Stromversorgung und Transformatoren

Ganz allgemein kann eine Stromversorgung als eine Vorrichtung zur Versorgung eines Geräts mit elektrischem Strom definiert werden. Andere Arten von Energie können zwar hinzugefügt werden, jedoch ist hier lediglich die Versorgung mit elektrischem Strom relevant.

 

Netzteile können geregelt oder ungeregelt sein. Geregelte Netzteile kommen in Experimenten und letztlich in elektrischen Geräten zum Einsatz. Als Netzteil kann alles bezeichnet werden, das diese Aufgabe in irgendeiner Form übernehmen kann – von der Stromversorgung eines hochkomplexen Arbeitsbereichs von Ingenieuren über das Netzteil eines herkömmlichen Computers bis hin zu der Batterie im Griff einer Taschenlampe.

 

Wie funktioniert ein Netzteil?

 

In den meisten Fällen nimmt ein Netzteil die Eingangsleistung auf, verändert deren Parameter oder wandelt sie in eine andere Art elektrischen Stroms um, und bietet somit genau die richtige Leistung für das Gerät, mit dem es verbunden ist. Netzteile können aus einer Vielzahl von Komponenten bestehen, mit deren Hilfe sie die Leistung, die Spannung und ähnliche Eigenschaften der Leistung regulieren können, die sie weiterleiten sollen.

 

Wofür werden Netzteile verwendet?

 

Netzteile kommen in vielen verschiedenen Anwendungen zum Einsatz. In manchen Fällen handelt es sich bei den Netzteilen selbst bereits um hochkomplexe Gerätschaften, wie zum Beispiel Schaltnetzteile für die Versorgung herkömmlicher Computer beweisen. In manch anderen Fällen können sie jedoch auch sehr simpel gestaltet sein, zum Beispiel in Form eines gewöhnlichen Steckernetzteils.

 

Was ist ein Transformator?

 

Ein Transformator ist eine elektrische Komponente, die Wechselstrom aufnimmt und darauf basierend eine höhere oder niedrigere Ausgangsspannung erzeugt. Diese Geräte sind sehr weit verbreitet und in vielen verschiedenen Größen erhältlich – von außergewöhnlich großen Geräten für Stromversorgungssysteme bis hin zu sehr kleinen Geräten, die auf einer Leiterplatte montiert werden können.

 

Wie funktioniert ein Transformator?

 

Ein Transformator besteht zunächst aus zwei Wicklungen, die einen Kern umschließen. Transformatoren verwenden ein Prinzip namens „induktive Kopplung“ um Leistung zwischen ihren Anschlüssen zu übertragen. Der Strom der ersten Spule erzeugt einen magnetischen Fluss in dem Kern des Transformators, der daraufhin einen Strom in die zweite Spule induziert.

 

Wofür werden Transformatoren verwendet?

 

Mit Hilfe von Transformatoren können Schaltkreise isoliert, Spannungen verstärkt oder gesenkt und viele weitere Funktionen ausgeführt werden. Man findet sie auf Strommasten, in Netzteilen auf der Rückseite von Computern und in zahlreichen weiteren Anwendungen. Sie werden oftmals als Sicherheitsvorrichtungen eingesetzt, indem sie einen Niederspannungsschaltkreis von der hohen Netzspannung isolieren.

 

Erhältlich sind Transformatoren darüber hinaus auch in einstellbarer Form: Transformatoren dieser Art können sowohl für die Stromversorgung diverser Geräte als auch für Entwicklungsarbeiten und Experimente verwendet werden.

 

Was sind DC/AC-Wandler?

Ein DC/AC-Wandler ist ein Gerät, das Gleichstrom aufnimmt und ihn in Wechselstrom umwandelt.

 

Wie funktioniert ein DC/AC-Wandler?

 

Ein Leistungswandler kann sich vieler verschiedener Optionen bedienen um Wechselstrom zu liefern, in den allermeisten Fällen greifen sie jedoch auf einen Transformator zurück. Dabei wird der Transformator an dem Mittelabgriff der ersten Windung mit der Stromquelle verbunden. Die Richtung des Stromflusses kann über sehr schnelles Schalten geändert werden, sodass eine Wechselspannung ausgegeben werden kann. Etwas komplexere Wandler verwenden oftmals Transistoren als Halbleiterschalter.

Ein Leistungswandler kann die verschiedensten Signalformen erzeugen, mitunter Sinus- und Rechteck-Signalformen. Diese werden für besondere Anwendungen eingesetzt.

