CN110086392B - 采用y型绕组带抽头连接扩大恒转矩变频调速范围的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种采用Y型绕组带抽头连接扩大恒转矩变频调速范围的方法。将Y型三相绕组的每相分割为串联匝数与结构相同，但截面积不同的两部分绕组，二者相串联，在其间引出抽头。当电机电压随频率升到额定值时，通过转换开关将PWM电源转接到抽头，使面积较大的那部分绕组接入电源，另一部分绕组从电源断开。由此，使绕组串联匝数减少一半，同时增大了绕组导电截面积。根据电源转接后绕组串联匝数的变化，下调PWM的调制度M，使每相绕组的电压值下降一半，相当于电机电压在新的绕组连接方式下获得一倍提升空间，于是恒转矩调速范围延拓一倍。本发明能够实现在不提升电源电压，不增加逆变电路半导体开关器件数量的条件下扩大电机恒转矩调速范围的目的。

Description

采用Y型绕组带抽头连接扩大恒转矩变频调速范围的方法
技术领域
本发明涉及电力电子学、DSP技术、电机与电器领域，具体为一种采用Y型绕组带抽头连接扩大恒转矩变频调速范围的方法。
背景技术
现有交流电动机变频调速系统在基频(50HZ)以下的恒转矩调速范围受到电机额定电压的强力制约，当电压随转速(或频率)升到额定电压UN时，恒转矩调速即达到极限，尽管之后仍可以继续提升输出频率以提升转速，但转矩将随着转速升高而下降，属于恒功率性质的调速，不能满足高速(基频以上)情况下仍保持恒转矩输出的驱动要求。例如，电动汽车、高速列车所受到的空气阻力随运行速度的平方递增，当运行速度升到某一数值时，空气阻力将占全部运行阻力的主要部分。因此，扩大交流电机的恒转矩调速范围，使高速条件下仍具有大的输出转矩，对于实现重载下的高速运行具有重要意义。
目前为扩大交流电机恒转矩调速范围主要采取提升电机额定电压的办法，由此涉及到电源电压、功率半导体器件耐压等级也应作相应的提升。然而，提升功率半导体器件耐压面临多种因素制约，除制造技术外，使用中过高的du/dt将对功率半导体器件可靠性及电机绝缘带来不利影响。目前国内外采用三电平逆变技术解决这一矛盾[1-16]，可使每个功率半导体器件的耐压值减半，有效降低器件的du/dt，并带来改善输出电压波形质量的好处。但又伴生出中性点电位(neutral pointpotential)波动的问题[4-10]。随着逆变输出电压与电流增大，或在较低功率因数下运行，中性点电位波动加剧，甚至引起低频震荡，致使逆变性能恶化。此外，功率半导体器件使用数量随之增加一倍，且电平数越多，所需的器件数就越多，伴随而来的控制愈加复杂，可靠性成为问题[11-15]。
采用单元串联式多电平逆变技术也是另一行之有效的方法[16][17]。该方法具有谐波污染小、输入功率因数高、输出波形好、du/dt低的优点，但同样存在串联单元数多，控制复杂的缺点，并且每个串联单元须由一个独立的、相位错开一定角度的变压器二次绕组供电，所需二次侧绕组数量与串联单元数相同，且绕组联结复杂，使该附加变压器又额外占用很大成本与空间。
直接减少电机绕组匝数也可视为扩大恒转矩调速范围的一个途径，但是该方法势必让低速运行时的PWM处于极度深调状态，即要求更多地降低调制度M值，带来总谐波失真THD增大[18-21]、死区效应更加突出的负面效应，严重削弱低速性能。
文献[22]-[26]采用了变极与变频相结合的办法扩大电机恒功率的调速范围，但恒转矩调速范围依旧不变。该方法仅适用于转矩随转速反比下降的负载类型。在控制上须采用两套逆变电源分别对电机两套三相绕组即六相绕组供电，使功率半导体器件数增加一倍，此外，为使两套绕组的电流处于良好的平衡状态所采取的控制也较为复杂。
文献[27]采用了Y/△绕组变换方法扩大交流电动机恒转矩变频调速范围，该方法具有成本低，控制较简单等诸多优点，但是其恒转矩变频调速扩大范围只限于
