. Sie wurden in den 1800er-Jahren erfunden und obwohl die Elektronik seitdem bemerkenswert raffinierter geworden ist, sind Transformatoren nach wie vor weitestgehend genau so, wie sie für den größten Teil des 20. Jahrhunderts waren. Die Einfachheit dieser Geräte täuscht darüber hinweg, dass sie in der Lage sind, Spannung oder Strom umzuwandeln, und so für eine unbeschränkte Anzahl von Anwendungen einsetzbar sind.

Was sind Beleuchtungstransformatoren?

Beleuchtungstransformatoren sind, wie der Name schon sagt, Transformatoren, die speziell für den Einsatz mit Beleuchtung genutzt werden. Man bezeichnet sie in der Regel als Dimmerschalter. Indem man die Fähigkeit eines Transformators, die Spannung in einem Schaltkreis zu verändern, nutzt, kann ein Licht heller oder dunkler eingestellt werden.

Laut „Networks of Power: Electrification in Western Society. 1880-1930.“ von Thomas Park Hughes, begann die Fabrik Ganz in Budapest, Ungarn, um 1878 mit der Fertigung von Geräten für die elektrische Heimbeleuchtung. In den darauf folgenden Jahren wurden zahlreiche verschiedene Modelle von Dimmerschaltern eingeführt, doch die meisten von ihnen waren fehlerbehaftet, da es sich um sehr primitive und unausgereifte Ausführungen dieser Geräte handelte.

Die anfänglichen Beleuchtungstransformatoren wurden vorrangig entwickelt, um Spannungen so umzuwandeln, dass deren Pegel niedrig genug für die Haushaltsbeleuchtung waren. Mit der Weiterentwicklung der Technologie wurden Beleuchtungstransformatoren jedoch raffinierter und waren fortan in der Lage, Spannungen zu erhöhen oder zu senken, um Lichter heller oder dunkler erleuchten zu lassen.

Welche Teile befinden sich im Inneren?

Transformatoren sind beeindruckend simple Geräte. Im einfachsten Sinne besteht ein Transformator aus zwei Drahtspulen. Dieser Draht ist isoliert und in den allermeisten Fällen sind die beiden Spulen um einen Eisenkern gewickelt.

Es gibt verschiedene Arten von Dimmerschaltern auf dem Markt, doch Beleuchtungstransformatoren sind spezielle Arten und nicht alle Dimmerschalter sind auch Beleuchtungstransformatoren. Einige von ihnen bezeichnet man als Chopper-Dimmer, deren Funktionsprinzip anstatt auf variierender Spannung auf der zyklischen Natur von Wechselstrom basiert.

Ein Beleuchtungstransformator ist in der Regel ein Spartransformator, bei dem es sich um einen Transformator mit nur einer Wicklung handelt. Entlang einer Seite, der sogenannten sekundären Seite, der Wicklung, befinden sich mehrere Abgriffe. Bei der einfachsten Transformatorausführung kann die Ausgabe an einen beliebigen dieser Abgriffe angebracht sein, wodurch die Anzahl der Wicklungen auf dem Transformator verändert wird und sich damit auch die Spannung ändert.

Bei Beleuchtungstransformatoren liegt eine Variation des typischen Spartransformatordesigns vor. Die sekundäre Verbindung erfolgt über eine Bürste. Da die Bürste nach Belieben des Benutzers über der primären Wicklung rotieren kann, kann die Spannung variiert werden, sodass sie für eine beliebige bevorzugte Beleuchtungsstärke des Benutzers geeignet ist. Sie sind im Grunde endlos variable Geräte.

Anwendungen von Beleuchtungstransformatoren

Beleuchtungstransformatoren werden in einer Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen, nicht nur zum Regulieren der Beleuchtungsstärke, eingesetzt. Im Grunde können sie, weil sie eine Variation der Spannung im Netz ermöglichen, für eine beliebige Anzahl von Anwendungen eingesetzt werden, in denen die Spannung etwas verändert werden muss, um sich an mehrere Geräte anzupassen.

Zum Beispiel werden Beleuchtungstransformatoren manchmal für kleine Elektromotoren verwendet, um eine Methode zu bieten, den Motor nach Bedarf zu beschleunigen oder zu verlangsamen. Beleuchtungstransformatoren werden jedoch sehr häufig in Haushalten verwendet, um genau das zu tun, was der Name schon vermuten lässt, und um eine variable Beleuchtung über dieselben Beleuchtungskörper zu bieten.

In der Praxis werden Dimmerschalter manchmal verwendet, um eine angenehmere Beleuchtungsstärke zu bieten, oder, wenn der Hausbesitzer dies bevorzugt, die Stärke des Lichts zu verringern, wenn man außer Haus ist, damit das Licht noch immer eingeschaltet ist, wenn man nach Hause kommt, dies aber nicht viel Energie verbraucht.

Es ist wichtig zu wissen, dass nicht alle Dimmerschalter für den Einsatz mit Elektromotoren konzipiert sind. Laut Epanorama können manche Dimmerschalter beschädigt werden, wenn diese Arten von Lasten an sie angeschlossen werden. Daher ist Vorsicht geboten.

