第一部分? 總體概述

1.1? 研究背景

自動扶梯廣泛應用于大型商場、超市、機場、地鐵、賓館等場合，大多數扶梯在客流量大的時候，工作于額定的運行狀態，在沒有乘客時仍以額定速度運行，具有耗能大、機械磨損嚴重、使用壽命低、運行不夠安全等缺點，為此我們設計了利用ATmega128開發板和EVK1100與變頻控制相結合的節能及安全監控系統以改善扶梯以往的缺點，我們期望通過本項目的設計與實施，來掌握利用ATMEL UC3A0512和ATmega128芯片完成項目，使ATMEL芯片在中國應用得更加廣泛。

1.2? 自動扶梯使用現狀分析

隨著自動扶梯的擁有量不斷的上升和前段時間各地頻發的自動扶梯運行事故，扶梯節能降耗和安全運行的研究已引起社會各界的關注，研究扶梯的節能降耗方法和加強扶梯的安全性能已經是大勢所趨。

1.3? 節能原理及運行監控分析

節能原理：大多數自動扶梯驅動系統的核心是一個交流(AC)感應電機。盡管交流感應電機是可靠的動力源，許多"終端用戶"卻不知交流電機在載荷較輕時，其效率很低。 由于大多數交流電機固有的設計，交流電機20% ～40%做的是無用功，這部分能量常常以熱量的形式白白被浪費掉，在談節能方式之前，首先對自動扶梯的電機能耗進行分析。

圖1-1? 電機的功率流向圖

從圖1-1中可以看出，電動機在正常運行狀態下的功率損耗主要有3個部分:即定子銅耗定子鐵耗和轉子銅耗。由于轉子中的電流頻率很低， 因此轉子的鐵耗較小，可以忽略不計，另外，機械損耗和附加損耗也是較小的將可其忽略。而定子銅耗和轉子銅耗分別與定子和轉子中的電流的平方成正比，因此，減小電流將顯著降低這兩種損耗。至于定子中的鐵耗，包括磁滯損耗和渦流損耗， 兩者都近似地與電源頻率成正比， 與鐵芯中的磁感應強度的平方成正比由此可見，減小頻率和降低鐵芯磁通密度將會顯著降低定子鐵耗。

根據電機學原理可知：

輸入功率=定子銅耗+鐵耗+轉子銅耗+機械損耗+附加損耗+輸出功率= (定子銅耗+轉子銅耗) + (鐵耗+機械損耗+附加損耗) +輸出功率=可變損耗+損耗+輸出=損耗+輸出功率從以上分析可知，要想使自動扶梯電機節能，就必須從減少電機損耗和減少輸出功率兩方面進行。

1)減少損耗：減少損耗也就是提高電機的工作效率。通常電機的工作效率在75% ～80%額定負載時效率最高。 在輕載時可調整輸入電壓來減少損耗，當可變損耗等于不變損耗時，異步電機的效率達到最大值。

2)減少輸出功率：電機的輸出功率與轉速成正比，采用變頻調速可線性減少自動扶梯的輸出功率，而達到節能的目的。微機變頻調速是通過調節電源的頻率來改變異步電機的轉速，在自動扶梯無人空載時可降低扶梯的轉速(如20%或50%額定轉速) ，進行節能，在扶梯檢測到需要載人時再事前恢復到正常速度， 變頻器在輕載時，可自行調整輸入電壓來降低損耗。

根據異步電機的等效電路可以計算電機的各種運行性能，也可以通過空載試驗和短路試驗做出異步電機的“圓圖”，進而得到電機輸出轉矩M2、效率η、轉差率s、定子電流I1、功率因數cosθ等參數與電機輸出功率P2 的關系曲線，典型異步電機的運行性能，如圖所示。

圖1-2 運行特性曲線