Figure BDA0002041428040000021
倍，并且在进行Y/△变换前后须考虑绕组相电压π/6的相位移，否则会引起较大的瞬态电流，威胁功率半导体器件的安全。
文献[28-32]采用了绕组带抽头技术使绕组串联匝数下降，达到拓展绕组电压上升空间、扩大电机调速范围的目的。该方法具有控制简单、使用开关数少、成本低的优点，但是该方法只改变串联匝数未改变绕组导电截面大小。因此，当负载不变时，通过抽头连接变换降低绕组串联匝数的同时必然使电流增大，超出了原有导体截面的承载能力。因此，该方法只能改善恒功率调速，不能扩大恒转矩调速范围。此外，该方法在高速运行时由于一半绕组空置不用，而使绕组利用率下降，只有50％。
综上所述，现有提升电机额定电压的办法的主要缺点是加重了对半导体功率器件的压力，必须通过增加器件数量的途径求得化解，但由此加重了系统成本与控制的复杂性，对运行可靠性极为不利。因此，扩大恒转矩调速范围的课题仍面临许多工作要做。
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发明内容
本发明的目的在于提供一种采用Y型绕组带抽头连接扩大恒转矩变频调速范围的方法，能够实现在不提升电源电压，不增加逆变电路半导体开关器件数量的条件下扩大电机恒转矩调速范围的目的。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种采用Y型绕组带抽头连接扩大恒转矩变频调速范围的方法，将三相交流电动机的每相绕组分为由匝数、结构完全相同，但线径不同的两部分绕组串联构成，并在两部分绕组间引出抽头，其中，A部分绕组线径大于B部分绕组，具体的，两部分绕组截面积SA与SB的关系为：SA＝3SB；Y型绕组抽头连接变换时机为：当三相交流电动机电压随频率升到额定值时，即对三相交流电动机定子绕组施以抽头连接变换，即PWM电源改由抽头接入绕组，使得每相绕组串联匝数减少至原匝数的一半，并同时降低绕组供电电压一半，使绕组重新获得相当于一倍电压的提升空间，因此三相交流电动机调速系统的恒转矩调速范围得以延拓一倍。
在本发明一实施例中，对三相交流电动机定子绕组施以Y型绕组抽头连接变换，即PWM电源改由抽头接入绕组，使得每相绕组串联匝数减少至原匝数的一半，并同时降低绕组电压一半，须相应降低PWM的调制度M值一半，使相电压在Y型绕组抽头连接变换后由UN降为UN/2，以保持气隙磁通Φm为恒值；且由于运行绕组A的电阻值为变换前绕组电阻值的1/4，使绕组铜损耗值在电流倍增后仍与变换前一样。
在本发明一实施例中，两部分绕组截面积SA与SB的关系确定方式如下：
假设绕组A与B串联后的每相电阻为
Figure BDA0002041428040000051
当电源从三相交流电动机的每相绕组的B部分绕组的首端接入时，电机额定相电流为
Figure BDA0002041428040000052
当电源改为从三相交流电动机的每相绕组抽头接入时，绕组A为运行绕组，绕组B不得电；此时绕组串联匝数减少一半，为保持电机磁通不变，施加于绕组的电压必须减半；假设电机负载不变，则绕组电流必然增加一倍，即为
Figure BDA0002041428040000061
设绕组A的电阻为RA，则三相交流电动机定子铜耗为
Figure BDA0002041428040000062
该铜耗应不高于之前由B部分绕组的首端接入电源时所产生的铜耗
Figure BDA0002041428040000063
否则电机将不能在额定功率下长期运行；于是有如下关系：
Figure BDA0002041428040000064
由上式得
Figure BDA0002041428040000065
于是
Figure BDA0002041428040000066