Was wird durch die verschiedenen Variablen definiert?

Da die meisten Beleuchtungstransformatoren in Haushaltsanwendungen eingesetzt werden, sind die Variablen, die für Beleuchtungstransformatoren gelten, in der Regel recht simpel. Es gibt einen Primärspannungswert, einen Sekundärspannungswert sowie maximale und minimale Nennleistungswerte. Es kann darüber hinaus auch einen minimalen und einen maximalen Frequenzwert geben.

Diese Variablen müssen eingehalten werden, um eine ordnungsgemäße Funktion zu gewährleisten. Werden sie nicht eingehalten, kann dies nicht nur den Transformator zerstören, sondern auch zu Bränden oder anderen Schäden an dem Haus führen, in dem der Transformator installiert ist. Es können mindestens die elektrischen Geräte beschädigt werden, an die der Transformator angeschlossen ist, daher ist die Einhaltung dieser Werte ein empfindlicher Sicherheitsfaktor.

Primärspannungswert

Der Primärspannungswert ist die Spannung, die unter normalen Betriebsbedingungen auf die primäre Seite des Transformators angewandt werden kann. Er muss sich aus Sicherheitsgründen innerhalb der angegebenen Grenzwerte bewegen.

Sekundärspannungswert

Der Sekundärspannungswert ist die Spannung, die die sekundäre Spule unter normalen Betriebsbedingungen beziehen kann, wenn der Primärspannungswert auf die primäre Spule angewandt wird.

Nennleistung

Dies beschreibt die maximale Leistung, die auf den Transformator angewandt werden kann, ohne eine Funktionsstörung auszulösen oder den Transformator der Gefahr einer Funktionsstörung auszusetzen. Wird dieser Wert überschritten, kann der Transformator überhitzen oder es kann ein anderer Schaden auftreten, wie etwa der Abbau der Isolierung in den Wicklungen. Im Idealfall hat das System, an den der Transformator angeschlossen ist, eine Wattleistung, die geringer als die maximale Nennleistung des Transformators selbst ist.

Arten von Beleuchtungstransformatoren

Elektronisch

Elektronische Transformatoren sind für Anwendungen mit Niederspannung ausgelegt. Sie haben gegenüber anderen Transformatorarten einige Vorteile. Sie arbeiten in der Regel bei niedrigeren Temperaturen und sind kompakter. Diese Transformatoren sind auf eine Leistung von 300W begrenzt. Aus diesem Grund ist ihre Leistungskapazität wesentlich geringer als die von magnetischen Transformatoren. Einige dieser Transformatorarten verwenden Halbleiter in ihren Ausführungen und viele von ihnen verändern die Last auf der Vorder- und der Hinterkante des Wechselstromzyklus der Stromquelle, an die die Beleuchtung angeschlossen ist.

Isolierung

Isolationstransformatoren trennen Schaltkreise voneinander. Sie werden in der Regel in Anwendungen eingesetzt, in der empfindliche Geräte vor einer potentiell gefährlichen Menge an Spannung oder Strom isoliert werden müssen, die/der eine primäre Stromquelle durchfließt. Diese Arten von Transformatoren können in Beleuchtungsanwendungen genutzt werden, bei denen eine hohe Spannung involviert ist und ein Niederspannungsschaltkreis aus Sicherheitsgründen auf geeignete Art und Weise separiert werden muss.

Magnetisch

Magnetische Transformatoren nutzen die Beziehung zwischen Magnetismus und Elektrizität, um Spannungen und Strom umzuwandeln. Durch Induktion eines Magnetfelds in die sekundäre Spule wird elektrischer Strom in die Spule induziert. Die Anzahl der Wicklungen bestimmt den Spannungswert in der sekundären Spule. Auf einem variablen Transformator wird anstelle der permanenten sekundären Spule eine Bürste eingesetzt. Dies erschafft einen Transformator, in dem eine unendliche Variation von Spannungen, die durch die Beleuchtungslast gehen, möglich ist. Diese Arten von Transformatoren wurden über lange Zeit hinweg verwendet und wurden währenddessen äußerst fortschrittlich und effizient.

Dimmungsmethoden

In Beleuchtungstransformatoren werden unterschiedliche Dimmungsmethoden angewandt. Es ist wichtig, daran zu denken, dass nicht alle dieser Dimmungsmethoden tatsächlich etwas mit der Funktion eines Transformators zu tun haben. Einige von ihnen haben etwas damit zu tun, dass das Licht über Phasenanschnitt oder Phasenabschnitt geschaltet wird. In solchen Fällen wird die Spannung oder der Strom auf keine Weise umgewandelt, was die Funktion eines Transformators wäre. In diesen Fällen wird die Last des Lichts lediglich reduziert, wodurch ein weniger starkes Licht in den Raum ausgestrahlt wird.

Induktiv

Induktive Dimmung wird nur selten in Haushaltsanwendungen genutzt. Induktive Dimmer werden auf der sekundären Seite eines Transformators installiert.