 

Wofür werden DC/AC-Wandler verwendet?

 

Ein solcher Wechselrichter ist ein sehr nützliches und vielseitiges Gerät, das in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden kann. Hierzu zählen sowohl Anwendungen im Maßstab von Verbrauchergeräten als auch solche im Rahmen groß angelegter Industrieanlagen und Verteilernetze.

 

Eine der am weitesten verbreiteten Anwendungen von Wechselrichtern besteht darin, den Strom einer Batterie aufzunehmen und ihn für Wechselstrom-betriebene Geräte in einen Wechselstrom umzuwandeln. Dabei kann die Spannung ganz nach Bedarf aufgestockt oder abgesenkt werden. Auf 12 V Gleichstrom ausgelegte Geräte gibt es in Hülle und Fülle, da diese Spannung über Autobatterien weitläufig verfügbar ist. Somit kann die Funktion Wechselstrom-betriebener Geräte mit einem entsprechenden Adapter sichergestellt werden.

Auch in Stromnetzen werden Leistungswandler oftmals eingesetzt, da sie die Übertragung der Leistung mit einem sehr geringen Oberwellengehalt ermöglichen. Diese Geräte erlauben es zudem, den Strom für Reparaturarbeiten an einem beschädigten Teil des Stromnetzes gezielt abzuschalten.

Unterbrechungsfreie Stromversorgungen zählen ebenso zu sehr häufigen Anwendungen von Leistungswandlern. Dabei laden sie eine Batterie mit dem Strom aus dem Netz auf und leiten den Strom dieser Batterie bei einem Stromausfall an sämtliche Geräte weiter, die daran angeschlossen sind – in der Regel Computer und Server. In einem solchen Fall wandelt der Leistungswandler den Strom der Batterie in den entsprechend benötigten Wechselstrom um.

Selbst Waffen können von DC/AC-Wandlern mit Energie versorgt werden. Ein weit verbreitetes Gerät mit dieser Technologie ist zum Beispiel eine Elektroschockpistole. Diese Geräte greifen die Niederspannung der Batterie auf und wandeln sie in einen Wechselstrom mit mehreren Hundert oder gar Tausenden Volt um, mit dessen Hilfe Personen ohne bleibende Schäden außer Gefecht gesetzt werden können.

 

Was sind DC/DC-Wandler?

 

DC/DC-Wandler sind Geräte, die Gleichstrom (DC) aufnehmen und ausgeben. Man findet sie sehr häufig in Verbraucherprodukten, insbesondere in Mobiltelefonen. Ein komplexes elektronisches Gerät besteht allgemein aus mehreren verschiedenen Schaltkreispfaden, die mit unterschiedlichen Spannungen betrieben werden. Ein DC/DC-Wandler bietet die Möglichkeit, die Spannung für jeden Schaltkreis des Systems auf das jeweils ideale Niveau anzuheben bzw. abzusenken.

 

Wie funktioniert ein DC/DC-Wandler?

 

DC/DC-Wandlern stehen viele verschiedene Wege offen, über die sie die empfangene Spannung ganz nach Bedarf anheben bzw. senken können.

Ein Linearwandler greift die Spannung im Eingang auf und verringert sie. Dabei können diese Wandler lediglich die Spannung absenken. Sie sind nicht sehr effizient, eignen sich jedoch gut für Niederstromanwendungen. Dabei können sie auch mit Kühlkörper ausgerüstet werden, damit ihre niedrige Effizienz nicht zu viel Hitze innerhalb des jeweiligen Geräts erzeugt. Sie können Spannungen reduzieren, ohne ein besonders hohes Maß an Störgeräuschen in den Schaltkreis einfließen zu lassen.

Schaltwandler sind technologisch ausgereifter als Linearwandler. Sie speichern die Energie und geben sie mit der gewünschten Spannung ab. Sie sind effizienter als Linearwandler und können die Lebensdauer batteriebetriebener Geräte verlängern. Sie leiten jedoch ein höheres Maß an Störgeräuschen in einen Schaltkreis ein als Linearwandler und eignen sich somit weniger gut für geräuschempfindliche Anwendungen.

Magnetische Wandler verwenden ein Magnetfeld um Energie zu speichern und freizugeben. Für diesen Zweck greifen sie oftmals auf einen Transformator oder eine Induktivität zurück. Sie können die freigegebene Menge an Leistung sehr gut steuern und können einen dauerhaften Stromfluss sicherstellen. Wenn ihr Design einen Transformator beinhaltet, können sie zudem für Isolierungszwecke eingesetzt werden.

