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研究生:李志仁
論文名稱:電動跑步機待機電力節能之研究
論文名稱(外文):Study of Standby Power Saving for Treadmills
指導教授:張錦鋒阮昱霖
學位類別:碩士
校院名稱:國立彰化師範大學
系所名稱:電機工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:64
中文關鍵詞:電動跑步機待機節能微處理器
外文關鍵詞:treadmillpower savingmicroprocessor
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本文以電動跑步機待機節能為研究對象,以現行市售電器的待機節能機制為參考,並以歐盟節能規定,研發電動跑步機的待機節能最佳方法;本設計以微處理器來調控儀表及馬達控制單元運作模式。在待機狀態時,以中斷電控介面連結電動跑步機的儀表與馬達控制單元,並考慮電動跑步機在待機模式下,可由任一儀表按鍵喚醒,同時啟動待機節能機制,亦可確保電動跑步機可隨時被啟動,並保持正常運作狀態。除此之外,濾波器中增加放電元件,以達降低電量耗損,濾波器因而在正常工作模式下,消耗電量可由0.25Wh降至0.05Wh。當外部電源切斷後,濾波器輸入端殘留電壓可在1秒內降至34V 以下,符合歐盟超低壓安全法規的規定。經取得各種狀態下之實測數據,驗證電動跑步機在微處理器控制介面之待機節能模式下,其累積消耗電量可降至0.45Wh。電動跑步機在節能待機模式下,所測得累積消耗電量為0.45Wh,較之待機模式不具節能設計的累積消耗電量達到 24.28Wh,節省23.83Wh,其節能效率可達98%,符合歐盟節能要求。
This thesis deals with the standby power saving for treadmill. In reviewing the standby power saving device from the market products and ensure that the study can meet the saving energy regulation of EU. The microprocessor is applied which will be able to interrupt interface which link console and motor control functions. Under the status of standby power mode, the console should be able to be awaked by pressing any button on the panel without any timing delay. In addition, the discharge unit is applied in the filter device, which is to confirm that the power consumption can be reduced to the value of 0.05Wh from 0.25Wh. The device can be sure that the input voltage of filter falls under 34V within 1 second. The device meets the safety regulation of Safety Extra Low Voltage device of EU. The experiment confirms that the power energy saving can achieve a low value of 0.45Wh, in comparing with the device without energy saving device which cost energy for a value of 24.28Wh. The energy reduced a value of 23.83Wh. It approves that a 98% standby power saving reached, the design meet the demand of EU regulation.
目錄
中文摘要 i
英文摘要 ii
謝誌 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1 研究背景動機與目的 1
1.2 論文架構 2
第二章 文獻探討 4
2.1運動人口與電氣設備待機耗電量 4
2.2節能法規之探討 7
2.3待機功耗 12
第三章 待機節能電路設計 14
3.1電動跑步機架構與耗電探討 14
3.2待機電力節能設計 20
3.3待機電路模擬與分析 34
第四章 實測結果與討論 38
4.1測試方法討論 38
4.2濾波器殘電電壓實測 41
4.3待機電力消耗實測與討論 47
第五章 結論與未來研究方向 60
5.1結論 60
5.2未來研究方向 61
參考文獻 63


圖目錄
圖2-1 2007~2012年全國運動人口比例圖 5
圖2-2 2009~2012年室內運動人口比例 5
圖3-1 電動跑步機整機架構 14
圖3-2 電動跑步機電控系統概述 15
圖3-3 Radiated Emission測試圖 18
圖3-4 濾波器設計(二級) 21
圖3-5 濾波器節能改善設計 22
圖3-6 CAPZero工作示意圖 23
圖3-7 節能電路設計概述圖 25
圖3-8 節能電路硬體電路方塊圖 26
圖3-9 電能轉換電路 28
圖3-10 待機節能電路軟體控制流程圖 29
圖3-11 待機模式控制流程 30
圖3-12 喚醒軟體控制流程圖 32
圖3-13 儀表UCB節能省電設計 33
圖3-14 電能轉換電路輸出電 34
圖3-15 電能轉換電路溫度變動模擬 35
圖3-16 濾波器電壓輸入變動模擬 36
圖3-17 濾波器環境變動模擬 37
圖4-1 濾波器斷電殘電測試架構 39
圖4-2 跑步機待機功率測試架構 40
圖4-3 濾波器斷電殘電測試連接圖 41
圖4-4 濾波器內部結構圖 42
圖4-5 濾波器斷電殘電測試 42
圖4-6 濾波器斷電殘電測試(不具節能設計,198V) 43
圖4-7 濾波器斷電殘電測試(不具節能設計,220V) 43
圖4-8 濾波器斷電殘電測試(不具節能設計,242V) 44
圖4-9 濾波器斷電殘電測試(節能設計,198V) 45
圖4-10 濾波器斷電殘電測試(節能設計,220V) 46
圖4-11 濾波器斷電殘電測試(節能設計,242V) 46
圖4-12 跑步機待機功耗測試連接圖 48
圖4-13 馬達控制器圖 48
圖4-14 電動跑步機待機電力消耗測試 49
圖4-15 待機節能省電設計前/後的累積耗電量比較 49
圖4-16 無節能省電待機模式下的AC電流波形 50
圖4-17 節能省電待機模式下的AC電流波形 51
圖4-18 系統進入節能省電過程之電流波形 51
圖4-19 節能省電過程之UCB待機電流波形 52
圖4-20 節能省電過程之MCB待機電流波形 53
圖4-21 系統喚醒過程電流波形 53
圖4-22 MCB喚醒MCU工作時的電流波形 54
圖4-23 MCB之交流電源切換繼電器做動電流波形 55
圖4-24 UCB喚醒之電流波形 56
圖4-25 待機累積功耗數據比較曲線 57

表目錄
表2-1 歐盟電器設備待機功耗設定條件表 12
表3-1 各頻率區段之準峰值與平均值 20
表4-1 濾波器高/低壓斷電殘電測試(不具節能設計) 44
表4-2 濾波器高/低壓斷電殘電測試(節能設計) 47
表4-3 電動跑步機待機累積功耗比較表 56
表4-4 單台電動跑步機加入節能設計可節省電量/電費 59

參考文獻
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[21]M. Gloucester and P. Orleans, STANDY POWER CIRCUIT ARRANGEMENT, United States Patent #5,636,288, 1997.
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