交交變頻器是通過(guò)控制開(kāi)關(guān)器件的觸發(fā)相位角來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能的。其控制方法有余弦交點(diǎn)法、移相原理控制法、鎖相法、調(diào)制函數(shù)法等。不同的觸發(fā)控制方法，產(chǎn)生的交交變頻器輸出波形不盡相同。在計(jì)算機(jī)處理技術(shù)高速發(fā)展的今天，“余弦交截法”在特性上和實(shí)現(xiàn)上被認(rèn)為是比較佳的方法，輸出波形正弦畸變量比較小，同時(shí)它還能將輸出波形諧波降至比較小。

　　交交變頻器輸出電壓要求按正弦規(guī)律變化，若使觸發(fā)角a符合上述余弦規(guī)律變化，那么得到的平均電壓也就接近于正弦，令=URnsinW0t，可以看出觸發(fā)角和基準(zhǔn)電壓ur之間滿足余弦關(guān)系。

　　3余弦交截法確定觸發(fā)時(shí)間常數(shù)的微機(jī)實(shí)現(xiàn)U0同觸發(fā)角a之間符合余弦規(guī)律。

　　2余弦交截法基本原理為對(duì)整流器而言，其輸出直流平均電壓U0可以表示3.余弦交截法確定觸發(fā)時(shí)常方法以三相六脈波交交變頻電路為例，如所示，同步余弦波Vt為（Vi+ V2）2其中Vi、V2分別代表三），為便于微機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)算，現(xiàn)將同步電壓Ur近似用三段直線表示，如所示，三段直線a、b、c分別表示wt在（0，兀/3）、（兀/3，2n/3）、（2n/3，兀）區(qū)間的電壓值，電壓Ua、Ub、Uc、Ud分別計(jì)算得：余弦交截法波形原理圖線段a、b、c可分別用下列直線方程表示：變頻器輸出電壓的瞬時(shí)值比較接近于理想正弦電壓的瞬時(shí)值。一種理想的控制方法是把基準(zhǔn)電壓與當(dāng)時(shí)出現(xiàn)在輸出端的交流輸入電壓進(jìn)行比較，同時(shí)還要把基準(zhǔn)電壓與下一個(gè)要出現(xiàn)的交流輸入連續(xù)比較。只要前兩者比較后的瞬時(shí)值較后二者比較后的小，仍輸出現(xiàn)存波形，如果下一個(gè)出現(xiàn)在輸出端的電壓波形的瞬時(shí)值變得比現(xiàn)存電壓波形更接近基準(zhǔn)電壓時(shí)，則觸發(fā)下一個(gè)電壓波導(dǎo)通，仍以為例說(shuō)明如下。

　　基準(zhǔn)電壓UR由主控單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算，在計(jì)算區(qū)間內(nèi)，基準(zhǔn)電壓用線段表示，線段兩端點(diǎn)為Ue、Uh，用直線方程表示為UR=理想輸出電壓波Vr與各個(gè)余弦的同步波Vt的交點(diǎn)上發(fā)觸發(fā)脈沖，使晶閘管換相。從物理意義上看，發(fā)出換相觸發(fā)脈沖的交點(diǎn)也正是各段電源的平均整流電壓和理想輸出電壓相等的時(shí)刻。

　　高性能的交交變頻器通常采用數(shù)字微機(jī)控制系統(tǒng)，為獲取較好的控制效果，對(duì)晶閘管等功率電子元件觸發(fā)的精度和實(shí)時(shí)性有較高的要求。直接根據(jù)上面理想的余弦交截法來(lái)確定觸發(fā)時(shí)間常數(shù)，利用微機(jī)進(jìn)行交點(diǎn)計(jì)算需要解超越方程，精確求解十分困難，往往計(jì)算量大，難以實(shí)時(shí)處理，同時(shí)復(fù)雜的實(shí)時(shí)算法也會(huì)影響主控單片機(jī)控制系統(tǒng)其它功能的實(shí)現(xiàn)，增加了編程難度，系統(tǒng)性能不佳?？紤]到實(shí)際應(yīng)用，在用微機(jī)求取觸發(fā)時(shí)間常數(shù)過(guò)程中，我們采取了兩種實(shí)現(xiàn)方式，其一采用了在線近似求解的方法，通過(guò)改進(jìn)余弦交截法，方便實(shí)時(shí)求解觸發(fā)角，適用于閉環(huán)控制系統(tǒng)，同時(shí)在閉環(huán)系統(tǒng)中，近似求解的觸發(fā)角又可得到實(shí)時(shí)補(bǔ)償，從而滿足系統(tǒng)觸發(fā)精度和速度的要求。另外一種方式采用離線編程確定晶閘管觸發(fā)時(shí)刻，編制觸發(fā)時(shí)間表格，在觸發(fā)程序中同這些觸發(fā)時(shí)常比較，從而準(zhǔn)確觸發(fā)晶閘管。