即SA＝3SB。
在本发明一实施例中，该方法具体实现过程如下：
提供一交流电动机恒转矩变频调速系统，包括DSP控制单元、三相交流电动机、速度传感器、Y型绕组带抽头连接的变换控制电路、变频电源电路，所述DSP控制单元用于控制Y型绕组带抽头连接的变换控制电路使得三相交流电动机三相绕组进行Y型绕组抽头的连接变换操作；变频电源电路通过Y型绕组带抽头的连接变换控制电路为三相交流电动机供电，速度传感器用于检测三相交流电动机转速；
设UYφ为三相交流电动机绕组的相电压；当三相交流电动机供电频率f1升至额定值f1N时，此时对应三相交流电动机同步转速为n1N，PWM调制度M为1，三相交流电动机相电压Uφ达额定值UN，通过Y型绕组带抽头连接的变换控制电路对三相交流电动机绕组施以Y型绕组抽头连接的变换操作，即PWM电源改由抽头接入绕组，此时三相交流电动机每相绕组串联匝数减少一半，为使变换前后三相交流电动机气隙磁通Φm不变，应使绕组相电压也下降一半，即UYφ＝UN/2；为此，须相应降低PWM的调制度M值一半，即M＝1/2，使相电压在Y型绕组抽头连接变换后由UN降为UN/2，以保持气隙磁通Φm为恒值，即Φm＝ΦmN；之后随着f1由f1N提升至2f1N，调制度M值再由M＝1/2上升至M＝1，对应三相交流电动机相电压UYφ由UN/2上升至额定值UN，其效果相当于施加于三相交流电动机的电压额定值提升至原值的2倍，恒转矩调速范围也因此扩大为原值的2倍；当转速由高向低反向变化时的控制亦然。
在本发明一实施例中，为避免三相交流电动机转速在n1N附近波动引起频繁的Y型绕组抽头连接的变换操作，设置两个Y型绕组抽头连接变换的切换转速n1N与n′1N，n1N为转速增大变化时，对三相交流电动机绕组施行Y型绕组抽头连接变换操作的临界转速；n′1N为转速减小变化时，施行断开抽头连接的反变换操作的临界转速；且Δn1＝n1N-n′1N。
在本发明一实施例中，当三相交流电动机绕组进行Y型绕组抽头连接变换操作时，需通过DSP控制单元控制变频电源电路封锁变频输出，待变换完成后，再开启变频输出，反之，当三相交流电动机绕组进行断开抽头连接的反变换操作时亦然。
在本发明一实施例中，所述Y型绕组带抽头连接的变换控制电路包括第一至第三单刀双掷开关；第一单刀双掷开关的固定端、第二单刀双掷开关的固定端、第三单刀双掷开关的固定端分别与变频电源电路输出端连接；第一单刀双掷开关的第一切换端与U相绕组的第一部分绕组的首端连接，第一单刀双掷开关的第二切换端与U相绕组的抽头连接；第二单刀双掷开关的第一切换端与V相绕组的第一部分绕组的首端连接，第二单刀双掷开关的第二切换端与V相绕组的抽头连接；第三单刀双掷开关的第一切换端与W相绕组的第一部分绕组的首端连接，第三单刀双掷开关的第二切换端与W相绕组的抽头连接；U相绕组的第二部分绕组的尾端、V相绕组的第二部分绕组的尾端、W相绕组的第二部分绕组的尾端相互连接。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、结合Y型绕组带抽头连接变换的矢量控制变频调速方法，可显著扩大恒转矩变频调速范围。由于电机经抽头连接变换后的绕组串联匝数减少一半，且导体截面扩大一倍，可使电机电压在新的绕组连接方式下获得一倍的提升空间，相应使恒转矩变频调速范围扩大至原范围的2倍，显著提升了电机能量密度。虽然增加了“Y型绕组带抽头连接的变换控制电路”环节而使系统略为复杂，但换来了电机输出功率倍增，利益是显著的。
2、既不增加逆变电路的功率半导体器件数量，也不提升电源电压，仅增加绕组变换控制开关。因此，总成本较三电平法及单元串联式多电平法低得多，且控制也较为简单，可靠性得以提升；
3、如果采用半导体开关控制绕组变换，所需过程仅为微秒数量级，可视为无缝隙变换过程，对调速系统动态性能几无影响，很好地满足高动态性能的控制要求。如果采用低压电器开关控制绕组变换，虽然触头动作完成时间需十几毫秒，仍远低于系统时间常数，对动态性能影响也很小。
