? ? ?MSP430系列單片機(jī)是一種超低功耗的混合信號(hào)處理器(Mixed Signal Processor)，它具有低電壓、超低功耗、強(qiáng)大的處理能力、系統(tǒng)工作穩(wěn)定、豐富的片內(nèi)外設(shè)、方便開(kāi)發(fā)等優(yōu)點(diǎn)，具有很高的性價(jià)比，在工程控制等領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用范圍。使用MSP430實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)功率因數(shù)等電力參數(shù)的測(cè)量，不但提高了測(cè)量的精度和自動(dòng)化水平，而且降低了系統(tǒng)的功耗。
1 功率因數(shù)與相位
電機(jī)的功率因數(shù)cosΦ值是相電壓與相電流的余弦值。設(shè)三相的電壓分別為UA，UB，UC，電流分別為IA，IB，IC，則它們的表達(dá)式如下：

上式中：UM表示每相電壓幅值；IM表示每相電流幅值；ω表示角頻率；Φ表示相電流滯后相電壓的相位差角。圖1給出了三相輸電線路的相電壓、相電流的矢量圖。

對(duì)于三相對(duì)稱的電源，若電機(jī)的功率因數(shù)為1，即等效總負(fù)載為純阻性，則各相電源的相電流必定與其相電壓同相，相位差Φ=0°，而當(dāng)電機(jī)的功率因數(shù)值不為1時(shí)，電流向量與電壓向量之間將存在一定的夾角Φ，感性負(fù)載時(shí)Φ角滯后0°～90°，容性負(fù)載時(shí)角超前0°～-90°。因此準(zhǔn)確檢測(cè)線電壓與線電流之間的相位差，即可測(cè)量出電機(jī)的功率因數(shù)角。
2 相位差Φ計(jì)算原理
相位差Φ的計(jì)算原理是利用輸入2路信號(hào)過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間差，以及信號(hào)的頻率來(lái)計(jì)算2路信號(hào)的相位差。
2.1 頻率的測(cè)量
首先測(cè)量單路輸入信號(hào)頻率，方法是記錄1路方波信號(hào)2次連續(xù)上升沿觸發(fā)的定時(shí)器計(jì)數(shù)值t1和t2，計(jì)算出2次上升沿計(jì)數(shù)器差值△t=t1-t2，以定時(shí)器工作頻率fclk為參考，求出輸入信號(hào)的頻率為Fin=fclk／△N1。
2.2 信號(hào)相位差的測(cè)量
運(yùn)用TI的MSP430F449的捕獲功能，捕獲2路信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)，記錄定時(shí)器這一時(shí)刻的計(jì)算值，計(jì)算出它們之間的時(shí)間差。TI公司的所有的FLASH型單片機(jī)都含有Timer_A，它是程序的核心。Timer_A由1個(gè)16位定時(shí)器和多路比較／捕獲通道組成。
2路信號(hào)的相位差△=360°×△t／Ti，其中，△t=△N2／flk，△N2為2路信號(hào)的上升沿分別觸發(fā)計(jì)數(shù)器的差值；Ti為輸入信號(hào)的周期。由相位差的計(jì)算可簡(jiǎn)化為：
3系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
測(cè)量系統(tǒng)以MSP430F449單片機(jī)為核心，主要由電壓電流檢測(cè)電路、信號(hào)調(diào)理電路、時(shí)鐘電路、電源電路和顯示電路組成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

3.1 電壓、電流檢測(cè)電路
為實(shí)現(xiàn)強(qiáng)、弱電的隔離，提高抗干擾能力，檢測(cè)逆變器供電條件下的相電流以及兩相的線電壓，分別采用電流互感器和電壓互感器。由于逆變器供電不平衡，造成三相交流電壓、交流電流相位差不一致，影響功率因數(shù)測(cè)量的最終因數(shù)是相位，除頻率變化造成的相位改變外，還有互感器的相差及交流采樣時(shí)電流和電壓不能同步采樣造成的相差，這些因素造成的相差實(shí)際上是一個(gè)常數(shù)。