Elektromechanische Wandler sind sehr komplexe Geräte und bestehen aus einem Motor und einem Generator. Dabei können Motor und Generator entweder zwei separate Komponenten sein, oder aber sie werden in einem einzelnen Apparat zusammengefasst. Diese Wandler sind sehr flexibel: Sie können sowohl mit Wechselspannung als auch mit Gleichspannung arbeiten und unterstützen mehrere verschiedene Phasen.

Kapazitive Wandler sind mit Kondensatoren ausgestattet. Sie ermöglichen es, Strom und Spannung eines Geräts zu ändern. Eine andere Bezeichnung für diese Geräte ist Ladungspumpenkonverter. Sie werden weitläufig in Hochspannungs- und Niederstromanwendungen eingesetzt.

 

Wofür werden DC/DC-Wandler verwendet?

 

DC/DC-Wandler eignen sich für jede beliebige Anwendung, bei denen die eingehende Gleichspannung verringert werden muss. Auch werden sie in Anwendungen eingesetzt, bei denen ein Schaltkreis unter Umständen über mehrere untergeordnete Schaltkreise verfügt, die allesamt ihre ganz eigene Spannung erfordern.

Man findet diese Geräte vor allen Dingen in batteriebetriebenen Verbrauchergeräten. So sind DC/DC-Wandler oftmals in Handys, Radios und ähnliche Geräte integriert. Sie sind darüber hinaus auch für Situationen von Bedeutung, in denen eine allmählich leer werdende Batterie einem Schaltkreis stets dieselbe Spannung zur Verfügung stellen soll: Dabei hilft der Wandler, die Spannung auf das gewünschte Level zu regeln. Mit dieser Technologie können Geräte mit lediglich einer einzigen Batterie anstelle eines ganzen Batteriepakets betrieben werden, was wiederum zu Einsparungen von Platzbedarf und Gewicht führt.

 

Was sind Netzstabilisatoren?

 

Netzstabilisatoren können allerlei verschiedene Geräte sein, da sie bisher nicht offiziell definiert worden sind. Sie sind jedoch allesamt darauf ausgelegt, Geräte mit hochwertiger Energie zu versorgen. Netzstabilisatoren können in Form von Spannungsreglern und ähnlichen Geräten auftreten, die sicherstellen, dass das Equipment die jeweils richtige Energiemenge für ordnungsgemäße Funktion erhält. Sie können darüber hinaus auch eingesetzt werden um Leistung mit weniger Störgeräuschen bereit zu stellen oder um die Blindleistung zu korrigieren.

 

Wie funktioniert ein Netzstabilisator?

 

Ein Netzstabilisator nimmt im Grunde die Netzspannung auf und wandelt sie insofern um, als dass sie von dem jeweils angeschlossenen Gerät optimal verarbeitet werden kann. Dabei können sie mit verschiedenen Komponenten ausgestattet sein, mit deren Hilfe das jeweilige Gerät von der Netzspannung isoliert wird und Spannungsspitzen und ähnliche Risiken von vornherein ausgeschlossen werden können.

 

In welchen Anwendungen kommen Netzstabilisatoren zum Einsatz?

 

Netzstabilisatoren kommen in vielen verschiedenen Anwendungen zum Einsatz. Sie können verhindern, dass Lampen aufgrund von Spitzen der Stromversorgung flackern. Ebenso findet man sie in Geräten zum Schutz empfindlicher elektronischer Gerätschaften. Überspannungsableiter können zum Beispiel verhindern, dass Computer sehr hohe Spannungsspitzen aufgrund von Blitzeinschlägen in Stromleitungen und anderen Quellen erhalten.

Netzstabilisatoren können auch dazu verwendet werden, die Form einer Welle, die Frequenz, den Widerstand und ähnliche Eigenschaften einer Stromversorgung zu verändern, die in ein elektronisches Gerät gespeist wird. Sie können darüber hinaus auch Schäden durch Unterspannung vorbeugen, indem sie verhindern, dass die Leistung der Stromquelle unter einen bestimmten Wert abfällt.

 

Was ist unter einem PoE Ethernet-Netzgerät zu verstehen?