4、采用Y型绕组带抽头连接变换技术最突出优点是所用开关数最少，且绕组变换前后的电压相位保持不变，因此，控制最为简单。但缺点也很明显，即高速运行时有一部绕组空置不用，使绕组利用率下降。但本案通过改变相串联的两部分绕组的导体截面大小，使绕组利用率上升到75％，较原50％的利用率有显著提升。
附图说明
图1为本发明带抽头的Y型绕组示意图。
图2为本发明结合Y绕组带抽头变换的变频调速控制特性。
图3为本发明结合Y型绕组带抽头连接变换的交流电动机调速系统框图。
图4为本发明Y型绕组带抽头连接的变换控制电路。
图5为本发明绕组抽头连接变换控制逻辑框图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
本发明提出一种绕组带抽头的连接变换与导体截面的改变相结合的技术，实现扩大恒转矩调速范围的目标。其基本思想是将Y型三相绕组的每相分割为结构与匝数相同，但截面积不同的两部分，二者相串联，在其间引出抽头。当电机电压随频率升到额定值时，通过转换开关将PWM电源转接到抽头，使面积较大的那部分绕组接入电源，另一部分绕组从电源断开。由此，使绕组串联匝数减少一半，同时增大了绕组导电截面积。根据电源转接后绕组串联匝数的变化，下调PWM的调制度M，使每相绕组电压值下降一半，相当于电机电压在新的绕组连接方式下获得一倍提升空间，于是恒转矩调速范围延拓一倍。以此实现在不提升电源电压，不增加逆变电路半导体开关器件数量的条件下扩大电机恒转矩调速范围的目标。
具体的，本发明提供了一种采用Y型绕组带抽头的连接扩大恒转矩变频调速范围的方法，将三相交流电动机的每相绕组分为由匝数、结构完全相同，但线径不同的两部分绕组串联构成，并在两部分绕组间引出抽头，其中，A部分绕组线径大于B部分绕组，具体的，两部分绕组截面积SA与SB的关系为：SA＝3SB；Y型绕组抽头的连接变换时机为：当三相交流电动机电压随频率升到额定值时，即对三相交流电动机定子绕组施以Y型绕组抽头的连接变换，即PWM电源改由抽头接入绕组，使得每相绕组串联匝数减少至原匝数的一半，并同时降低绕组电压一半，相当于使绕组重新获得一倍电压的提升空间，因此三相交流电动机调速系统的恒转矩调速范围得以延拓一倍。
以下为本发明的具体实现过程。
调速系统采用额定容量下定子三相绕组为Y连接的交流电动机。每相绕组由匝数、结构完全相同，但线径不同的两部分绕组串联构成，在两部分绕组间引出抽头，如图1所示。
图1所示相串联的两部分绕组分别为椭圆形虚线A与B所包围的部分。在两部分绕组间引出抽头为a、b、c。绕组A用粗实线描绘，表示其导线截面或线径大于绕组B。以下根据功率不变原则确定两部分绕组截面积SA与SB的关系如下：
假设绕组A与B串联后的每相电阻为
Figure BDA0002041428040000091
当电源从三相交流电动机的每相绕组的B部分绕组的首端接入时，电机额定相电流为
Figure BDA0002041428040000092
当电源改为从三相交流电动机的每相绕组的抽头接入时，绕组A为运行绕组，绕组B不得电；此时绕组串联匝数减少一半，为保持电机磁通不变，施加于绕组的电压必须减半；假设电机负载不变，则绕组电流必然增加一倍，即为
Figure BDA0002041428040000093
设绕组A的电阻为RA，则三相交流电动机定子铜耗为
Figure BDA0002041428040000094
该铜耗应不高于之前由B部分绕组的首端接入电源时所产生的铜耗
Figure BDA0002041428040000095
否则三相交流电动机将不能在额定功率下长期运行；于是有如下关系：
Figure BDA0002041428040000096