　　該方式常用于開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，也可以用在閉環(huán)系統(tǒng)中。

　　以下將具體介紹這兩種方式，并給出各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

　　3.2方式1：改進(jìn)余弦交截法近似實(shí)時(shí)求解可分別求出UR與線段abc的交點(diǎn)，如交點(diǎn)在該線段取值范圍之內(nèi)，則為有效交點(diǎn)，其值即為所求的觸發(fā)延遲角?；鶞?zhǔn)電壓Ue、Uf、U0、Uh的確定依賴于同步中斷信號(hào)，具有一定的延時(shí)，可由主微機(jī)提前TT（對(duì)應(yīng)50Hz）時(shí)間發(fā)送即可補(bǔ)償延時(shí)。

　　通過(guò)此近似方法求解，可以看出只含有加法和乘除運(yùn)算它們很容易由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，避免了求解超越方程的麻煩，求解過(guò)程簡(jiǎn)單，可以完全滿足觸發(fā)的實(shí)時(shí)性要求。但是需要增加電壓和電流檢測(cè)環(huán)節(jié)，這種方法獲取的觸發(fā)時(shí)間常數(shù)由于算法固定，調(diào)整的余地不大。

　　仍以點(diǎn)，按余弦交截法實(shí)現(xiàn)的輸出電壓平均值確實(shí)是正弦度比較好的輸出，但是由于同步余弦波和基準(zhǔn)波配合的隨意性，在許多輸出頻率范圍內(nèi)（絕大多數(shù)情況）會(huì)得到不對(duì)稱的輸出結(jié)果，如正負(fù)半周的不對(duì)稱，上升段和下降段的不對(duì)稱，甚至?xí)狈镜钠鎸?duì)稱和偶對(duì)稱。

　　因此，在許多場(chǎng)合反而不如方波，且計(jì)算工作量較大；另外，使用余弦交截法時(shí)觸發(fā)角大部分時(shí)間是處于90*左右，這個(gè)區(qū)段是相控變流器功率因數(shù)比較不利的區(qū)段，因此造成平均功率因數(shù)也偏低；同時(shí)，在換流狀態(tài)時(shí)，過(guò)渡過(guò)程也不平穩(wěn)。所以通常用余弦交截法獲取觸發(fā)時(shí)間常數(shù)之后，還需要進(jìn)行調(diào)整，才能獲取更好的輸出效果。采用實(shí)時(shí)求解方式，一旦程序固定，觸發(fā)時(shí)常的計(jì)算也相對(duì)固定，因此該方式調(diào)整觸發(fā)時(shí)間常數(shù)余地較小，但由于其往往應(yīng)用于閉環(huán)系統(tǒng)中，其缺陷可由閉環(huán)來(lái)部分克服。

　　3.3方式2：離線計(jì)算獲取時(shí)間常數(shù)觸發(fā)方法這種觸發(fā)方式的實(shí)現(xiàn)的基本思想是先根據(jù)余弦交截法的原理，離線地計(jì)算出對(duì)應(yīng)的觸發(fā)時(shí)間常數(shù)，存入單片機(jī)的存儲(chǔ)器中，主控程序不斷地將當(dāng)前角度或者時(shí)間與預(yù)存的需要觸發(fā)角度或者實(shí)際常數(shù)進(jìn)行比較，當(dāng)兩者相等時(shí)，則觸發(fā)相應(yīng)的功率元件。

