Spannungswandler

Ein Spannungswandler ist ein Gerät, das eine elektrische Spannung in eine andere übersetzt. Je nach Spannung und Anwendung ist ein komplett unterschiedlicher Aufbau des Spannungswandlers nötig.

Die umgangssprachliche Verwendung dieses Begriffs ist unterschiedlich und unterliegt keinen eindeutigen Definitionen. Man unterscheidet nach den Arten der Ein- und Ausgangsspannungen (Gleichspannung bzw. Direct Current, kurz DC, bzw. Wechselspannung bzw. Alternating Current, kurz AC):

Spannungswandler von Optilab

• Wechselrichter (DC-AC-Wandler, meistens potentialgetrennt, z. B. zur Netzspannungserzeugung in KFZ oder zur Solarstromeinspeisung ins Stromnetz)
• Gleichspannungswandler, Schaltregler zur DC-DC-Wandlung, DC/DC-Wandler, Transverter, mit oder ohne Potentialtrennung, oft auch mit zwei separaten Ausgangsspannungen.
• Transformator, häufig Spartransformatoren (AC-AC-Wandlung, gleiche Frequenz, mit oder ohne Potentialtrennung, zum Beispiel als so genannte AC-Adapter zur Anpassung von Geräten an verschiedene Netzspannungen, Spannungswandler zur Stromversorgung in Hochspannungsschaltanlagen)
• Gleichrichter (AC-DC-Wandlung ohne Potentialtrennung), Netzteile (AC-DC mit Potentialtrennung) und Widerstands-Spannungsteiler (DC-DC ohne Potentialtrennung) sind zwar ähnlich, werden jedoch nicht so bezeichnet.
• Auch Frequenzumrichter beziehungsweise Inverter führen eine Spannungs- und Frequenzwandlung mit oder ohne Potentialtrennung durch – sie werden jedoch ebenfalls nicht als Spannungswandler bezeichnet.
• Spannungsteiler zur Messung hoher Spannungen werden nicht als Spannungswandler bezeichnet

Spannungswandler in Schaltanlagen und als Messwandler

Als Spannungswandler werden in den Mittel- und Hochspannungsnetzen (Schaltanlagen, Kraftwerke) der Energieversorgung eingesetzte Geräte bezeichnet, die nach dem Prinzip eines Transformators aufgebaut sind, jedoch mit besonders hoher Primärspannung beziehungsweise Isolationsfestigkeit.
Sie dienen der Spannungsmessung (Messwandler; Betrieb nahezu im Leerlauf) und/oder der Hilfsspannungsversorgung in Schaltanlagen über 1000 Volt (gemäß DIN VDE 0101). Um eine exakte Messung zu gewährleisten, verfügen diese Spannungswandler über ein genaues Übersetzungsverhältnis. Die Genauigkeit wird in Klassen angegeben, wobei die Klasse 0,5 beispielsweise eine Messtoleranz von 0,5 Prozent bedeutet, wenn die spezifizierte, daran angeschlossene Maximallast eingehalten wird.

Spannungswandler sind primärseitig entweder für einen Anschluss zwischen den Außenleitern oder für einen Anschluss gegen Erde ausgelegt. Im ersteren Fall ist die Primärwicklung komplett gegen Erde isoliert; beide Anschlüsse sind hochspannungsfest herausgeführt. Für die Spannungsmessung in einem einzelnen Außenleiter gegen Erde ist die Primärwicklung der Geräte einseitig geerdet und besitzt nur einen Hochspannungsanschluss. Die Sekundärwicklung(en) sind bei beiden Ausführungen einseitig geerdet.

Die typische Nenn-Ausgangsspannung solcher Spannungswandler ist 100 Volt (beidseitig isolierte Primärwicklung) beziehungsweise $\frac{100V}{\sqrt3}=57,74V$  bei den primärseitig gegen Erde messenden Typen. Weitere Wicklungen dienen beispielsweise der Überwachung gegen Erdschlüsse. Hierzu werden diese Hilfswicklungen des Wandlers jeder der drei Phasen des Drehstromes in Reihe geschaltet, so dass sich die Spannung bei Fehlerfreiheit zu null addiert.

Die typische Belastbarkeit transformatorischer Spannungswandler ist bei Messanwendungen 10 bis 50 VA, zur Eigen-Stromversorgung der Schaltanlagen bis einige 100 Watt.

Für Höchstspannungen (ab 150 kV) stehen kapazitive Spannungswandler zur Verfügung. Sie arbeiten wie ein kapazitiver Spannungsteiler.

Beide Methoden der Spannungsmessung sind nur für Wechselspannung geeignet. Zur Messung hoher Gleichspannungen kann die Feldmühle oder ein Widerstands-Spannungsteiler verwendet werden. Beides wird jedoch nicht als Spannungswandler bezeichnet.

Siehe auch

• Transformator
• Stromrichter
• Wandler
• Stromwandler