由上式得
Figure BDA0002041428040000097
于是
Figure BDA0002041428040000098
即SA＝3SB。
按以上方法确定Y型绕组参数。通过对绕组抽头的连接变换扩大电机恒转矩调速范围的原理如图2所示。
图2横坐标物理量为电机供电频率f1，设
Figure BDA0002041428040000099
为电机定子绕组相电压。当频率0≤f1≤f1N时，PWM电源由图1的U1、V1、W1三点接入电机。当频率升至额定值f1N(对应同步转速为n1N，PWM调制度M为1，电机相电压
Figure BDA00020414280400000910
达额定值UN)时，对电机定子绕组抽头施以连接变换操作，即通过转换开关使PWM电源改由抽头a、b、c三点接入，此时电机每相串联匝数减少一半。为使变换前后电机气隙磁通Φm(即转矩)不变，应通过下调调制度M＝0.5，使相电压值降低一半，即
Figure BDA00020414280400000911
使得气隙磁通Φm为恒值，即Φm＝ΦmN。如果电机负载不变，则电机输出功率亦不变，于是绕组电流随之增倍。又由于运行绕组A的电阻值降为变换前绕组电阻值的1/4，使绕组铜损耗值仍与变换前一样，因此可以承受变换后的倍增电流。之后随着f1由f1N提升至2f1N，调制度M值由M＝0.5上升至M＝1，对应电机相电压由
Figure BDA00020414280400000912
上升至额定值UN，其效果相当于施加于电机的电压额定值提升至2倍，恒转矩调速范围也因此扩大了相同倍数。
根据上述原理，将Y型绕组带抽头的连接变换与变频相结合可使恒转矩调速范围扩大为原值的2倍。具体实施如下：
采用Y型绕组带抽头的连接变换与变频相结合的交流电动机调速系统框图如图3所示。图中的交流电动机为异步电机或永磁电机。变频电源通过“Y型绕组带抽头的变换控制电路”供电给电机。“Y型绕组带抽头的变换控制电路”可由半导体开关器件或低压电器开关组成，具体电路结构如图4所示。该电路通过I/O接口，受控于DSP。当DSP测得电机转速处于0＜n1＜n1N时，控制图4的转换开关K1、K2、K3的常闭触点导通，常开触点断开，则PWM电源从U1、V1、W1三个端点接入电机；当转速n1升至n1N时，DSP先封锁变频输出，再对“Y型绕组带抽头的变换控制电路”发出指令，对电机绕组施以变换操作，使开关K1、K2、K3常闭触点断开，常开触点导通，于是PWM电源改从绕组抽头的a、b、c三端接入电机，使阻值小的那部分绕组接入电源。待变换完成后，DSP重开启变频输出，并根据变换前后磁通不变原则，通过下调PWM调制度M使PWM输出电压下降一半，以保持电机气隙磁通Φm＝ΦmN(即转矩)为恒值。当转速由高向低反向变化时的控制亦然。图4中的K1、K2、K3也可采用半导体开关。
如前述，由于绕组变换前后电机相电压发生改变，这就要求决定PWM电压输出大小的主要参数——调制度M值随变换自动调整，以保持气隙磁通Φm为恒值。为此，在DSP控制程序中增设一个代表绕组不同接法的变量M-，当电机定子绕组由图4的U1、V1、W1三点接电源时，M-＝1；当绕组由a、b、c三点接电源时，
Figure BDA0002041428040000101
对M-的两种赋值由DSP主程序实现，而又为PWM中断子程序实时引用。中断子程序在计算PWM脉冲前事先将M-与另一变量M*(视在调制度)相乘，作为实际影响PWM输出电压大小的调制度M，即M＝M*×M-，以此实现程序自动根据绕组变换前后的串联匝数变化调整M值，并据此实时计算PWM输出电压。变量M*代表电机相电压的变化范围，其取值范围取决于采用何种PWM算法，如果采用SPWM(sinusoidal pulsewidth modulation，SPWM)算法，则M*∈[0,2](调制度以
