Netzteil

Ein Netzteil ist ein eigenständiges Gerät oder eine Baugruppe zur Versorgung mit elektrischer Energie für Geräte oder Baugruppen, die andere Spannungen und Ströme benötigen, als vom Stromnetz bereitgestellt wird. Ausgangsspannung und maximaler Ausgangsstrom können fest eingestellt oder variabel sein.

Meist enthält es einen Transformator, der die Wechselstrom-Eingangsspannung auf den oder die erforderlichen Ausgangswerte umsetzt und die galvanische Netztrennung sicherstellt. Aus Sicherheitsgründen darf in der Regel keine elektrisch leitende Verbindung zum Stromnetz vorhanden sein. Der Transformator kann entweder direkt mit der Wechselspannung des Netzes (in Deutschland 230 V, 50 Hz) arbeiten oder mit einer elektronisch erzeugten Wechselspannung höherer Frequenz. Letztere Bauart nennt man Schaltnetzteil, sie ist kleiner und leichter als die mit 50-Hz-Transformator, da die mit einem Transformator übertragbare Leistung mit der Frequenz der Wechselspannung zunimmt. Durch Verringerung an Transformator-Masse und die höheren Betriebsfrequenzen können Eigenverluste reduziert und somit höhere Wirkungsgrade erreicht werden.

Wird am Ausgang Gleichspannung benötigt, enthält das Netzteil zusätzlich einen Gleichrichter gefolgt von einem Kondensator. Der Kondensator nimmt den pulsierenden Strom vom Gleichrichter und stellt eine unterbrechungsfreie Spannung bereit. In einem stabilisierten Netzteil sorgt eine Regelschaltung (Spannungsregler) dafür, dass die Ausgangsspannung bei Änderungen der Ausgangslast oder der Eingangsspannung weitgehend konstant bleibt. Ist die Regelschaltung als Linearschaltung ausgelegt, so wird das Produkt aus der Differenz zwischen Ein- und ${\displaystyle P_{D}=(U_{IN}-U_{OUT}),円I_{OUT}}${\displaystyle P_{D}=(U_{IN}-U_{OUT}),円I_{OUT}}

In Schaltnetzteilen ist die Stabilisierung der Ausgangsspannung in der Regel Bestandteil des Schaltungskonzepts. Es fällt durch die Stabilisierung keine zusätzliche Verlustleistung an, da dem Transformator immer nur soviel Leistung zugeführt wird, wie die Ausgangslast des Netzteils benötigt. Der Wirkungsgrad ist deshalb wesentlich höher, gleichzeitig ist die Abfuhr der entsprechend geringeren Verlustwärme weniger aufwendig.

Netzteile werden, je nach Einsatzzweck und bereitzustellender Ausgangsleistung, in verschiedenen Bauformen angeboten:

Für kleine Leistungen (< 10 W bei konventionellem Aufbau, < 30 W bei Schaltnetzteilen) werden meist Steckernetzteile eingesetzt. Der Stecker zum Anschluss an das Wechselstromnetz ist in das Gehäuse des Netzteils integriert. Die abgegebene Kleinspannung wird über ein Kabel zum zu versorgenden Gerät geführt.

In vielen Steckernetzteilen kommen häufig einfache Konstruktionen aus Transformator, Gleichrichter und Siebkondensator zum Einsatz, deren elektrischer Wirkungsgrad deutlich unter 50 % liegt. Außer bei mit „stabilisiert" bezeichneten Geräten wird auf einen Spannungsregler verzichtet, verschiedene Ausgangsspannungen werden durch Umschalten von Wicklungsanzapfungen des Transformators erzielt. Die Leerlaufspannungen unstabilisierter Geräte sind oft sehr viel höher als die Nennspannung bei Nennlast. Die Transformatoren enthalten eine selbst rückstellende oder nicht rückstellbare Thermosicherung, sodass die Geräte nach Überlastung teilweise unbrauchbar werden.
Steckernetzteile mit Wechselspannungsausgang enthalten nur einen solchen Transformator.
Da die Transformatoren auf geringes Gewicht ausgelegt sind, den Eisenkern maximal ausnutzen bzw. dieser von minderer Qualität ist, werden auch ohne angeschlossenen Verbraucher bzw. ohne Stromentnahme erhebliche Verluste im Transformator verursacht. Dieser Umstand rückt Steckernetzteile in die Kritik von Umweltschützern. 1998 rechnete der BUND in einer Medienkampagne vor, dass sich durch konsequentes Abschalten/Ziehen von Steckernetzteilen abgeschalteter Elektrogeräte im deutschsprachigen Raum ein mittleres Atomkraftwerk einsparen ließe.

