Lichttechnik im Detail: Wie Trafos im Leuchtsystem funktionieren
Was ist eigentlich ein Transformator? Wo kommt er bei Leuchten zum Einsatz und was muss man für die Anwendung beachten?
Wenn Ihre Leuchte plötzlich brummt oder reihenweise Leuchtmittel darin ausfallen, dann brauchen Sie wahrscheinlich Trafo oder Schaltgerät für deren Betrieb. Transformatoren, kurz Trafos, dienen zur Spannungswandlung. Sie sorgen, vereinfacht gesagt, dafür, dass Ihre Lampe nicht zu viel Saft aus der Leitung bekommt. Seit einigen Jahren sind elektronische Trafos auf dem Vormarsch. Wir klären, warum das so ist, wo ihre Einsatzgebiete liegen und was sie von konventionellen Trafos unterscheidet.
- Schienen und Seile von Niedervoltseilsystemen können problemlos angefasst werden. Beim Seil entsteht der Stromfluss durch das Durchstechen der Seileinzelleuchte in das isolierte Kabel. Bei Schienensystemen fließt der Strom im Inneren.
- Ein konventioneller Trafo sollte bis zu 80 Prozent ausgelastet sein, um die Leuchtmittel nicht dauerhaft zu schädigen. Also: möglichst zeitnah defekte Leuchtmittel tauschen! Bei elektronischen Schaltgeräten ist das anders gelagert. Sie halten die Höhe der Ausgangsspannung immer bis zur maximalen Belastung konstant. Fällt der Verbrauch unter die Minimallast, schaltet der Transformator ab.
- Da Trafos immer eine Eigenwärme produzieren, ist es ratsam, sie nicht irgendwo „einzupacken“, zum Beispiel in eine Deckenisolation. Es sollte genügend Platz sein, damit die Wärme des Trafo entweichen kann. Das erhöht auch seine Lebensdauer.
Tipp: Phasenanschnittsdimmer für konventionelle Trafos, Phasenabschnittsdimmer für elektronisch gesteuerte Schaltgeräte:
Lichttechnik im Detail: Welche Leuchtmittel sind wie dimmbar?
Grundsätzlich unterscheiden wir zwei Arten von Trafos
Konventionelle Transformatoren
Konventionelle Trafos bestehen aus zwei elektrisch voneinander getrennten Spulen, die in der Regel aus Kupferdraht gewickelt sind. Eine Spule hat dann mehr Windungen, die andere weniger. Dabei entspricht das Verhältnis der Spannungen dem Verhältnis der Windungszahlen. Dieses Prinzip funktioniert allerdings nur mit Wechselstrom. Um eine Spannung von 12 Volt zu erreichen, muss also die Spule, die 12 Volt Spannung haben soll, rechnerisch circa zehnmal weniger Windungen haben, als die Spule, an der die Eingangsspannung von 230/240 Volt anliegt.
Will man eine niedrige Spannung in eine höhere transformieren, funktioniert das Prinzip genau umgekehrt. In der Lichttechnik ist die Umwandlung in eine kleinere Spannung üblich. Dabei bleibt ein Faktor immer gleich: die elektrische Leistung.
Konventionelle Transformatoren
Konventionelle Trafos bestehen aus zwei elektrisch voneinander getrennten Spulen, die in der Regel aus Kupferdraht gewickelt sind. Eine Spule hat dann mehr Windungen, die andere weniger. Dabei entspricht das Verhältnis der Spannungen dem Verhältnis der Windungszahlen. Dieses Prinzip funktioniert allerdings nur mit Wechselstrom. Um eine Spannung von 12 Volt zu erreichen, muss also die Spule, die 12 Volt Spannung haben soll, rechnerisch circa zehnmal weniger Windungen haben, als die Spule, an der die Eingangsspannung von 230/240 Volt anliegt.
Will man eine niedrige Spannung in eine höhere transformieren, funktioniert das Prinzip genau umgekehrt. In der Lichttechnik ist die Umwandlung in eine kleinere Spannung üblich. Dabei bleibt ein Faktor immer gleich: die elektrische Leistung.
Anhand eines Beispiels kann dies veranschaulicht werden: Eine Tischleuchte auf Niedervoltbasis bekommt aus der Steckdose 230/240 Volt Eingangsspannung. Die Leuchte benötigt zum Betrieb jedoch nur 12 Volt. Das bedeutet, der Trafo wandelt die Spannung um, so dass das eingesetzte Leuchtmittel nur 12 Volt Spannung bekommt und zum Beispiel 20 Watt verbraucht.
Unter den konventionellen Trafos gibt es zwei Bauarten – Blockkerntransformatoren und Ringkerntransformatoren.
Beide sind von ihrer Bauart her groß und schwer. Ein kapitaler Vorteil ist jedoch die größere Leitungslänge, die mit konventionellen Trafos realisiert werden kann (der Kabelquerschnitt spielt hierbei allerdings auch eine Rolle). Ein konventioneller Trafo besitzt eine externe Sicherung im Gehäuse, die vor Überspannung schützt und getauscht werden kann.
