电机是重要的机电能量转换装置,是当前用电量最多的设备。交流电动机特别是笼型异步电动机具有结构简单、坚固耐用、制造和维护方便、成本低等优点,应用最为广泛。但是,异步电动机是高阶、非线性、强耦合的多变量系统,其控制较为复杂。采用矢量控制和直接转矩控制等控制方法可以得到优良的变频调速性能,其中矢量控制特别是转子磁场定向控制可以实现转矩和磁链的解耦控制,在高性能变频调速应用领域中应用最多。变频调速时,在基频(50Hz或60Hz)以下,通常采用恒转矩调速,使电机最大输出转矩保持不变。但在基频以上,受母线电压的限制,电机端电压无法继续提高,电机最大输出转矩将随速度的上升而下降,特别是电动汽车等设备在更高速运行时,空气阻力与行驶速度平方成正比,其值随速度提升很快。当速度升到某一值时,空气阻力将占全部阻力的主要部分,但驱动系统在基频以上的输出转矩随转速上升而下降,难以满足高速下仍有大转矩输出的驱动要求。因此,研究扩大恒转矩调速范围的技术方法,对于提升电机功率密度,满足电动车等类型负载对更高速运行下的驱动要求具有重要意义。本文从PWM调制、变换器和电机三个方面综述了现有拓宽异步电动机恒转矩调速范围的方法及特点,针对现有方法的不足,提出了 Y/△变换拓宽异步电动机恒转矩变频调速范围的新方法,并对其进行了深入探讨。论文分析了绕组开放式异步电动机的数学模型,详细阐述了异步电动机在Y或△型不同连接下,逆变器不同开关状态对应的基本电压空间矢量幅值和相位变化及扇区划分。根据Y/△变换前后施加于电机电压的变化,研究了异步电动机变频调速在Y/△变换环节的控制逻辑,将其嵌入于矢量控制系统中以实现拓宽恒转矩调速范围的目标。在Matlab/Simulink平台搭建了该控制系统的仿真模型,对Y/△变换过程进行仿真的结果表明其间的系统转速变化很小,对动态性能几无影响。以TMS320F2812作为控制核心,设计了控制系统的硬件系统,包括电流采样电路,电压采样电路,IPM驱动与保护电路,Y/△变换电路,速度给定电路等硬件环节。研究并编写了 Y/△变换矢量控制变频调速C语言控制软件。通过样机制作与试验,实现了 Y/△转换控制平滑过渡,使恒转矩调速范围较现有变频技术扩大了近√3倍,显著提升了电机功率密度,证明了新方法的有效性和优越性。