Figure BDA0002041428040000102
为基值，Udc为直流母线电压，下同)；如果采用SVPWM(space vector pulse width modulation，SVPWM)算法，则
Figure BDA0002041428040000103
为避免转速在n1N附近波动时引起绕组变换的频繁操作，应设置绕组变换的两个切换转速n1N与n′1N，n1N为转速增大变化时，对电机定子Y型绕组施以抽头的连接变换操作的临界转速；n′1N为转速减小变化时，施行断开抽头连接的反变换操作的临界转速。二者间有一个回差，即Δn1＝n1N-n′1N。
绕组变换控制及相关的M-赋值由DSP主程序承担，其控制逻辑如图5所示。主程序由两个循环分支构成，分别依据转速变化情况施行绕组抽头连接的正或反变换，并赋予M-变量不同值。在主程序中设置了一个分支转向逻辑控制变量，以控制主程序转向不同分支运行。当测得电机同步转速处于0<n1<n1N时，使该逻辑控制变量的逻辑值为0，主程序转入判别转速增大变化的分支中。一旦测得转速n1≥n1N时，即对电机定子绕组施以抽头连接变换控制，以及
Figure BDA0002041428040000111
的赋值(该值自动为PWM中断子程序引用，下同)。待完成变换后，使该逻辑控制变量的逻辑值置1，主程序转为判别转速减小变化的分支中。一旦测得n1＜n′1N时，即对电机施以绕组的反向变换控制，以及M-＝1的赋值。待完成变换后，复使该逻辑控制变量值为0，主程序再转入判别转速增大变化的分支中…；如此循环不已，实现Y型绕组带抽头的连接变换与变频的有机结合。
将上述逻辑结构嵌入现有矢量控制PWM程序中，即可实现Y型绕组带抽头的连接变换与变频相结合的矢量控制交流电机调速功能，其恒转矩调速范围可扩大至2倍。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种采用Y型绕组带抽头连接扩大恒转矩变频调速范围的方法，其特征在于，将三相交流电动机的每相绕组分为由匝数、结构完全相同，但线径不同的两部分绕组串联构成，并在两部分绕组间引出抽头，其中，A部分绕组线径大于B部分绕组，具体的，两部分绕组截面积SA与SB的关系为：SA＝3SB，SA为A部分绕组截面积，SB为B部分绕组截面积；Y型绕组抽头连接变换时机为：当三相交流电动机电压随频率升到额定值时，即对三相交流电动机定子绕组施以Y型绕组抽头连接变换，即PWM电源改由抽头接入绕组，使得A部分绕组接入电源，B部分绕组从电源断开，即A部分绕组为运行绕组，B部分绕组不得电，从而使得每相绕组串联匝数减少至原匝数的一半，并同时降低绕组供电电压一半，相当于使绕组重新获得一倍电压的提升空间，假设电机负载不变，则绕组电流必然增加一倍，即为
Figure FDA0002673311070000011
设绕组A的电阻为RA，绕组B的电阻为RB，则三相交流电动机定子铜耗为
Figure FDA0002673311070000012
该铜耗应不高于之前由B部分绕组的首端接入电源时所产生的铜耗
Figure FDA0002673311070000013
否则将不能在额定功率下长期运行；于是有如下关系：
Figure FDA0002673311070000014
由上式得
Figure FDA0002673311070000015
于是
Figure FDA0002673311070000016
即SA＝3SB；
Figure FDA0002673311070000017
为绕组A与B串联后的每相电阻，
Figure FDA0002673311070000018
为当电源从三相交流电动机的每相绕组的B部分绕组的首端接入时电机额定相电流；
因此三相交流电动机调速系统的恒转矩调速范围得以延拓一倍。
