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1  變頻調速系統的換能環節
迄今為止，變頻調速系統中應用得最為普遍的是"交-直-交"變頻調速系統。其基本框圖如圖1所示。圖中，UF是變頻器，M是電動機，L是生產機械（負載）。
 
圖1  變頻調速系統的基本框圖
1.1  變頻調速系統的換能環節
作為一個變頻調速系統，共有三個換能環節。兩個在變頻器內部，一個在變頻器外部。分述如下：
(1)  交-直變換環節  變頻器從電網輸入的是工頻（我國為50Hz）三相交變電源，進入變頻器后首先通過三相全波整流電路整流成直流電源。這是把交流電能變換成直流電能的環節。
(2)  直-交變換環節  直流電源又通過三相逆變電路逆變成頻率和電壓任意可調的三相交流變頻電源。這是把直流電能又變換成交流電能的環節。

(3)  電-機變換環節  變頻器輸出的三相交流電接至電動機，由電動機把頻率和電壓任意可調的三相交流電能變換成機械能，從電動機軸上輸出。
變頻調速系統的上述結構可以歸結為：三個電路，四種能量。
三個電路是：輸入電源的電路、作為中間環節的直流電路以及由變頻器接至電動機的輸出電路。
四種能量是：頻率固定的交流電能、直流電能、頻率可調的交流電能、機械能。
1.2  各環節的基本參數
(1)  輸入電路  主要參數是：
?  電源電壓  我國為380V，符號是US；
?  電源頻率  我國為50Hz；
?  輸入電流  其大小與負載輕重和輸出頻率大小有關，符號為IS。
(2)  直流電路  主要參數是：
?  直流電壓  符號是UD，正常情況下，平均值為513V；
?  直流電流  其大小與負載輕重和輸出頻率大小有關，符號為ID。
(3)  輸出電路  也是電動機的輸入電路，主要參數是：
?  輸出頻率  其大小是任意可調的，符號是fX；
?  輸出電壓  其大小隨輸出頻率而變，符號是UMX；
?  輸出電流  其大小取決于負載輕重，符號是IM。
(4)  電動機軸  是整個調速系統的輸出端，主要參數是：
?  電磁轉矩  也稱電動機轉矩，在穩定運行狀態，其大小總是和負載轉矩相平衡的，符號是TM；
?  電動機轉速  這是變頻調速系統的控制目標，其大小隨變頻器的輸出頻率而變，符號是nMX。
2  各環節的功率及相互關系
變頻調速系統的基本構成如圖2a)所示，各環節的功率關系如圖2b)所示，說明如下：
(1)  變頻器的輸入功率
變頻器從電源輸入的是三相電功率，計算公式是：
         (1)
式(1)中，PS-變頻器的輸入功率，kW；US-電源線電壓，V；IS-電源線電流，A；PF-功率因數。因輸入電流是非正弦波，其無功功率主要由高次諧波電流產生，故功率因數不能用cosφ表示。
 
圖2  變頻調速系統的能量關系  a）變頻調速系統 b）能量關系
(2)  直流回路功率
直流電路的功率計算比較簡單，由電壓和電流的乘積決定：
PD＝UDID          (2)
式(2)中，PD-直流回路的功率，kW；UD-直流回路電壓，V；ID-直流回路電流，A。
變頻器的輸入電路和直流電路之間，是通過整流橋來轉換的。因此，兩者之差便是整流橋的功率損耗ΔpD。與變頻器的額定功率相比，整流橋的功耗極小，故：

(3)  變頻器的輸出功率
也是電動機的輸入功率，計算如下：
        (3)
式(3)中，PM1-變頻器的輸出功率，也是電動機的輸入功率，kW；UMX-變頻器的輸出線電壓，也是電動機的輸入線電壓，V；IM-變頻器的輸出線電流，也是電動機的輸入線電流，A；cosφ1-電動機定子側的功率因數，由于電動機的電流波形十分接近于正弦波，故功率因數用cosφ1表示。
變頻器的輸出電路和直流電路之間，是通過逆變橋來轉換的。所以，兩者之差等于逆變橋的功率損耗ΔpV。ΔpV也很小，故：

(3)  變頻器的輸出功率
也是電動機的輸入功率，計算如下：
        (3)
式(3)中，PM1-變頻器的輸出功率，也是電動機的輸入功率，kW；UMX-變頻器的輸出線電壓，也是電動機的輸入線電壓，V；IM-變頻器的輸出線電流，也是電動機的輸入線電流，A；cosφ1-電動機定子側的功率因數，由于電動機的電流波形十分接近于正弦波，故功率因數用cosφ1表示。
變頻器的輸出電路和直流電路之間，是通過逆變橋來轉換的。所以，兩者之差等于逆變橋的功率損耗ΔpV。ΔpV也很小，故：

(4)  電動機軸上的輸出功率
電動機軸上輸出的是機械功率，計算公式如下：
          (4)
式(4)中，PM2-電動機軸上的輸出功率，kW； TM-電動機的轉矩，Nm；nMX-電動機的轉速，r/min。
電動機軸上的機械功率是由變頻器輸出的三相電功率轉換來的，兩者之間的差異是電動機定、轉子的功率損失ΔpM。雖然，ΔpM與ΔpD和ΔpV相比要大得多，但和調速系統的額定功率相比，仍是很小的。故：

(5)  各部分功率間相互關系小結
根據能量守恒的原理，當負載所需的功率發生變化時，變頻調速系統中，各環節的功率必將同時變化。雖然，各能量轉換環節中必有功率損失。但是，一方面，這里討論的重點是各環節中電流和功率的變化規律，而并不作精確的定量計算；另一方面，和系統的額定功率相比，各部分的損失功率所占比例較小，可以忽略不計。因此，在分析各部分功率的變化規律時，可以認為：
PS≈PD≈PM1≈PM2        (5)
就是說，變頻調速系統中，各環節的功率是大體相等的。因此，各環節功率的變化規律也是相同的，即：或同時增大，或同時減小。

3  電動機的轉矩與電流
(1)  拖動系統的轉矩平衡關系
在電力拖動系統中，電動機的電磁轉矩是主動轉矩，生產機械（負載）的阻轉矩是被動轉矩。電動機的轉矩是在克服負載阻轉矩的情況下運行的，兩者之間符合如下規律：
TM＞TL→系統加速；
TM＜TL→系統減速；
TM＝TL→系統等速運行。
因此，當系統處于穩定狀態（等速運行）時，如忽略損耗轉矩不計，則電動機的轉矩總是和負載轉矩相平衡的：