Die Gruppe Energieversorgung (7 Teilnehmer) hatte die Aufgabe, die vitalen Funktionen
des automatischen Gewächshauses im Projekt Zuchthaus zuverlässig mit elektrischer
Energie zu versorgen. Dazu erfolgt die Stromversorgung im Normalfall aus dem Stromnetz,
bei Stromausfall soll automatisch in den Notstrombetrieb über einen Akku umgeschaltet
werden.
Das folgende Blockschaltbild gibt einen Überblick über die verschiedenen Funktionsbereiche
der Energieversorgung und ihre Verknüpfungen.
Abbildung 2: Blockschaltbild Gruppe Energieversorgung
Die Verbraucher des Gewächshauses benötigen Spannungen von 5 V und 12 V. Daher
wird, wie im Blockschaltbild angedeutet, im Netzteil die Netzspannung von 230 V AC
im Normalbetrieb heruntertransformiert, gleichgerichtet und geglättet (Kleingruppe 1).
Die entsprechende Ausgangsspannung wird durch Spannungsregelung auf die von den
Verbrauchern gewünschten Spannungsebenen gebracht (Kleingruppe 2).
Gleichzeitig sorgt ein Laderegler dafür, dass ein 12V-Blei-Gel-Akku kontinuierlich gepuffert
wird. Bei Netzausfall werden die wichtigsten Verbraucher durch diesen Akku
versorgt, der durch eine Zusatzschaltung vor Tiefentladung geschützt wird. Wie auch das
Netzteil besitzt die Notstromversorgung eine Spannungsregelung, die die gewünschten
Betriebsspannungen bereitstellt (Kleingruppe 3).
In der folgenden Abbildung ist die Gesamtschaltung der Energieversorgung noch etwas
genauer dargestellt.
Abbildung 3: Überblick Schaltung Energieversorgung
Im oberen Teil der Abbildung befindet sich dazu die 230 V AC – Netzspannungsebene
mit Phase L1, Neutralleiter N und Erde PE, im unteren Teil liegen die Verbraucherspannungsebenen
12 V und 5 V DC sowie Masse.
Wird der Schalter S eingeschaltet (= Gewächshaus am Netz), wandelt das Netzteil,
bestehend aus Transformator, Gleichrichter, Glättung und Spannungsregelung, die Netzspannung
in die beiden gewünschten Spannungsebenen. Dabei liegen nach der Glättung ca. 24 V DC vor, die über Festspannungsregler wiederum in 12 V bzw. 5 V für die
Verbraucher gewandelt werden. Bei anliegender Spannung zieht gleichzeitig das Relais
K1, das sich hinter der Glättung befindet, an, sodass der Öffner die Verbraucher vom
Akkumulator trennt. Der Akku wird über den Laderegler geladen.
Bei geöffnetem Schalter S bzw. bei Netzausfall werden die Verbraucher nicht mehr über
das Netzteil mit elektrischer Energie versorgt und der Ladevorgang des Akkus ist unterbrochen.
Durch die fehlende Spannung fällt das Relais K1 ab, sodass der Öffner am
Akku schließt und die Verbraucher versorgen kann. Zum Schutz des Akkus vor zu starker
Entladung wurde ein Tiefentladeschutz eingebaut. Da der Akku damit eine Spannung
zwischen 10,8V und 13,8 V DC liefern kann, wandelt ein Konstant-Spannungsregler zur
Versorgung der 5 V-Verbraucher diese Ausgangsspannung zu 5 V DC. Ein Hochsetzsteller
für eine konstante Gleichspannung von 12 V wurde aus Zeitgründen nicht berücksichtig,
stattdessen können entsprechende Verbraucher die Akkuspannung direkt nutzen.
Damit im Akkubetrieb keine Ströme aus dem Akku über den Laderegler nach Masse
fließen, wurde eine Diode zwischen Laderegler und Akku gesetzt. Sicherungen schützen
den Tiefentladeschutz und die Verbraucher vor zu hohen Strömen aus Netz oder Akku
(der Akku kann laut Datenblatt über die Dauer einer Minute 42 A liefern).
Ayhan Türk, Simone Weidner