Labornetzgerät Kaufberatung

In dieser Labornetzgerät Kaufberatung erklären wir den groben Aufbau eines Labornetzgeräts, seine Eigenschaften und die Unterschiede zwischen Schaltnetzteil und Linearnetzteil. Sie haben bisher noch wenig Erfahrung mit Labornetzteilen und stehen vor der Entscheidung, welches Gerät das richtige für Ihre Anwendung ist? Dann sind Sie heir genau richtig. Nach dieser Lektüre werden Sie die Unterschiede kennen und wissen, welche Kenndaten für Sie wichtig sind bzw. welche Geräte sich für Ihren Anwendungsfall eignen.

Labornetzgerät Kaufberatung - Keine Zeit, alles durchzulesen? Hier zur Schnellübersicht

1. Einführung

Labornetzteile oder auch Labornetzgeräte, sind Netzteile zum universellen Einsatz im Hobbybereich, der Elektronikwerkstatt/Entwicklung und überall dort, wo verschiedene Spannungen flexibel benötigt werden. Diese Netzgeräte haben meist eine oder mehrere einstellbare Spannungen, eine einstellbare Strombegrenzung und in der Regel eine Anzeige der eingestellten Spannung bzw. des Stromes. Die Ausgänge der Labornetzgeräte werden größtenteils auf sog. Bananenstecker bzw. -buchsen herausgeführt.

Zusammengefasst unterscheiden folgende Merkmale Labornetzgeräte von normalen Steckernetzteilen:

  • Strombegrenzung (fest oder einstellbar)
  • In der Regel ist die Spannung einstellbar
  • Schutz vor Überlast, Kurzschluss, Verpolung am Ausgang
  • Spezifizierte Kennwerte wie: Restwelligkeit, Spannung, Strom, Impulsverhalten und Rauschen
  • Normierte Anschlüsse (Bananen-Stecker)
  • Anzeige für aktuellen Zustand (meist Strom und Spannung)
  • Höherpreisige Geräte bieten oft einen Eingang/Schnittstelle zur Fernsteuerung des Geräts mittels PC

Netzteile im Allgemeinen, lassen sich wiederum anhand Ihres inneren Aufbaus unterscheiden in Trafo- bzw. Linearnetzteile und Schaltnetzteile. Im folgenden gehen wir weiter auf diese Unterscheidung ein.

2. Aufbau

2.1 Trafo- bzw. Linearnetzteil

Vor der Erfindung der Schaltnetzteile kamen nur konventionelle Netzteile zum Einsatz. Heute finden sie sich nur noch in Spezialfällen.

Labornetzgerät Kaufberatung - Blockschaltbild eines Trafonetzgeräts mit Spannungsverlauf

Blockschaltbild eines Trafonetzgeräts mit Spannungsverlauf

Trafonetzteile bestehen aus einem Trafo, dessen Primärseite direkt an der 230v Wechselspannung hängt (Eingang). Die Sekundärwicklung erzeugt je nach Anzahl der Wicklungen eine höhere oder niedrigere Ausgangsspannung. Zudem sorgt der Trafo für eine galvanische Trennung zwischen Ein- und Ausgang. Das heißt, es besteht keine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Eingangs und Ausgangsseite.

2.1.1 Transformator (Trafo)

Da der Trafo die Wechselspannung am Eingang in eine Wechselspannung am Ausgang wandelt, muss dies nun gleichgerichtet werden. Dies übernimmt der Gleichrichter (hier im Bild ein sog. Brückengleichrichter). Je nach Anzahl der Dioden, werden alle Halbwellen des Sinuns genutzt oder nur positive/negative.

2.1.2 Brückengleichrichter

Die Ausgangsspannung am Brückengleichrichter sieht, wie im Bild dargestellt, wellig aus. Um nun eine lineare, stabile Ausgangsspannung zu bekommen, muss die Spannung noch geglättet/gesiebt werden.

2.1.3 Glättung/Siebung

Meist geschieht dies durch Kondensatoren, welche parallel zur schwankenden Spannung geschaltet werden. Sobald die Spannung abnimmt, gleicht der Kondensator dies anhand der gespeicherten Energie aus. Zur Unterstützung der Kondensatoren beim Glätten der Spannung werden zusätzlich auch Drosseln/Spulen in Reihe zum Ausgangsstrom geschaltet. Durch ihre Induktivität wirken sie Stromschwankungen entgegen und reduzieren dadurch zusätzlich die Schwankungen am Ausgang.
Ja aufwendiger und besser die Glättung hier aufgebaut ist, desto geringer schwankt die Ausgangsspannung. Die Höhe der Abweichung (Brummspannung) wird als Restwelligkeit bezwichnet und ist eine wichtige Kenngröße für Labornetzgeräte.