Mittlerweile werden immer mehr Steckernetzteile als Schaltnetzteile ausgeführt, die nicht nur wesentlich leichter sind, sondern auch eine sehr geringe Leerlauf-Leistungsaufnahme und eine hohe Stabilität der Ausgangsspannung haben. Sie sind in der Regel kurzschlussfest und häufig an allen Netzspannungen der Welt betreibbar (Weitbereichseingang). Sie erzeugen jedoch deutlich mehr Störspannungen, die den analogen Rundfunk beeinträchtigen können.

Beim Anschluss an das zu versorgende Gerät wird eine Vielfalt von Anschlusssteckern und Spannungen verwendet. Die Anschlussstecker sind teilweise mechanisch standardisiert, aber es werden regelmäßig neue herstellerspezifische Varianten verwendet. Dies liegt nicht zuletzt daran, dass Polarität und Spannung nicht standardisiert sind, so dass in der Regel jedes Gerät sein eigenes Netzteil benötigt. Hohlstecker sind den Klinkensteckern vorzuziehen, da letztere bei Einstecken vorübergehend einen Kurzschluss verursachen und immer nur bei stromlosen Netzteil gesteckt oder gelöst werden sollten.

Kennzeichnung

• „stabilisiert" bedeutet, die Ausgangsspannung behält auch bei Leerlauf ihren Nennwert
• Ausgang: xx Volt ··· bedeutet gleichgerichtete, gesiebte Spannung; enthält Wechselspannungsanteile, bei Leerlauf steigt die Ausgangsspannung teilweise wesentlich über die Nennspannung an
• Ausgang: xx Volt AC oder ~ bedeutet Wechselspannungsausgang (z.B. für Lichterketten)

Der Spannungsangabe folgt die Angabe des maximal entnehmbaren Stromes bzw. der Ausgangsleistung.

Weiterhin sind Symbole bzw. Piktogramme zu finden:

• durchgestrichener Müllkübel: nach Elektronikschrottverordnung gehören ausgediente Geräte nicht zum Restmüll
• Doppelquadrat: Schutzisolation netzspannungsführender Teile
• stilisiertes Haus: nur in Innenräumen zu verwenden
• CE-Kennzeichnung: Pflichtkennzeichnung, betrifft die elektrische und u.a. auch die Brandsicherheit
• durch einen Strich getrennte überlappende Kreise: Schutztrennung zwischen Netz- und Ausgangsspannung (Schutzkleinspannung)

Steckernetzteile werden wegen ihrer Bauform und ihrer kaum einzudämmenden Vermehrung im Umfeld von Computer-Installationen gelegentlich auch scherzhaft als "Wandwarze" bezeichnet.

Für mittlere Leistungen (> 10 W, < 200 W) gibt es Netzteile mit festen Ausgangsspannungen (eine oder mehrere Gleich- oder Wechselspannungen) als abgesetzte Einheit, die über ein teilweise am Gerät steckbares Netzkabel gespeist werden und den Verbraucher über eine abgehende Leitung mit Stecker versorgen.

Die Verwendung solcher Netzteile bedeutet in vielen Fällen eine Kostenersparnis für den Hersteller:

1. Die Anpassung an landesspezifische Stromnetze reduziert sich auf das Netzteil.
2. Die Sicherheitsprüfung für die Produktzulassung für die angeschlossenen Kleinspannungsgeräte ist weniger streng als für Geräte mit Netzspannung. Ein zugelassenes Netzteil kann für mehrere Kleinspannungsgeräte verwendet werden.
   

