Ein Trennverstärker oder auch Trennschaltverstärker verhindert die elektrische Leitung zwischen 2 Stromkreisen, die untereinander dennoch Signale oder Leistung austauschen sollen. Bei diesem Messverstärker geht es um die galvanische Trennung. Ein Bereich zum Beispiel, der explosionsgefährdet ist, kann so von einem nicht explosionsgefährdeten Bereich abgetrennt werden. Eine andere Bezeichnung für die Art der Trennung ist der Isolationsverstärker.
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Trennschaltverstärker und ihre Funktion
Die Schaltung des Trennverstärkers besteht aus einem Sende- und einem Empfangsteil. Während der Sender auf dem Messpotenzial arbeitet, ist der Empfänger für ein anderes Potenzial zuständig. Auf dem Sender wird dazu eine erdfreie Stromversorgung vorausgesetzt, auch Masseanschluss genannt, dieser stellt den Bezug zum Sendeteil her. Die Stromversorgung wird galvanisch über einen Transformator getrennt. Währenddessen erfolgt die elektrisch isolierte Übertragung. Die galvanische Trennung kann dabei über verschiedene Kopplungsmethoden erreicht werden, dazu gehören die induktive-, die kapazitive-, und die optoelektronische Kopplung.
Induktive Kopplung: Hierbei nutzt man zur Signalübertragung die elektromagnetische Induktion im Wege der Gegeninduktion. Der Transformator, der dabei eingesetzt wird, besteht aus zwei Spulen.
Kapazitive Kopplung: Um das Signal zu übertragen, wird bei der kapazitiven Kopplung die gegenseitige elektrische Kapazität eingesetzt.
Optoelektronische Kopplung: Diese funktioniert über einen Optokoppler (Lichtleitkabel), der auf die Übertragung von Gleichspannungssignalen über eine Lichtleitung setzt. Dabei leitet eine Sendediode an den Empfangstransistor.
Im Handel sind Trennverstärker mit induktiver, kapazitiver und optoelektronischer Kopplung als fertige Bauelemente zu erwerben. In vielen dieser sind Gleichspannungswandler bereits eingebaut, sodass externe Gleichspannungswandler meist nur eingesetzt werden, wenn mehrere Isolationsverstärker mit gemeinsamen Floating-Ground mit diesen betrieben werden.
Wo kommen Trennschaltverstärker zum Einsatz?
Trennschaltverstärker kommen beispielsweise in medizinischen Einrichtungen zum Einsatz, da sie gut geeignet sind, um in Bereichen mit einer hohen Sicherheitsrelevanz eine galvanische Trennung, gleichzeitig eine Signalübertragung zur Steuerung zu erreichen.
Trennverstärker kommen außerdem in folgenden Bereichen vor:
- Schnittstellen für A/D-Wandler
- Im Zusammenhang mit Patientenmonitoren
- Messschaltungen (z.B. Thermoelemente und Wandler)
- Bei Audio- und Videoverstärkern
- Bei Motorengeschwindigkeits- und Positionsmessschaltungen
- bei Spannungsrückkopplungsschleifen in Netzgeräten
Die Vor- und Nachteile von Trennschaltverstärkern
Unter der Voraussetzung, dass das richtige Bauteil eingesetzt wird, wird durch die Trennschaltverstärker die gewünschte galvanische Trennung garantiert und gewährleistet. Besonders in gefährlichen Bereichen ist die Auswahl des passenden Bauelements von großer Wichtigkeit, sodass folgende Dinge beachtet werden sollten:
Für die Funktion des Bauteils spielen die jeweiligen Betriebsfrequenzen und Versorgungsspannungen neben weiteren elektrischen Spezifikationen eine sehr wichtige Rolle. Ebenfalls relevant sind diverse Spezifikationen und Ausstattungsmerkmale. Zum Beispiel sollte der Trennschaltverstärker manchmal aus der Distanz über eine Software zu konfigurieren sein, da es Trennschaltverstärker gibt, dessen Einbauumgebungen einen direkten Kontakt zum Bauelement untersagen. Zusätzlich sollte Größe und Aufbaubreite des Geräts bei der Auswahl berücksichtigt werden.
Erdung von Stromwandlern
Strom- und Spannungswandler ab Um = 3,6 kV sind gemäß DIN VDE 0141 (01/2000) Absatz 5.3.4 sekundärseitig zu erden. Wenn die Wandlergehäuse über keine großen berührbaren Metallflächen verfügen, kann bei einer Niederspannung (Um<= 1,2 kV) auf eine Erdung verzichtet werden.
Offenbetrieb von Stromwandlern
Ein Stromwandler, der sekundärseitig offen betrieben wird, induziert sehr hohe Scheitelspannungswerte. Abhängig von der Dimensionierung kann diese Spannungshöhe hohe Werte (bis zu einem Kilowatt) erreichen, was eine Gefahr, auch für Personen, darstellt.
Um die Sicherheit zu erhöhen und um im offenen Betrieb eine einsetzende Magnetisierung des Kerneisens zu vermeiden, sollte ein Offenbetrieb vermieden werden. Bevor es zu einem Austausch der angeschlossenen Messgeräte kommt, sollten die Sekundärklemmen kurzgeschlossen werden.
Redaktion: Walter Braun
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Wiedergabe – auch auszugsweise – nur mit schriftlicher Genehmigung des Herausgebers. Der vorliegende Tipp ist sorgfältig erarbeitet worden. Dennoch erfolgen alle Angaben ohne Gewähr. Weder Redaktion noch Herausgeber können für eventuelle Nachteile oder Schäden, die aus den hier gemachten praktischen Anleitungen resultieren, eine Haftung übernehmen
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