2.根据权利要求1所述的采用Y型绕组带抽头连接扩大恒转矩变频调速范围的方法，其特征在于，对三相交流电动机定子绕组施以Y型绕组抽头连接变换，即PWM电源改由抽头接入绕组，使得每相绕组串联匝数减少至原匝数的一半，并同时降低供电电压一半；为此，须相应降低PWM的调制度M值一半，使绕组由抽头处所施加的相电压由变换前的UN降为UN/2，以保持气隙磁通Φm为恒值；由于运行绕组A的电阻值为变换前绕组电阻值的1/4，使绕组铜损耗值在电流倍增后仍与变换前一样，保持不变。
3.根据权利要求2所述的采用Y型绕组带抽头连接扩大恒转矩变频调速范围的方法，其特征在于，该方法具体实现过程如下：
提供一交流电动机恒转矩变频调速系统，包括DSP控制单元、三相交流电动机、速度传感器、Y型绕组带抽头连接的变换控制电路、变频电源电路，所述DSP控制单元用于控制Y型绕组带抽头连接的变换控制电路使三相绕组进行抽头连接变换操作；变频电源电路通过Y型绕组带抽头连接的变换控制电路为三相交流电动机供电，速度传感器用于检测三相交流电动机转速；
设UYφ为三相交流电动机绕组的相电压；当三相交流电动机供电频率f1升至额定值f1N时，此时对应三相交流电动机同步转速为n1N，PWM调制度M为1，三相交流电动机相电压Uφ达额定值UN，通过Y型绕组带抽头连接的变换控制电路对三相交流电动机绕组施以Y型绕组抽头连接的变换操作，即PWM电源改由抽头接入绕组，此时三相交流电动机每相绕组串联匝数减少一半，为使变换前后三相交流电动机气隙磁通Φm不变，应使绕组相电压也下降一半，即UYφ＝UN/2；为此，须相应降低PWM的调制度M值一半，即M＝1/2，使相电压在Y型绕组抽头连接变换后由UN降为UN/2，以保持气隙磁通Φm为恒值，即Φm＝ΦmN，ΦmN表示气隙磁通Φm的恒值；之后随着f1由f1N提升至2f1N，调制度M值再由M＝1/2上升至M＝1，对应三相交流电动机相电压UYφ由UN/2上升至额定值UN，其效果相当于施加于三相交流电动机的电压额定值提升至原值的2倍，恒转矩调速范围也因此扩大为原值的2倍；当转速由高向低反向变化时的控制亦然。
4.根据权利要求3所述的采用Y型绕组带抽头连接扩大恒转矩变频调速范围的方法，其特征在于，为避免三相交流电动机转速在n1N附近波动引起频繁Y型绕组抽头连接变换，设置两个Y型绕组抽头连接变换的切换转速n1N与n′1N，n1N为转速增大变化时，对三相交流电动机绕组施行Y型绕组抽头连接变换操作的临界转速；n′1N为转速减小变化时，施行断开抽头连接的反变换操作的临界转速；且Δn1＝n1N-n′1N。
5.根据权利要求3所述的采用Y型绕组带抽头连接扩大恒转矩变频调速范围的方法，其特征在于，对三相交流电动机绕组进行Y型绕组抽头连接变换操作时，需通过DSP控制单元控制变频电源电路封锁变频输出，待变换完成后，再开启变频输出，反之，对三相交流电动机绕组进行断开抽头连接的反变换操作时亦然。
6.根据权利要求3至5任一所述的采用Y型绕组带抽头连接扩大恒转矩变频调速范围的方法，其特征在于，所述Y型绕组带抽头连接的变换控制电路包括第一至第三单刀双掷开关；第一单刀双掷开关的固定端、第二单刀双掷开关的固定端、第三单刀双掷开关的固定端分别与变频电源电路输出端连接；第一单刀双掷开关的第一切换端与U相绕组的第一部分绕组的首端连接，第一单刀双掷开关的第二切换端与U相绕组的抽头连接；第二单刀双掷开关的第一切换端与V相绕组的第一部分绕组的首端连接，第二单刀双掷开关的第二切换端与V相绕组的抽头连接；第三单刀双掷开关的第一切换端与W相绕组的第一部分绕组的首端连接，第三单刀双掷开关的第二切换端与W相绕组的抽头连接；U相绕组的第二部分绕组的尾端、V相绕组的第二部分绕组的尾端、W相绕组的第二部分绕组的尾端相互连接。
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