交交變頻器是通過控制開關(guān)器件的觸發(fā)相位角來實現(xiàn)其功能的。其控制方法有余弦交點法、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)時間常數(shù)的微機(jī)實現(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)實現(xiàn)實時計算，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值比較接近于理想正弦電壓的瞬時值。一種理想的控制方法是把基準(zhǔn)電壓與當(dāng)時出現(xiàn)在輸出端的交流輸入電壓進(jìn)行比較，同時還要把基準(zhǔn)電壓與下一個要出現(xiàn)的交流輸入連續(xù)比較。只要前兩者比較后的瞬時值較后二者比較后的小，仍輸出現(xiàn)存波形，如果下一個出現(xiàn)在輸出端的電壓波形的瞬時值變得比現(xiàn)存電壓波形更接近基準(zhǔn)電壓時，則觸發(fā)下一個電壓波導(dǎo)通，仍以為例說明如下。

　　基準(zhǔn)電壓UR由主控單片機(jī)進(jìn)行計算，在計算區(qū)間內(nèi)，基準(zhǔn)電壓用線段表示，線段兩端點為Ue、Uh，用直線方程表示為UR=理想輸出電壓波Vr與各個余弦的同步波Vt的交點上發(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，對晶閘管等功率電子元件觸發(fā)的精度和實時性有較高的要求。直接根據(jù)上面理想的余弦交截法來確定觸發(fā)時間常數(shù)，利用微機(jī)進(jìn)行交點計算需要解超越方程，精確求解十分困難，往往計算量大，難以實時處理，同時復(fù)雜的實時算法也會影響主控單片機(jī)控制系統(tǒng)其它功能的實現(xiàn)，增加了編程難度，系統(tǒng)性能不佳。考慮到實際應(yīng)用，在用微機(jī)求取觸發(fā)時間常數(shù)過程中，我們采取了兩種實現(xiàn)方式，其一采用了在線近似求解的方法，通過改進(jìn)余弦交截法，方便實時求解觸發(fā)角，適用于閉環(huán)控制系統(tǒng)，同時在閉環(huán)系統(tǒng)中，近似求解的觸發(fā)角又可得到實時補(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)時刻，編制觸發(fā)時間表格，在觸發(fā)程序中同這些觸發(fā)時常比較，從而準(zhǔn)確觸發(fā)晶閘管。

　　該方式常用于開環(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。

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

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

　　仍以點，按余弦交截法實現(xiàn)的輸出電壓平均值確實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）會得到不對稱的輸出結(jié)果，如正負(fù)半周的不對稱，上升段和下降段的不對稱，甚至?xí)狈镜钠鎸ΨQ和偶對稱。

　　因此，在許多場合反而不如方波，且計算工作量較大；另外，使用余弦交截法時觸發(fā)角大部分時間是處于90*左右，這個區(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，在換流狀態(tài)時，過渡過程也不平穩(wěn)。所以通常用余弦交截法獲取觸發(fā)時間常數(shù)之后，還需要進(jìn)行調(diào)整，才能獲取更好的輸出效果。采用實時求解方式，一旦程序固定，觸發(fā)時常的計算也相對固定，因此該方式調(diào)整觸發(fā)時間常數(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)來部分克服。

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

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

　　常用的獲取時間常數(shù)的方法有直接計算法、經(jīng)驗公式法、編程實現(xiàn)法。

　　直接計算法。是指根據(jù)余弦交截法，通過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)的交點的角度，然后轉(zhuǎn)換成時間常數(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，因此交點各異，每一分頻對于一種觸發(fā)時常數(shù)據(jù)表格。這種方法，往往工作量大，不適宜頻率連續(xù)情況下的計算。但對于分頻較少的系統(tǒng)，例如只有有限低速檔的煤礦提升機(jī)系統(tǒng)來說，此法較為簡單，且己經(jīng)成功應(yīng)用在實際系統(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)驗公式法。此法是由第一種方法總結(jié)得出的，經(jīng)過對余弦交截法獲取交點的研究發(fā)現(xiàn)，其時間常數(shù)之間存在一定的規(guī)律，現(xiàn)給出經(jīng)過大量試驗得出的一種經(jīng)驗公式。在試驗系統(tǒng)中以時間常數(shù)0~255，對應(yīng)于基準(zhǔn)波的一個周期0~2n輸出一相觸發(fā)時刻Tk（A相）一5說明：i）上式是用來求取輸出一相電壓的觸發(fā)時刻，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)變正的過零點為起始點，并且該相第一個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)驗公式后，觸發(fā)時間常數(shù)求解變得非常方便，只需要編寫很小的程序，就可以實現(xiàn)但是此法往往又受到很多條件的限制，而經(jīng)驗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，得到交點即觸發(fā)時刻的解析公式，根據(jù)此公式，使用高級語言工具，例如C，DELPHI語言，或者數(shù)學(xué)運算工具M(jìn)ATLAB等，利用軟件編程獲取觸發(fā)時間常數(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)格的順序和時間限制，觸發(fā)輸出采用中斷方式，以滿足系統(tǒng)的實時性要求，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，而5分頻則為42個。如果采用普通方法設(shè)置循環(huán)變量，通過程序的不同分支來完成觸發(fā)輸出，勢必造成程序龐大，可讀性和可維護(hù)性差，當(dāng)數(shù)據(jù)很多時，則程序的實時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實現(xiàn)晶閘管的觸發(fā)輸出，減小了程序設(shè)計難度，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。

　　程序中部分功能說明如下：保護(hù)現(xiàn)場：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：通過指針把本次中斷要觸發(fā)的晶閘管所對應(yīng)的控制字裝入，包括晶閘管的管號和相數(shù)；觸發(fā)時間常數(shù)的裝入：將下一次觸發(fā)角所對應(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，包括時間常數(shù)指針、晶閘管控制字指針和觸發(fā)計數(shù)。

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

　　所以通常觸發(fā)精度比在線計算方式高。但其缺點也很明顯，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)對上位機(jī)的發(fā)送電網(wǎng)實時參數(shù)。保護(hù)參數(shù)設(shè)置程序通過上位機(jī)與下位機(jī)交互完成對EEPROM預(yù)置參數(shù)的設(shè)置。

　　主程序框圖通過實際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，兩種方式各有千秋，在使用過中斷子程序框圖程中，要從系統(tǒng)硬件及系統(tǒng)對控制的實時性和對速度的連續(xù)性要求等方面來確定具體采用何種方法。4小結(jié)（上接第16頁）校正，參數(shù)設(shè)置主要對起動電流設(shè)置、斷相閾值設(shè)置、合相能量累加模式（代數(shù)和/絕對值）設(shè)置等。保護(hù)子程序?qū)崟r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時參本文介紹了可應(yīng)用于三相三線和三相四線復(fù)費率電能表、電網(wǎng)參數(shù)監(jiān)測、智能化儀表等場合的高精度三相電能專用計量芯片。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)。通過長時間運行證實其具有很高的工作可靠性。