Gängige konventionelle Trafos in der Lichttechnik waren 60-Voltampere- bis 300-Voltampere-Trafos, die jedoch seit Jahren auf dem Rückzug sind.
Beide sind von ihrer Bauart her groß und schwer. Ein kapitaler Vorteil ist jedoch die größere Leitungslänge, die mit konventionellen Trafos realisiert werden kann (der Kabelquerschnitt spielt hierbei allerdings auch eine Rolle). Ein konventioneller Trafo besitzt eine externe Sicherung im Gehäuse, die vor Überspannung schützt und getauscht werden kann.
Gängige konventionelle Trafos in der Lichttechnik waren 60-Voltampere- bis 300-Voltampere-Trafos, die jedoch seit Jahren auf dem Rückzug sind.
Elektronische Transformatoren
Kommen wir daher zu der Variante, die heute am gängigsten ist – den elektronischen Transformatoren. Die korrekte Bezeichnung der elektronischen Trafovariante wäre „primär getaktetes Schaltnetzteil“, aber in der Beleuchtungsindustrie spricht man in der Regel vom „elektronischen Trafo“, also bleiben wir dabei.
Im Gegensatz zu konventionellen Netzteilen arbeitet der elektronische Trafo mit einer höheren Frequenz und kann das Umspannen dadurch effizienter umsetzen, da Transformatoren bei höheren Frequenzen für die gleiche Leistung weniger Magnetkernvolumen brauchen. Hierzu muss die Netzspannung gleichgerichtet und „gesiebt“ werden, dann in eine höherfrequente Spannung zerhackt und nach der Transformation in Hochfrequenzbasis auf die gewünschte Wechselspannung 11,5 -12 Volt erneut gleichgerichtet werden.
Kommen wir daher zu der Variante, die heute am gängigsten ist – den elektronischen Transformatoren. Die korrekte Bezeichnung der elektronischen Trafovariante wäre „primär getaktetes Schaltnetzteil“, aber in der Beleuchtungsindustrie spricht man in der Regel vom „elektronischen Trafo“, also bleiben wir dabei.
Im Gegensatz zu konventionellen Netzteilen arbeitet der elektronische Trafo mit einer höheren Frequenz und kann das Umspannen dadurch effizienter umsetzen, da Transformatoren bei höheren Frequenzen für die gleiche Leistung weniger Magnetkernvolumen brauchen. Hierzu muss die Netzspannung gleichgerichtet und „gesiebt“ werden, dann in eine höherfrequente Spannung zerhackt und nach der Transformation in Hochfrequenzbasis auf die gewünschte Wechselspannung 11,5 -12 Volt erneut gleichgerichtet werden.
Gründe für die Beliebtheit elektronischer Trafos
Elektronische Schaltgeräte sind sehr beliebt, da sie kleiner, leichter, günstiger und vielseitiger sind als konventionelle Trafos oder Schaltgeräte. Gerade für Einbauleuchten sind sie unverzichtbar, da sie dank ihrer kleinen, flachen Bauweise durch einen Lochausschnitt passen und nicht separat in der Decke versteckt werden müssen. Auch für Tischleuchten sind elektronische Schaltnetzteile beliebt, dann in der Regel als Steckertrafo.
Elektronische Schaltgeräte sind sehr beliebt, da sie kleiner, leichter, günstiger und vielseitiger sind als konventionelle Trafos oder Schaltgeräte. Gerade für Einbauleuchten sind sie unverzichtbar, da sie dank ihrer kleinen, flachen Bauweise durch einen Lochausschnitt passen und nicht separat in der Decke versteckt werden müssen. Auch für Tischleuchten sind elektronische Schaltnetzteile beliebt, dann in der Regel als Steckertrafo.
Weitere Vorteile sind der integrierte Überspannschutz, was bedeutet, dass der Trafo sich abschaltet, wenn sich zu viel Spannung im Stromnetz aufbaut.
Die Leitungslänge sollte circa zwei Meter nicht überschreiten, um Probleme mit Spannungsverlust und der EMV (elektromagnetische Verträglichkeit) zu verhindern. Elektronische Trafos gibt es meist mit maximal 250 Voltampere, da für größere Varianten ein sehr viel höherer Funkschutzaufwand betrieben werden müsste.
Auch sehr viele LED-basierte Leuchten (über einen LED-Treiber) arbeiten mit einem Transformator oder Schaltgerät, um Spannungen der Stromleitung zu reduzieren.
Mehr über Lichtplanung und Lichttechnik lesen
Die Leitungslänge sollte circa zwei Meter nicht überschreiten, um Probleme mit Spannungsverlust und der EMV (elektromagnetische Verträglichkeit) zu verhindern. Elektronische Trafos gibt es meist mit maximal 250 Voltampere, da für größere Varianten ein sehr viel höherer Funkschutzaufwand betrieben werden müsste.
Auch sehr viele LED-basierte Leuchten (über einen LED-Treiber) arbeiten mit einem Transformator oder Schaltgerät, um Spannungen der Stromleitung zu reduzieren.
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Was spricht für Leuchtsysteme mit Trafos?