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24V sind nicht zwangsläufig 24V - Was Sie bei der Auswahl von Netzteilen beachten sollten

Um aus 230V Wechselspannung eine Gleichspannung mit beispielsweise 24V/DC zu erzeugen, können zwei unterschiedliche Verfahren angewendet werden: Erzeugen einer geringen Wechselspannung mit einem Transformator und anschließendem Gleichrichten mit einem Gleichrichter (ungeregeltes Netzteil) oder Erzeugen einer Gleichspannung mit Hilfe komplexer Elektronik (geregeltes Netzteil). Beide Varianten haben Vor- und Nachteile und vor allem Auswirkungen auf die angeschlossenen Verbraucher. 

Gleich vorweg: Es wird sehr theoretisch. Wenn Sie die Einzelheiten und Hintergründe nicht so sehr interessieren, scrollen Sie doch einfach bis ganz zum Schluss und lesen Sie unser Fazit. Nun gehts aber los:

Funktionsweise eines ungeregelten Netzteils

Ein Trafo wandelt 230V/AC in 24V/DC um, die werden dann mit einem Brückengleichrichter gleichgerichtet und mit einem Kondensator geglättet. Im unbelasteten Fall entspricht die resultierende Spannung allerdings nicht, wie vielleicht zu vermuten ist, 24V/DC, sondern 24 * 1,41 = 33,8V (Leerlaufspannung). Erst bei Belastung sinkt diese Spannung deutlich ab. Deshalb sind die Spannungsangaben auf diesen Netzteilen auch oft in Bereichen angegeben, beispielsweise 21 - 28V/DC. Zudem ist diese Bauart von Netzteilen noch abhängig von Spannungsschwankungen im Stromnetz (230V +-10%). Am Eingang des Netzteiles können also durchaus 207V bis 253V anliegen. Ein Beispiel:

Lüftungsnetzteil, Ausgangsspannung 21 - 28V/DC bei max. 1A. Wir machen Messungen mit einer Primärspannung von 207V, 230V, 253V. Der Ausgang wird mit 0/0,5/1A belastet. Dabei messen wir am Ausgang den Effektivwert der Ausgangsspannung und die Restwelligkeit. Dieses (Beispiel-)Netzteil hat intern einen Trafo, der sekundär 18V erzeugt, die theoretische Gleichspannung liegt also bei 25,4V (unbelastet, bei 230V Eingangsspannung).

Was ist Restwelligkeit?

Restwelligkeit ist die Spitze-Spitze-Spannung der der Gleichspannung überlagerten Wechselspannung. Auf Netzteilen liest man oft Vpp (Volt Peak-Peak), auch auf Antrieben sind solche Angaben zu finden (z.B. max. 2,4Vpp). Bei ungeregelten Netzteilen hat die Restwelligkeit eine Frequenz von 100Hz (Netzfrequenz * 2).

Messergebnisse ungeregeltes Netzteil

Eingang Last [A] Ausgang Restwelligkeit [Vpp]
207V 0 26,2V 157mV
230V 0 29,3V 174mV
253V 0 32,4V 203mV
207V 0,5 21,1V 3,25V
230V 0,5 23,8V 3,3V
253V 0,5 27,1V 3,4V
207V 1 18V 5,6V
230V 1 20,9V 5,8V
253V 1 23,7V 5,9V

 

Oszillogramme

Die folgenden Bilder lassen gut erkennen, dass mit zunehmender Belastung des Ausgangs die Restwelligkeit steigt und die Effektivspannung sinkt. Die Screenshots zeigen die Messwerte bei einer Eingangsspannung von 230V.

