Ratgeber
Leistungsregler sind elektronische Komponenten zur Leistungssteuerung von ohmschen und induktiven Lasten. Dazu gehören neben klassischen Glühlampen vor allem mit Wechselstrom betriebene Universalmotoren. In unserem Ratgeber informieren wir Sie über die zugrundeliegende Technologie und geben Tipps für die Beschaffung.
Um die Leistung einer elektrischen Last zu steuern, bieten sich Widerstände wie zum Beispiel Potentiometer an. Sie besitzen allerdings einen entscheidenden Nachteil: Die im Widerstand reduzierte elektrische Energie wird als Wärme abgeführt. Kein sonderlich effizientes Verfahren, vor allem bei hohen Spannungen oder Strömen. Induktive Lasten wie Elektromotoren oder Transformatoren ziehen beim Einschaltvorgang zudem hohe Stromspitzen, die normale Widerstände rasch zerstören können.
Erheblich besser und mit deutlich niedrigerem Verlust funktionieren dagegen Leistungsregler. Sie basieren im Allgemeinen auf einem Prinzip, das wohl die meisten von Beleuchtungen her kennen: das Dimmen der Lampen. Dabei werden die beiden Phasen der Wechselstromversorgung – die positiven und die negativen Halbwellen – zu bestimmten Zeiten so beschnitten, dass kein Strom fliesst. Je nachdem, wann der Schnitt erfolgt, spricht man von PhasenANschnitt oder von PhasenABschnitt.
Beim PhasenANschnitt, der in gängigen Leistungsreglern zu finden ist, erfolgt die Unterbrechung der Stromversorgung während des Anstiegs der sinusförmigen Halbwellen. Beim 50-Hertz-Wechselstromnetz zweimal pro Periode, als genau 100 Mal pro Sekunde. Die Dauer des stromlosen Zustands hängt von der Einstellung des Leistungsreglers ab: Je grösser die Pause, desto geringer ist die bei der Last eintreffende Spannung. Bezogen auf einen Elektromotor heisst das, er läuft langsamer.
Während sehr kurzer Pausen ist die Spannung noch im Steigen begriffen, wird aber nicht durchgeleitet. Erfolgt die Freigabe der Leitung zum Beispiel genau auf den Höhepunkten der beiden Halbwellen, liegt nur noch die halbe Grundspannung am Ausgang des Leistungsreglers an.
Das heisst: Je kürzer der Abschaltvorgang, desto mehr Strom fliesst zur Last. Hält die Unterbrechung länger an, sinkt die Spannung der Phase bereits wieder, die Last erhält dann weniger Strom. Die jeweilige Phase wird somit beim Aufdrehen des Reglers immer angeschnitten, entweder vor oder nach dem Erreichen des Höhepunkts der Halbwelle.
Genau umgekehrt funktioniert der PhasenABschnitt. Die Unterbrechungen der Halbwellen erfolgt hier nicht während des Anstiegs, sondern während des Abstiegs der Spannung.
Grösster Vorteil der PhasenANschnitt-Steuerung beim Betrieb induktiver Lasten wie Motoren: Die typischen hohen Einschaltströme werden durchgängig abgeblockt. Das schützt nicht nur die Steuerungselektronik, auch die an den Motoren angeschlossenen Aggregate wie Pumpen, Lüfter oder Förderbänder profitieren von dem nicht mehr einsetzenden Drehmomentsprung.
Realisiert werden die Schaltvorgänge der Leistungsregler durch sogenannte Triacs. Sie bestehen aus zwei antiparallel geschalteten Thyristoren – Halbleiter-Gleichrichtern, die auch mit Wechselstrom funktionieren und sich durch Stromimpulse an ihren Gate-Eingängen steuern lassen. Je nach Höhe der Steuerspannung schalten die Triacs den Stromfluss ein oder aus.
Leistungsregler sind sowohl als diskrete Bauelemente als auch betriebsfertig aufgebaut oder als bestückte Platine erhältlich.
Die Betriebsspannung liegt üblicherweise bei 230 Volt Wechselstrom, es gibt aber auch Typen für dreiphasigen Drehstrom.
Wesentliches Kriterium für die Auswahl ist – neben der Bauform – die Leistung des Reglers. Sie liegt in der Regel zwischen wenigen Watt bis zu mehreren Hundert oder sogar Tausend Watt.
Zu achten ist aber auch auf die regelbare Ausgangsspannung. Viele Leistungsregler beherrschen den gesamten Bereich von 0 bis zur Höhe der Eingangsspannung, andere wiederum lassen sich nur bis auf 10 Volt herunterregeln.
Obwohl die meisten erhältlichen Regler viele Elektromotoren problemlos steuern können, gibt es Ausführungen mit pulsierenden Ausgangsspannungen.
Bei ihnen erfolgen die Ein- und Ausschaltungen generell beim Nulldurchgang der Eingangsspannung, also immer nach vollen Perioden. Diese Technik reduziert zwar Interferenzen auf ein minimales Level, bringt aber Probleme beim Anschluss von Motoren.
Was sind typische ohmsche Lasten?
Die wohl bekanntesten ohmschen Lasten sind klassische Glühlampen. Laut EU-Verordnung dürfen sie seit 2012 nicht mehr in den Verkehr gebracht werden, Lagerbestände ausgenommen. Grund für das Verbot ist ihr Wirkungsgrad für Beleuchtungszwecke: Nur rund 5 Prozent der zugeführten Leistung setzen Glühbirnen in Licht um, die restlichen 95 Prozent gehen als Abwärme verloren. Zu den typischen ohmschen Lasten zählen somit alle Geräte, die in erster Linie Wärme erzeugen. Dazu gehören Heizspiralen und Backöfen ebenso wie konventionelle Herdplatten, Lötkolben und elektrisch betriebene Heizungen.
Lassen sich an Leistungsreglern alle Elektromotoren anschliessen?
Grundsätzlich steuerbar sind alle frequenzunabhängigen Motoren, zum Beispiel einphasige Motoren mit Kohlbürsten. Sie finden sich zum Beispiel in Winkelschleifern, Handbohrmaschinen, Staubsaugern oder Handkreissägen. Drehstrom- oder Asynchronmotoren sind in der Regel nicht oder nur mit Zusatzkomponenten in der Drehzahl regelbar.
Gibt es auch Regler für Gleichstrommotoren?
Ja, die gibt es, zum Beispiel in Form preiswerter Bausätze oder als Bausteine für Betriebsspannungen von 9 bis 28 Volt Gleichstrom. Sie nutzen zur Drehzahlregelung im Allgemeinen keine Phasenanschnittsteuerung, sondern die sogenannte Pulsweitenmodulation, abgekürzt PWM. Dabei wird der Strom ständig ein- und ausgeschaltet, meist zwischen 300 und 600 Mal pro Sekunde. Dieses Verfahren wird zum Beispiel auch für LED-Dimmer genutzt: Das menschliche Auge kann den schnellen Wechsel zwischen den Hell- und Dunkelphasen nicht erkennen, selbst wenn die Dunkelphase länger als die Hellphase anhält und das Licht als gedimmt erscheint.
Was ist der Nachteil induktiver Lasten?
In induktiven Lasten wie Elektromotoren, gewickelten Transformatoren oder Relais fliesst durch den Aufbau des Magnetfeldes ein erhöhter Strom. Der kann einem Vielfachen des Nennstroms entsprechen und ohne Schutzeinrichtungen grossen Schaden anrichten. Läuft der Strom dagegen durch einen Leistungsregler mit Phasenanschnittsteuerung, wird hoher Einschaltstrom bei entsprechender Einstellung des Reglers abgeblockt.