　　方式2的關(guān)鍵在于觸發(fā)時(shí)間常數(shù)表格的生成，以及主控觸發(fā)程序的實(shí)時(shí)性實(shí)現(xiàn)。

　　常用的獲取時(shí)間常數(shù)的方法有直接計(jì)算法、經(jīng)驗(yàn)公式法、編程實(shí)現(xiàn)法。

　　直接計(jì)算法。是指根據(jù)余弦交截法，通過(guò)直接手工繪制或者繪圖軟件給出基準(zhǔn)波和同步電壓波形圖，如所示，從其上直接量度出相應(yīng)的交點(diǎn)的角度，然后轉(zhuǎn)換成時(shí)間常數(shù)，形成數(shù)據(jù)表格。由于在各種分頻情況下，基準(zhǔn)波都是不同的，因此交點(diǎn)各異，每一分頻對(duì)于一種觸發(fā)時(shí)常數(shù)據(jù)表格。這種方法，往往工作量大，不適宜頻率連續(xù)情況下的計(jì)算。但對(duì)于分頻較少的系統(tǒng)，例如只有有限低速檔的煤礦提升機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，此法較為簡(jiǎn)單，且己經(jīng)成功應(yīng)用在實(shí)際系統(tǒng)中，己經(jīng)形成產(chǎn)品，例如BSJ2煤礦防爆絞車電控系統(tǒng)等。

　　經(jīng)驗(yàn)公式法。此法是由第一種方法總結(jié)得出的，經(jīng)過(guò)對(duì)余弦交截法獲取交點(diǎn)的研究發(fā)現(xiàn)，其時(shí)間常數(shù)之間存在一定的規(guī)律，現(xiàn)給出經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)得出的一種經(jīng)驗(yàn)公式。在試驗(yàn)系統(tǒng)中以時(shí)間常數(shù)0~255，對(duì)應(yīng)于基準(zhǔn)波的一個(gè)周期0~2n輸出一相觸發(fā)時(shí)刻Tk（A相）一5說(shuō)明：i）上式是用來(lái)求取輸出一相電壓的觸發(fā)時(shí)刻，其它兩相可以根據(jù)相位求得；上式是以輸入某一相由負(fù)變正的過(guò)零點(diǎn)為起始點(diǎn)，并且該相第一個(gè)正半波頭為輸出相的正大波頭；上式只適用于奇次分頻分壓的情況，且15，即15分頻以下的整數(shù)分頻情況；k取值范圍在0~255之間，若超出該范圍，減去255或255整數(shù)倍。

　　我們發(fā)現(xiàn)，采用經(jīng)驗(yàn)公式后，觸發(fā)時(shí)間常數(shù)求解變得非常方便，只需要編寫(xiě)很小的程序，就可以實(shí)現(xiàn)但是此法往往又受到很多條件的限制，而經(jīng)驗(yàn)公式的獲取也需要很大的工作量。

　　解析法求解。可以根據(jù)具體的控制要求，按照余弦交截法，得到交點(diǎn)即觸發(fā)時(shí)刻的解析公式，根據(jù)此公式，使用高級(jí)語(yǔ)言工具，例如C，DELPHI語(yǔ)言，或者數(shù)學(xué)運(yùn)算工具M(jìn)ATLAB等，利用軟件編程獲取觸發(fā)時(shí)間常數(shù)。這種方法的通用性很強(qiáng)，但需要一定的軟件編程基礎(chǔ)。

　　獲取觸發(fā)時(shí)常表格后，考慮觸發(fā)控制程序，由于在交交變頻器中晶閘管的觸發(fā)有著嚴(yán)格的順序和時(shí)間限制，觸發(fā)輸出采用中斷方式，以滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，由于不同分頻段的數(shù)據(jù)各異，數(shù)據(jù)的多少也不一樣，如三分頻為24個(gè)，而5分頻則為42個(gè)。如果采用普通方法設(shè)置循環(huán)變量，通過(guò)程序的不同分支來(lái)完成觸發(fā)輸出，勢(shì)必造成程序龐大，可讀性和可維護(hù)性差，當(dāng)數(shù)據(jù)很多時(shí)，則程序的實(shí)時(shí)性也不能很好的保證。