Phasenanschnitt

Man bezeichnet Phasenanschnittdimmer auch als Widerstandsdimmer. Diese Dimmersets kürzen den Wechselstromzyklus an der Vorderflanke des Eingangs. Daher stammt der Begriff „Phasenanschnitt“. Sie sind weit verbreitet und kommen in vielen Haushalten zum Einsatz. Man bewertet sie nach ihrer Wattleistung, wobei 1000 Watt die für gewöhnlich höchste, verfügbare Variation dieser bestimmten Dimmer ist.

Phasenabschnitt

Phasenabschnittdimmer sind das Gegenteil von Phasenanschnittdimmer , da sie den Wechselstromzyklus am Ende der Eingangswelle kürzen. Sie sind wesentlich komplizierter als Phasenanschnittdimmer und nicht annähernd so geläufig im Hausgebrauch. Diese Transformatorensets sind ziemlich preisintensiv im Vergleich zu Vorderkantentransformatoren, doch haben auch ihre Vorteile. Sie sind in der Regel leiser, kühler und effizienter im Betrieb, was sie in vielerlei Hinsicht begehrenswert macht.

Mindestlastanforderung

Beleuchtungstransformatoren erfordern typischerweise ein Minimum an Wattleistung, die sie benötigen, bevor sie ordnungsgemäß funktionieren. Ein Beispiel hierfür ist etwa, wenn man einen Transformator mit einer Minimallast von 60 W hat, an den nur eine Glühlampe mit 40 W angeschlossen ist, würde der Transformatorschalter nicht wie gewünscht funktionieren.

Abmessungen

Mit Abmessungen ist nur die physische Größe des Transformators gemeint. Bei Beleuchtungstransformatoren ist dies sehr wichtig, da sie häufig in Haushalten installiert werden müssen. Die Abmessungen geben an, ob der Transformator für einen Standort geeignet ist. Sie geben jedoch keine Auskunft darüber, ob er für eine bestimmte Verwendung angebracht wäre oder nicht.

Tiefe

Die Tiefe des Transformators beschreibt die Dimension des Geräts, die bestimmt, wie weit es in eine Wand eingelassen werden muss oder wie weit es von der Oberfläche abstehen wird. Im Allgemeinen sind Transformatoren, die mit höheren Spannungen arbeiten können, gleichzeitig auch größer. Dies wird generell in den Schaltplänen angegeben, um es Elektroingenieuren zu erleichtern, zu bestimmen, welche Teile sie benötigen.

Durchmesser

Auch dies bezieht sich lediglich auf den Durchmesser des Transformators im physikalischen Sinne des Begriffs. Der Transformator muss offensichtlich über einen für die Anwendung geeigneten Durchmesser verfügen.

Maximale Betriebsfrequenz

Die maximale Betriebsfrequenz eines Transformators betrifft direkt den Kern des Geräts. Wenn die Frequenz, auf der ein Transformator arbeitet, den maximalen Betriebsfrequenzwert übersteigt, kann Überstrom in das Gerät induziert werden, wodurch sich eine große Hitze aufbaut und den Transformator wahrscheinlich gänzlich zerstört.

Maximale Temperatur

Die maximale Betriebstemperatur des Transformators beschreibt die höchste Temperatur, bei der das Gerät arbeiten kann, ohne Schaden davonzutragen. In der Regel gibt es dafür auch einen eingebauten Pufferbereich, der aber nicht von großer Bedeutung ist. Wenn die maximale Betriebstemperatur überschritten wird, kann das Gerät vollständig zerstört werden und es kann zu einem Brand kommen. Sehr große Transformatoren verfügen über verschiedene Arten von angeschlossenen Kühlsystemen, um zu vermeiden, dass die maximal mögliche Temperatur erreicht oder gar überschritten wird.

Minimale Betriebsfrequenz

Genau wie im Falle der Last, haben viele Transformatoren eine minimale Betriebsfrequenz, auf der sie arbeiten müssen. Wenn sie nicht mindestens auf dieser Frequenz arbeiten, funktionieren sie nicht ordnungsgemäß. Die meisten Beleuchtungstransformatoren sind für den Einsatz innerhalb der realistischen Grenzen von Elektrohaushaltsgeräten konzipiert. Daher besteht kein reeller Grund zur Sorge darüber, ob die minimale Betriebsfrequenz erreicht wird oder nicht. Bei anderen Anwendungen kann dies jedoch ein Problem sein.

Minimale Temperatur

Genau wie für alle anderen elektrischen Komponenten gilt auch für Transformatoren, dass sie eine minimale Temperatur benötigen, bei der erwartet werden kann, dass sie ordnungsgemäß funktionieren. Wird die minimale Temperatur nicht beibehalten, kann es sein, dass das Gerät nicht auf vorhersehbare Weise arbeitet oder überhaupt nicht funktioniert. Übermäßig niedrige Temperaturen können sogar zur Beschädigung des Geräts führen. In Situationen, in denen kalte Temperaturen ein Problem darstellen, werden Transformatoren typischerweise in Bereichen installiert, in denen das Klima gesteuert werden kann und wo sie vor Schäden durch übermäßig niedrige Temperaturen geschützt sind.