 

Wenn ein Datenkabel auch zur Übertragung von Strom verwendet wird, handelt es sich um ein sogenanntes Ethernet-Netzgerät. Diese Technologie ist vor allem deswegen von Bedeutung, da somit Geräte über große Entfernungen hinweg mit Strom versorgt werden. Zudem kann mit dieser Technik die Menge an Kabeln in einem Netzwerksystem mit vielen eigenständigen Komponenten verringert werden.

 

Wie funktionieren PoE Ethernet-Netzgeräte?

 

PoE Netzgeräte verwenden nicht benötigte Adern eines Ethernet-Kabels zur Übertragung von Strom. Ethernet-Kabel verfügen in aller Regel über Stecker, die nicht zur Übertragung von Daten benötigt werden, und bieten somit einen einfachen Weg, das jeweilige Gerät mit Strom zu versorgen.

In welchen Anwendungen kommen PoE Ethernet-Netzgeräte zum Einsatz?

 

Die Einsatzbereiche von PoE nehmen immer weiter zu. Derzeit werden diese Geräte oftmals zur Stromversorgung technologisch ausgereifter Netzwerkgeräte wie VoIP-Telefone eingesetzt. Somit kann die Installation der jeweiligen Geräte stark vereinfacht werden, da nur ein einziges Kabel benötigt wird.

 

PoE Geräte werden darüber hinaus auch sehr häufig in Sicherheitssystemen eingesetzt. Mit PoE Technologie können Kameras an Stellen mit Strom versorgt werden, an denen sonst womöglich keine andere Stromquelle zur Verfügung steht. Darüber hinaus können PoE Geräte Kosten senken, da hiermit keinerlei separate Stromkabel mehr verlegt werden müssen.

 

Was sind Produkte mit Erneuerbaren Energien?

 

Erneuerbare Energie ist ein Begriff, der vielmehr sozial, wirtschaftlich und politisch definiert ist als wissenschaftlich. Produkte für erneuerbare Energien sind Verbraucher- oder Industrie-Produkte die für den Betrieb über Stromquellen wie Solarenergie und Ähnliches ausgelegt sind. So ist zum Beispiel ein Taschenrechner mit einem Solarmodul ein solches Produkt mit Erneuerbaren Energien.

 

Wie funktionieren Produkte mit Erneuerbaren Energien?

 

Produkte mit Erneuerbaren Energien nehmen die Leistung einer erneuerbaren Energiequelle – zum Beispiel Licht – auf und wandeln sie in eine Energieform um, die von diversen Geräten verarbeitet werden kann. Hierfür können Wandler, Netzstabilisatoren oder ähnliche Komponenten verwendet werden, mit deren Hilfe die Parameter der jeweiligen Leistung soweit verändert werden können, dass sich diese für das jeweilige Gerät eignet.

 

In welchen Anwendungen kommen Produkte mit Erneuerbaren Energien zum Einsatz?

 

Produkte mit Erneuerbaren Energien sind besonders bei Anwendungen beliebt, bei denen Netzstrom unter Umständen nicht zur Verfügung steht. Solarbetriebene Ladegeräte für Handys und ähnliche Geräte sind besonders begehrt, da mit ihrer Hilfe das jeweilige Gerät geladen werden kann ohne es an eine Steckdose anschließen zu müssen.

 

Was ist eine Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV)?

 

Eine USV ist eine Vorrichtung, die nahezu ohne Verzögerung Strom liefert, wenn die hauptsächliche Energiequelle eines Geräts wegfällt. Sie bestehen in aller Regel aus einer wiederaufladbaren Batterie und einem Wandler, der die Ausgangsspannung in Wechselspannung umwandeln kann.

 

Inwiefern unterscheiden sich Unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) von herkömmlichen Netzteilen?

 

Eine unterbrechungsfreie Stromversorgung ist darauf ausgelegt, die Stromversorgung bei einem Ausfall der hauptsächlichen Energiequelle sicherzustellen. Herkömmliche Stromversorgungen können nur dann ihren Dienst verrichten, wenn sie mit ihrer Energiequelle verbunden sind.

 

Für welche Art von Anwendungen werden Unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) benötigt?

 

USV Systeme werden in vielen verschiedenen Anwendungen eingesetzt; hierzu zählen sämtliche Bereiche, bei denen die plötzliche Unterbrechung der Stromversorgung ein Gerät zerstören oder beschädigen könnte. So bieten sie oftmals Computern und Netzwerk-Servern die Möglichkeit, ihren Betrieb auch bei einem Stromausfall aufrecht zu halten.