Ausgangsspannung unbelastet:

Ausgangsspannung-ungeregeltes-Netzteil-ohne-Last-001603

Ausgangsspannung, 0,5A Last:

Ausgangsspannung-ungeregeltes-Netzteil-bei-0-5A-Last-001530

Ausgangsspannung, 1A Last:

Ausgangsspannung-ungeregeltes-Netzteil-bei-1A-Last-001445

Restwelligkeit bei 1A Last:

Restwelligkeit-ungeregeltes-Netzteil-bei-1A-Last-001120

Funktionsweise eines geregelten Netzteils

Bei dieser Bauart wird die Eingangsspannung (230V) gleichgerichtet und mittels Halbleiter wieder in eine Wechselspannung "zerhackt", die wiederum über einen Trafo auf die gewünschte Ausgangsspannung herunter transformiert wird. Nach dem Gleichrichten und Sieben steht diese dann zur Verfügung. Die Ausgangsspannung wird kontinuierlich gemessen und notwendige Korrekturen der generierten Spannung vor dem Trafo vorgenommen. Die mittels Halbleiter generierte Wechselspannung hat eine wesentlich höhere Frequenz als die der Netzspannung, weshalb die Transformatoren in der Baugröße geringer ausfallen können.

Schaltnetzteile haben außer dem Größen- und Gewichtsvorteil gegenüber konventionellen Netzteilen auch einen viel besseren Wirkungsgrad. Die Ausgangsspannung ist praktisch stromunabhängig und hat einen sehr geringen Restwelligkeitsanteil. Unser Testkandidat ist das Lüftungsnetzteil LNT 2406, dass bei 24V einen Strom von 6,5A liefern kann. Die Ausgangsspannung ist auch hier wie beim konventionellen Netzteil galvanisch vom Eingang getrennt. Geregelte Netzteile sind übrigens ausgangsseitig kurzschlussfest.

Wir haben auch hier wieder entsprechende Messungen vorgenommen:

Messergebnisse geregeltes Netzteil

Eingang Last [A] Ausgang Restwelligkeit [Vpp]
207V 0 24,38V 275mV
230V 0 24,38V 275mV
253V 0 24,38V 324mV
207V 1 24,35V 450mV
230V 1 24,36V 500mV
253V 1 24,36V 525mV
207V 1 24,34V 550mV
230V 3 24,34V 600mV
253V 3 24,32V 650mV
207V 6 24,29V 750mV
230V 6 24,29V 850mV
253V 6 24,30V 800mV

Oszillogramme

Die folgenden Bilder zeigen sehr gut die konstante Ausgangsspannung bei zunehmender Belastung. Auch die Welligkeit der Ausgangsspannung steigt nur minimal. Erkennbar ist auch die hohe Frequenz bei der Restwelligkeit, die im Gegensatz zu ungeregelten Netzteilen im kHz-Bereich liegt. Hier zeigen wir nur die Aufnahmen bei hoher Last mit 6A.

Ausgangsspannung, 6A Last:

Ausgangsspannung-geregeltes-Netzteil-bei-6A-Last-012504-min

Restwelligkeit bei 6A Last:

Restwelligkeit-geregeltes-Netzteil-bei-6A-Last-012624-min

Fazit

Ungeregelte Netzteile sollten Sie nur kaufen, wenn Sie a) genau diesen Typ als Ersatz für eine bestehende Anlage benötigen oder b) wenn Sie sich sicher sind, dass der anzuschließende Antrieb mit dieser Spannungsqualität klarkommt. Dazu gehört allerdings einiges an Fachwissen.

Grundsätzlich kann man sagen, dass "alte" Antriebe - also Antriebe, die nur eine sehr einfache Elektronik haben - damit sehr wahrscheinlich funktionieren. Antriebe neuerer Generationen mit komplexer Elektronik (Mikrocontroller...) benötigen hingegen eine stabile und glatte Versorgungsspannung.

Beachten Sie auch die Angaben auf dem Typenschild: Es gibt Antriebe, die mit 24V/DC +-10% angegeben sind und Antriebe, die auch für 24V/DC +20% -10% zugelassen sind (im Regelfall sind diese dann RWA-tauglich).

Im Zweifelsfall kontaktieren Sie uns bitte, wir finden ganz sicher eine Lösung und das für Ihren Einsatzfall passende Netzteil (Lüftungsnetzteil, Lüftungszentrale).

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