PC Messdatenerfassung und Galvanische Trennung
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Was ist die galvanische Trennung?
Die galvanische Trennung ist die elektrische Trennung oder Entkopplung zweier leitfähiger Gegenstände. Namensgeber war der italienische Arzt und Biophysiker Luigi Galvani (9. September 1737 - 4. Dezember 1798).
Galvanische Trennung von Stromkreisen
Die galvanische Trennung von Stromkreisen kommt dann zur Anwendung, wenn sich die Ströme und Spannungen zweier Stromkreise nicht direkt beeinflussen sollen. Dies wird erreicht, indem die beiden Stromkreise voneinander getrennt, bzw. voneinander entkoppelt werden, so dass die Ladungsträger aus dem einen Stromkreis nicht in den anderen hinüberwechseln können. Man spricht auch von einer galvanischen Entkopplung. Zwischen den zwei Stromkreisen findet demnach keine elektrische Leitung statt, bzw, es muss keine direkte Verbindung durch z. B. leitende Materialien bestehen.
Um dennoch eine Übertragung von Signalen oder Leistung zwischen den beiden Stromkreisen zu ermöglichen, werden verschiedene Bauelemente, bzw. Kopplungsglieder verwendet.
Kopplungsglieder zur Umsetzung galvanischer Trennung sind z. B.
- 1. Optokoppler
- 2. Kondensatoren
- 3. Transformatoren
1. Optokoppler:
Beim Optokoppler wird das elektrische Signal eines Senders, in ein optisches Signal umgewandelt. Das optische Signal trifft auf einen Empfänger, der es in ein elektrisches Signal umwandelt. Der Sender besteht z. B. aus einer Leuchtdiode (LED) und der Empfänger aus einer Fotodiode. Der Optokoppler lässt hohe Spannungsunterschiede zwischen zwei Stromkreisen zu.
2. Kondensatoren:
Ein Kondensator besteht aus zwei leitenden Schichten, z. B. zwei Metallplatten, die sich in einem geringem Abstand gegenüberstehen und durch einen Isolator voneinander getrennt sind. Kondensatoren können durch Ladungsverschiebung physikalische Größen weiterleiten oder trennen und zur Potentialtrennung eingesetzt werden.
3. Transformatoren:
Bei Transformatoren geschieht die Übertragung des Stroms über Induktion. Der ankommende Strom fließt durch eine Spule und erzeugt ein Magnetfeld. In einer zweiten benachbarten Spule wird ohne direkte Verbindung eine elektrische Spannung erzeugt und zugleich eine galvanische Trennung zwischen dem ersten und dem zweiten Stromkreis geschaffen. Man spricht auch von einer induktiven Trennung.
Anwendungsbereiche der galvanischen Trennung
Die galvanische Trennung findet in vielen Bereichen Anwendung, u. a. in messtechnischen oder audiotechnischen Bereichen, als Schutzmaßnahme oder bei der Erzielung optimaler Signalqualität.
Warum werden Stromkreise getrennt?
- Aus Sicherheitsgründen (z. B. medizinische Geräte, netzbetriebene Geräte, Ladegeräte, etc.)
- in der Messdatenerfassung, zur Potentialtrennung im Messsignalweg (z. B. bei Messgeräten zur elektrischen Stromstärke)
- zur Verhinderung von Störsignalen oder Brummschleifen (z. B. in Audiogeräten oder bei Übertragern von Analog- und Digitalsignalen in z. B. Netzwerke)
Die galvanische Trennung ist ein wirksames Mittel zum Schutz vor elektromagnetischen Störungen und kann bei der Optimierung der Signalübertragung eingesetzt werden.
Aus Sicherheitsgründen wird die galvanische Trennung z. B. bei der Schutztrennung angewendet. Hier werden mittels eines Transformators Stromkreise sicher voneinander getrennt. Hilfreich ist das z. B. bei der Messung von hohen Spannungen und zum Schutz vor elektromagnetischen Impulsen. So können z. B. Stromunfälle in Niederspannungsnetzen verhindert werden.