Auch diese Bauform (z.B. für Drucker oder Laptops) weist nur selten einen Netzschalter auf, so dass sich durch den Einsatz schaltbarer Steckdosenleisten einige Energie sparen lässt. Insbesondere Tintenstrahldrucker führen nach einer vollständigen Netztrennung jedoch oft einen aufwendigen Selbsttest durch, bei dem sehr viel Tinte unnütz vergeudet wird.

Sogenannte Labornetzteile bzw. Labornetzgeräte werden in Entwicklungslaboren, in Servicewerkstätten und in der Ausbildung eingesetzt.
Sie verfügen meist über eine Strom- und Spannungsanzeige, über eine stufenlos einstellbare Ausgangsspannung und eine Strombegrenzung. Die Strombegrenzung ist oft ebenfalls einstellbar. Die Geräte weisen eine Rechteckkennlinie auf: überschreitet der Ausgangsstrom den eingestellten Maximalstrom, wechselt das Verhalten von konstanter Ausgangsspannung zu konstantem Ausgangsstrom, der auch bei Kurzschluss nicht überschritten wird.

Bei größeren Leistungen (> 100 W) sind Netzteile innerhalb von Geräten oder auch Schaltschränken oft als Baugruppe oder Einbaugerät ausgeführt. Die Anforderungen an den Berührungsschutz sind dann geringer. Die Integration des Netzteils erhöht anderseits jedoch die Sicherheitsanforderungen an das Gesamtgerät, da dieses nun z. B. hinsichtlich Berührungsschutz, Kriechspannungsabständen und Überspannungsfestigkeit oder Schutzerdung die Anforderungen erfüllen muss, die vorher nur an das separate Netzgerät gestellt wurden.

Einbaugeräte oder integrierte Netzteile werden auch oft verwendet, wenn mehrere Spannungen benötigt werden, wie beispielsweise in Computern, Fernsehern, Videorekordern, Faxgeräten oder Laserdruckern. Durch interne Abschaltung von Verbrauchern oder einen Steuereingang lassen sich Standby-Leistungsaufnahmen von unter 2 W realisieren.

Netzteile kommen auch an Gleichspannungsnetzen (Flugzeuge, Kraftfahrzeuge, Solaranlagen) zum Einsatz, wenn Spannungen transformiert werden müssen oder Wechselspannung erforderlich ist. Sie werden jedoch meist nicht als Netzteil bezeichnet.
Ein Beispiel sind in kräftigen Audio-Verstärkern eingebaute Stromversorgungen zum Betrieb am KFZ-Bordspannungsnetz, welche für die Endstufen aus 12 V (Bordnetz) Spannungen von oft mehr als ± 40 V erzeugen. Dort kommen DC/DC-Schaltnetzteile zum Einsatz, die einen Wechselrichter und einen Transformator mit nachfolgender Gleichrichtung enthalten.

Gleichstromsteller werden im Kleinleistungs-Bereich (< 5 W) als gekapselte Hybrid-Module zur galvanisch getrennten Versorgung von Baugruppen eingesetzt.
Typische Anwendungen sind Line-Interfaces von Telefon-Modems oder Netzwerkkarten, moderne PC-Mainboards und leistungsfähige Grafikkarten, die aus den vom PC-Netzteil gelieferten Spannungen ihre Stromversorgung möglichst nahe beim Verbraucher erzeugen (engl. point-of-load converter ).

Wechselrichter erzeugen Netzwechselspannung aus Gleichspannungsnetzen, z.B. als steckbarer Netzadapter in Kraftfahrzeugen oder fest installiert in Gleichspannungsnetzen von Solaranlagen.

• Elektrische Energie
• Elektrogerät
• Leistungselektronik

• Wikipedia:Defekter Dateilink