Stromwandler und Stromwandler-Transducer – Gemeinsamkeiten und Unterschiede

In der Energietechnik und der Messautomatisierung stellt sich oft die Frage: was ist der Unterschied zwischen einem Stromwandler und einem Strommessumformer und wann sollte jedes dieser Geräte eingesetzt werden? Obwohl beide eine Messfunktion erfüllen, unterscheiden sich ihre Funktionsweise und ihr Verwendungszweck leicht.

Der Stromwandler ist ein elektromagnetisches Bauelement, das einen primären Strom hoher Intensität in einen proportionalen sekundären Strom niedrigerer Stärke umwandelt. Dadurch ist es möglich, hohe Ströme mit Messgeräten kleinerer Messbereiche, z. B. 5 A oder 10 A, zu messen.

Der Strommessumformer hingegen ist ein Messgerät, das den Strom nicht nur reduziert, sondern auch in ein normiertes elektrisches Signal – analog (z. B. 0…20 mA, 4…20 mA, 0…10 V) oder digital (z. B. Modbus) – umwandelt.

Strom und Messung in der Praxis

Der elektrische Strom in einem Stromkreis kann mehrere hundert Ampere erreichen. Eine sichere Messung solcher Werte mit einem normalen Amperemeter ist nicht möglich. Hier kommen Stromwandler zum Einsatz, die den Primärstrom mithilfe von Primär- und Sekundärwicklung sowie einem ferromagnetischen Kern auf den Nennwert, z. B. 5 A, reduzieren.

Strommessumformer ermöglichen hingegen nicht nur die Messung, sondern auch die Überwachung und Übertragung des Stromwerts an Steuerungen, Energiemanagementsysteme oder Messgeräte, die vom überwachten Stromkreis entfernt sind.

Funktionsprinzip des Stromwandlers

Das Funktionsprinzip des Stromwandlers basiert auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion. Der Strom in der Primärwicklung erzeugt ein Magnetfeld im Kern, das einen Strom in der Sekundärwicklung induziert. Der Wert des Sekundärstroms hängt vom Übersetzungsverhältnis ab, also vom Verhältnis der Windungszahl der Sekundärwicklung zur Primärwicklung.

So kann ein Primärstrom von z. B. 200 A in einen Sekundärstrom von 5 A umgewandelt werden, der sicher mit einem Amperemeter gemessen oder an einen Energiezähler weitergeleitet werden kann.

Strommessumformer – Funktionsweise und Rolle

Der Strommessumformer funktioniert etwas anders. Seine Aufgabe besteht nicht nur darin, den Stromwert zu reduzieren, sondern ihn auch in ein elektrisches Signal umzuwandeln, das für die Weiterverarbeitung geeignet ist. Dies kann sein:

• Stromsignal 4…20 mA oder 0…20 mA,
• Spannungssignal 0…10 V,
• digitales Signal, das über ein Kommunikationsprotokoll übertragen wird.

Strommessumformer sind daher vielseitiger – sie können direkt an Steuerungen, Messgeräte oder SCADA-Systeme angeschlossen werden.

Unterschiede zwischen Messumformern und Wandlern

In der Praxis gibt es deutliche Unterschiede zwischen Messumformern und Wandlern:

1. Stromwandler reduzieren den Strom auf den Nennwert, meist 5 A oder 1 A, und werden hauptsächlich zur Versorgung von Amperemetern, Energiezählern und Schutzeinrichtungen eingesetzt.

2. Strommessumformer wandeln den gemessenen Strom in ein normiertes Ausgangssignal um, wodurch sie leicht in Überwachungs- und Steuersystemen eingesetzt werden können.

3. Der Stromwandler arbeitet ausschließlich auf Basis der magnetischen Induktion, während der Messumformer elektronische Schaltungen und zusätzliche Signalverarbeitung nutzen kann.

4. Der Messumformer gewährleistet galvanische Trennung und eine höhere Störfestigkeit, was in industriellen Anwendungen entscheidend ist.

Messung von AC- und DC-Strömen mit Wandlern und Messumformern

Stromwandler werden hauptsächlich zur Messung von Wechselströmen (AC) eingesetzt. Bei Gleichstrom (DC) ist ihre Anwendung eingeschränkt, da das Funktionsprinzip auf Änderungen des magnetischen Flusses beruht.

Strommessumformer können sowohl für AC- als auch DC-Ströme ausgelegt werden. Sie finden daher Anwendung in Photovoltaiksystemen, Batteriesystemen oder bei der Strommessung in elektronischen Geräten.

Genauigkeitsklasse und Messparameter

Jeder Stromwandler und Strommessumformer besitzt eine bestimmte Genauigkeitsklasse, die angibt, wie genau er die gemessenen Stromwerte abbildet. Bei Wandlern hängt die Genauigkeitsklasse von der Sekundärlast und dem Übersetzungsverhältnis ab.

Wichtige Parameter von Messumformern sind:

• Messbereich des Primärstroms (z. B. 0…20 A),
• Art des Ausgangssignals,
• galvanische Trennung,
• Störfestigkeit gegenüber elektromagnetischen Einflüssen.

Anwendungen von Stromwandlern

Stromwandler werden hauptsächlich in der Energietechnik und in Hochspannungsanlagen eingesetzt. Ihre Hauptaufgaben sind:

• Messung hoher Ströme mit Messgeräten kleinerer Messbereiche,
• Versorgung von Energiezählern,
• Zusammenarbeit mit Schutz- und Sicherheitsgeräten,
• Überwachung der Belastung von Stromleitungen.

Dank Messwandlern ist eine Strommessung auch in großer Entfernung vom überwachten Stromkreis möglich.

Anwendungen von Strommessumformern

Strommessumformer werden hauptsächlich eingesetzt in:

• industrieller Automatisierung,
• Energieverbrauchsüberwachungssystemen,
• DC- und AC-Versorgungssystemen,
• PLC-Steuerungen und SCADA-Systemen,
• Schutz von Geräten vor Überlastung.

Sie sind unverzichtbar, wenn nicht nur der Sekundärstrom gemessen werden soll, sondern auch ein Signal für die Weiterverarbeitung benötigt wird.

Beispielanwendung – 5 A und 20 A

In vielen Anwendungen ist der Stromwandler 5 A Standard, der einen Primärstrom von z. B. 200 A auf einen Sekundärstrom von 5 A reduziert. Dieser normierte Strom kann an ein Amperemeter oder einen Zähler weitergeleitet werden.

Der Strommessumformer kann hingegen Ströme bis 20 A messen und in ein Ausgangssignal 4…20 mA oder 0…10 V umwandeln, das anschließend an die Steuerung weitergeleitet wird. Dies ermöglicht eine präzise Überwachung des technologischen Prozesses und eine schnelle Reaktion auf Laständerungen.

Zusammenfassung – Messumformer und Wandler gemeinsam

Stromwandler und Strommessumformer konkurrieren nicht miteinander, sondern ergänzen sich in ihren Anwendungen. Der Stromwandler ermöglicht die Messung hoher Ströme mit Messgeräten kleinerer Messbereiche, während der Messumformer ein normiertes elektrisches Signal für Analyse und Steuerung liefert.

Die Wahl zwischen diesen Geräten hängt von den spezifischen Anforderungen ab – ist nur eine Messung erforderlich oder auch ein Ausgangssignal, das mit Automatisierungs- und Steuerungssystemen kompatibel ist.

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