2.1.4 Linearregler

Ein Linearregler am Ende stellt sicher, dass die Spannung auf exakt dem gewünschten Wert liegt (stabilisierte Spannung). Aufgrund der Bauart von diesen Reglern, muss er in der Regel mit einer höheren Spannung versorgt werden, als schlussendlich am Ausgang anliegt. Linearregler haben einen geringen Wirkungsgrad
Vorteile von TrafonetzteilenNachteile von Trafonetzteilen
  • kostengünstig, da nur wenige und billige Bauteile benötigt werden
  • einfacher, unkomplizierter Aufbau (Reparatur einfacher möglich)
  • verursacht weniger Störungen
  • hohes Gewicht durch schwere Spule (Trafo)
  • geringer Wirkungsgrad (Wärmeentwicklung)
  • oft nicht so leistungsfähig wie Schaltnetzteile

 

2.2 Schaltnetzteil

Heutzutage sind Steckernetzteile größtenteils Schaltnetzteile. Labornetzgeräte hingegen werden noch oft als Trafonetzgeräte gebaut und angeboten. Bei Schaltnetzteilen wird die Eingangsspannung gleichgerichtet und anschließend wieder zerhackt, um eine höhere Frequenz zu erreichen. Die Energieübertragung erfolgt gewöhnlich mit einer Frequenz von  10kHz- 100 kHz. Dies ermöglicht es, kleinere Trafos bei gleichbleibender Leistung zu verwenden. Durch die höhere Schaltfrequenz, werden jedoch mehr Störungen erzeugt, wodurch umfangreiche Entstörmaßnahmen getroffen werden müssen. Die Anzahl der Bauteile liegt bei Schlatnetzteile zwar um einiges höher, als bei Trafonetzgeräten, dennoch sind sie erheblich leichter, haben einen höheren Wirkungsgrad (>85%) und verbrauchen deutlich weniger Energie im Leerlauf.

Vorteile von SchaltnetzteilenNachteile von Schaltnetzteilen
  • hoher Wirkungsgrad
  • geringeres Gewicht durch weniger Kupfer
  • große Toleranz der Eingangsspannung
  • hoher Aufwand für Glättung und Filterung (Störungen durch hohe Frequenz)
  • oft hörbares Pfeifen
  • neigen zum Schwingen bei zu geringer Last

3. Schnellübersicht –  Worauf kommt es nun beim Kauf an?

Die wichtigsten Merkmale und Überlegungen beim Kauf eines Labornetzgerätes (rosa Markierungen stellen groben Richtwert dar):

  • Spannung: Welcher Spannungsbereich wird benötigt? Sollte die Spannung stufenlos einstellbar oder fest sein? (0-30V)
  • Strom: Mit welchen Strömen ist zu rechnen und wieviel Puffer nach oben ist nötig? (5A, entspricht bei 30V einer Leistung von etwa 150W)
  • Anzahl der Ausgänge: Wird an dem Gerät nur ein Verbraucher betrieben oder sollen verschiedene Abnehmer gleichzeitig versorgt werden? (1-2)
  • Schutz: Ist mit Kurzschlüssen zu rechnen? Wird das Netzteil nah an seinen Grenzwerten betrieben (Überlastschutz)? Kann die Wärme gut abgeführt werden? (kurzschlusssicher sollte es mindestens sein)
  • An- und Ausschalter für Ausgänge: Einige Netzteile bieten einen Schalter zur schnellen und einfachen Trennung der Verbraucher am Ausgang (erspart Steckerziehen) (Nice-To-Have)
  • Kosten: Welche Mittel stehen zur Verfügung? Ist ein Markengerät für häufige Anwendung notwendig oder reicht ein NoName fürs Hobby? (ca. 100 Euro)
  • Restwelligkeit: Die Restwelligkeit gibt an, wie sauber die Ausgangsspannung ist. Für den Hobbybereich reicht es oft aus, hier einige mV hinzunehmen, da Verbraucher wie Motoren, Glühbirnen usw. nicht empfindlich sind. In der Entwicklung von elektronischen Schaltungen oder in Prüflaboren, ist es in der Regel sehr wichtig, eine möglichst glatte Gleichspannung zu erhalten. (<5mV bzw. <5mA)
  • Impulsverhalten: Gibt an, wie das Netzgerät auf plötzliche Laständerungen reagiert. Ist bei Ihrem Anwendungsfall mit plötzlichen Lastwechseln zu rechnen?
  • Schnittstellen: Höherpreisige Labornetzteile bieten oft Schnittstellen zur Fernsteuerung und Überwachung der Geräte. (Nice-To-Have)
  • Anzeigen: Die meisten Geräte haben eine Anzeige für die wichtigsten Werte (Spannung und Strom). Sind weitere Werte erwünscht (bspw. abgenommene Leistung)? (Spannung und Strom)
  • Kühlung: Wird das Netzteil in lauter Umgebung betrieben (Lüfter zur Kühlung möglich) oder sollte es möglichst leise arbeiten (Passivkühlung)?
  • Nutzungsdauer: Wird das Gerät oft und lang benutzt, bietet es sich an, ein Schaltnetzteil zu kaufen, da der Wirkungsgrad höher und die Leerlaufleistung geringer ist.
  • Grob- und Feinregelung: Grob- und Feinregler erleichtern das präzise Einstellen der Ausgangsspannung und des Stromes anhand von zwei unterschiedlichen Drehknöpfen. (hilfreich)
  • Reihen- und Parallelschaltbar: Bei Netzgeräten mit mehr als einem Ausgang, können meist die verschiedenen Kanäle in Reihe (mehr Spannung) bzw. parallel (mehr Strom) geschaltet werden.
  • Zubehör im Lieferumfang: Gewöhnlich besteht der Lieferumfang aus dem Gerät, einer Bedienungsanleitung und einem Netzstecker. Manche Geräte werden aber auch mit zusätzlichem Zubehör (bspw. Kabel mit Bananensteckern) ausgeliefert.
  • Schalt- oder Linearnetzgerät: Wie bereits beschieben, ist der Aufbau von Linearnetzteilen einfacher (reparaturfreundlich) und Störungen sind meist geringer. Schaltnetzteile haben dagegen einen höheren Wirkungsgrad (produzieren weniger Wärme) und haben kleinere Maße (Größe und Gewicht)

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