　　為此，本系統(tǒng)采用了指針查表方式來(lái)實(shí)現(xiàn)晶閘管的觸發(fā)輸出，減小了程序設(shè)計(jì)難度，極大地提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性和可移植性。其程序方框流程圖如所示。

　　程序中部分功能說(shuō)明如下：保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)：把中斷中可能用到的寄存器和PSW的內(nèi)容壓入堆找，并把PSW全部清零；在此過(guò)程中，中斷被關(guān)閉，防止誤觸發(fā)；晶閘管控制字的裝入：通過(guò)指針把本次中斷要觸發(fā)的晶閘管所對(duì)應(yīng)的控制字裝入，包括晶閘管的管號(hào)和相數(shù)；觸發(fā)時(shí)間常數(shù)的裝入：將下一次觸發(fā)角所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)裝入鎖相環(huán)比較電路，用以引起下一次觸發(fā)中斷；1心=+視+（-1+（上-|）其其中中：為1峋版4）觸發(fā)計(jì)數(shù)W數(shù)總數(shù)蔌碟于判斷在5）指針的重新載入：完成各種觸發(fā)數(shù)據(jù)的重新初始化，包括時(shí)間常數(shù)指針、晶閘管控制字指針和觸發(fā)計(jì)數(shù)。

　　采用先離線計(jì)算常數(shù)，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行觸發(fā)控制的方法，確定觸發(fā)時(shí)間常數(shù)的過(guò)程和發(fā)觸發(fā)脈沖的過(guò)程是相互獨(dú)立的，而在線實(shí)時(shí)計(jì)算法，則是統(tǒng)一的過(guò)程。采用分離的方式，可以使主控微機(jī)從繁重的計(jì)算中解脫，從而更好的完成控制功能。由于功能分離，編寫(xiě)程序也往往比較方便。由前可知，余弦交截法存在缺陷，計(jì)算出的觸發(fā)時(shí)常往往還需要進(jìn)一步的調(diào)整，采用離線方法，數(shù)據(jù)存在觸發(fā)時(shí)間表格中，比較容易調(diào)整。

　　所以通常觸發(fā)精度比在線計(jì)算方式高。但其缺點(diǎn)也很明顯，往往在每一分頻下都要編制不同的觸發(fā)表格。

　　4小結(jié)上位機(jī)與下位機(jī)通信是通過(guò)中斷子程序完成。中斷子程序由數(shù)據(jù)交換程序、保護(hù)參數(shù)設(shè)置程序等構(gòu)成。

　　通信是利用中斷程序來(lái)完成，這樣可使通信反應(yīng)更迅速。數(shù)據(jù)交換程序主要完成下位機(jī)對(duì)上位機(jī)的發(fā)送電網(wǎng)實(shí)時(shí)參數(shù)。保護(hù)參數(shù)設(shè)置程序通過(guò)上位機(jī)與下位機(jī)交互完成對(duì)EEPROM預(yù)置參數(shù)的設(shè)置。

　　主程序框圖通過(guò)實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，兩種方式各有千秋，在使用過(guò)中斷子程序框圖程中，要從系統(tǒng)硬件及系統(tǒng)對(duì)控制的實(shí)時(shí)性和對(duì)速度的連續(xù)性要求等方面來(lái)確定具體采用何種方法。4小結(jié)（上接第16頁(yè)）校正，參數(shù)設(shè)置主要對(duì)起動(dòng)電流設(shè)置、斷相閾值設(shè)置、合相能量累加模式（代數(shù)和/絕對(duì)值）設(shè)置等。保護(hù)子程序?qū)?shí)時(shí)電網(wǎng)參數(shù)與預(yù)置EEPROM的參數(shù)進(jìn)行比較，確定是否保護(hù)輸出。顯示子程序主要顯示實(shí)時(shí)參本文介紹了可應(yīng)用于三相三線和三相四線復(fù)費(fèi)率電能表、電網(wǎng)參數(shù)監(jiān)測(cè)、智能化儀表等場(chǎng)合的高精度三相電能專用計(jì)量芯片。該芯片不僅功能較全，而且所需外圍元件較少，抗干擾能力強(qiáng)。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行證實(shí)其具有很高的工作可靠性。