1  变频调速系统的换能环节
迄今为止，变频调速系统中应用得最为普遍的是"交-直-交"变频调速系统。其基本框图如图1所示。图中，UF是变频器，M是电动机，L是生产机械（负载）。
 
图1  变频调速系统的基本框图
1.1  变频调速系统的换能环节
作为一个变频调速系统，共有三个换能环节。两个在变频器内部，一个在变频器外部。分述如下：
(1)  交-直变换环节  变频器从电网输入的是工频（我国为50Hz）三相交变电源，进入变频器后首先通过三相全波整流电路整流成直流电源。这是把交流电能变换成直流电能的环节。
(2)  直-交变换环节  直流电源又通过三相逆变电路逆变成频率和电压任意可调的三相交流变频电源。这是把直流电能又变换成交流电能的环节。

(3)  电-机变换环节  变频器输出的三相交流电接至电动机，由电动机把频率和电压任意可调的三相交流电能变换成机械能，从电动机轴上输出。
变频调速系统的上述结构可以归结为：三个电路，四种能量。
三个电路是：输入电源的电路、作为中间环节的直流电路以及由变频器接至电动机的输出电路。
四种能量是：频率固定的交流电能、直流电能、频率可调的交流电能、机械能。
1.2  各环节的基本参数
(1)  输入电路  主要参数是：
?  电源电压  我国为380V，符号是US；
?  电源频率  我国为50Hz；
?  输入电流  其大小与负载轻重和输出频率大小有关，符号为IS。
(2)  直流电路  主要参数是：
?  直流电压  符号是UD，正常情况下，平均值为513V；
?  直流电流  其大小与负载轻重和输出频率大小有关，符号为ID。
(3)  输出电路  也是电动机的输入电路，主要参数是：
?  输出频率  其大小是任意可调的，符号是fX；
?  输出电压  其大小随输出频率而变，符号是UMX；
?  输出电流  其大小取决于负载轻重，符号是IM。
(4)  电动机轴  是整个调速系统的输出端，主要参数是：
?  电磁转矩  也称电动机转矩，在稳定运行状态，其大小总是和负载转矩相平衡的，符号是TM；
?  电动机转速  这是变频调速系统的控制目标，其大小随变频器的输出频率而变，符号是nMX。
2  各环节的功率及相互关系
变频调速系统的基本构成如图2a)所示，各环节的功率关系如图2b)所示，说明如下：
(1)  变频器的输入功率
变频器从电源输入的是三相电功率，计算公式是：
         (1)
式(1)中，PS-变频器的输入功率，kW；US-电源线电压，V；IS-电源线电流，A；PF-功率因数。因输入电流是非正弦波，其无功功率主要由高次谐波电流产生，故功率因数不能用cosφ表示。
 
图2  变频调速系统的能量关系  a）变频调速系统 b）能量关系
(2)  直流回路功率
直流电路的功率计算比较简单，由电压和电流的乘积决定：
PD＝UDID          (2)
式(2)中，PD-直流回路的功率，kW；UD-直流回路电压，V；ID-直流回路电流，A。
变频器的输入电路和直流电路之间，是通过整流桥来转换的。因此，两者之差便是整流桥的功率损耗ΔpD。与变频器的额定功率相比，整流桥的功耗极小，故：

(3)  变频器的输出功率
也是电动机的输入功率，计算如下：
        (3)
式(3)中，PM1-变频器的输出功率，也是电动机的输入功率，kW；UMX-变频器的输出线电压，也是电动机的输入线电压，V；IM-变频器的输出线电流，也是电动机的输入线电流，A；cosφ1-电动机定子侧的功率因数，由于电动机的电流波形十分接近于正弦波，故功率因数用cosφ1表示。
变频器的输出电路和直流电路之间，是通过逆变桥来转换的。所以，两者之差等于逆变桥的功率损耗ΔpV。ΔpV也很小，故：

(3)  变频器的输出功率
也是电动机的输入功率，计算如下：
        (3)
式(3)中，PM1-变频器的输出功率，也是电动机的输入功率，kW；UMX-变频器的输出线电压，也是电动机的输入线电压，V；IM-变频器的输出线电流，也是电动机的输入线电流，A；cosφ1-电动机定子侧的功率因数，由于电动机的电流波形十分接近于正弦波，故功率因数用cosφ1表示。
变频器的输出电路和直流电路之间，是通过逆变桥来转换的。所以，两者之差等于逆变桥的功率损耗ΔpV。ΔpV也很小，故：

(4)  电动机轴上的输出功率
电动机轴上输出的是机械功率，计算公式如下：
          (4)
式(4)中，PM2-电动机轴上的输出功率，kW； TM-电动机的转矩，Nm；nMX-电动机的转速，r/min。
电动机轴上的机械功率是由变频器输出的三相电功率转换来的，两者之间的差异是电动机定、转子的功率损失ΔpM。虽然，ΔpM与ΔpD和ΔpV相比要大得多，但和调速系统的额定功率相比，仍是很小的。故：

(5)  各部分功率间相互关系小结
根据能量守恒的原理，当负载所需的功率发生变化时，变频调速系统中，各环节的功率必将同时变化。虽然，各能量转换环节中必有功率损失。但是，一方面，这里讨论的重点是各环节中电流和功率的变化规律，而并不作精确的定量计算；另一方面，和系统的额定功率相比，各部分的损失功率所占比例较小，可以忽略不计。因此，在分析各部分功率的变化规律时，可以认为：
PS≈PD≈PM1≈PM2        (5)
就是说，变频调速系统中，各环节的功率是大体相等的。因此，各环节功率的变化规律也是相同的，即：或同时增大，或同时减小。

3  电动机的转矩与电流
(1)  拖动系统的转矩平衡关系
在电力拖动系统中，电动机的电磁转矩是主动转矩，生产机械（负载）的阻转矩是被动转矩。电动机的转矩是在克服负载阻转矩的情况下运行的，两者之间符合如下规律：
TM＞TL→系统加速；
TM＜TL→系统减速；
TM＝TL→系统等速运行。
因此，当系统处于稳定状态（等速运行）时，如忽略损耗转矩不计，则电动机的转矩总是和负载转矩相平衡的：