变频调速作为交流电机最理想的调速方法，它类似于直流电动机电枢调压调速，其原理为：利用电动机的同步转速随电动机电源频率线性变化这一特性，通过改变电动机的供电频率对电动机进行调速。目前，利用半导体功率开关器件（如晶闸管、电力晶体管等）变频装置构成变频电源对异步电动机进行调速已经很普遍。

图3.25　交—直—交近静止变频系统

实现变频调速的关键是如何获得一个单独向异步电动机供电的并且经济可靠的变频电源。目前在变频调速系统中广泛采用的是静止变频装置。它是利用大功率半导体器件，先将50Hz的工频电源经整流器整成直流，然后再经逆变器转换成频率与电压均可调节的变频电压输出给受控异步电动机，如图3.25所示。

这种系统称为交—直—交变频系统。当然，也可以将三相50Hz的工频电源直接经三相变频器转换成变频电压而输出给电动机，这种系统称为交—交变频系统，如图3.26所示。

改变电源频率实现交流调速似乎很容易。但要实现一个交流变频电源远比一个可调直流电源复杂得多。变频调速时的频率与端电压的关系如下。

1.为使变频时主磁通Φm保持不变，端电压的变化规律

当电源电压为正旋且忽略定子漏阻抗压降时有

图3.26　三相交—交变频系统

可以看出，若U1不变，f1与Φm成反比，如果f1下降，则Φm增加，使主磁通增大，电机磁路过饱和，励磁电流迅速上升，导致缺损增加，电动机发热并效率下降，功率因数降低。如果f1上升，则Φm减小，电磁转矩也就跟着减小，电动机负载能力下降。为此，在调节f1的同时，还要协调控制U1，这样才可以获得较好的调速性能。

为使变频时保持不变，由式（3.21）可得

由式（3.22）中可知：变频电源的输出电压的大小与其频率成正比例调节。

2.为使变频时电动机的过载能力保持不变，端电压的变化规律

感应电动机的最大转矩可以写成

当频率f1较高时，2πf1（L1σ+L＇2σ）≫r1，式（3.23）可简化为(www.daowen.com)

或

为使变频调速时保持过载能力不变，即Tm/TN=T＇m/T＇N，则由式（3.24）可得

即

式中：TN为fN时的额定转矩；T＇N为f＇时的额定转矩（即额定电流时所对应的转矩）。

由于定子电流为额定值。因此，转矩T＇N的大小跟负载性质有关，式（3.27）给出的U1随f1而变化的规律还与负载性质有关。

对于恒转矩负载，Tz=常数，所以T＇N=TN则式（3.27）可写成

所以，对于恒转矩负载，只要做到常数，既可以保证变频调速时电动机过载能力不变，又可使主磁通Φm保持不变，因而变频调速最适合于恒转矩负载。

对于恒功率负载，Pz=常数，则有

将式（3.30）代入式（3.28），可得

又由式（3.31）可得，恒功率负载采用变频调速时，如果U1随f1变化满足关系式：常数，调速过程中电动机的过载能力不变，但是主磁通Φm要变化。反之，如果满足式：常数，可使Φm不变，但是过载能力要变化。

变频调速的特点是平滑性好、效率高、机械特性硬、调速范围广等。因此，只要控制端电压随频率变化的规律，就可以适应不同负载特性的要求。这将会是感应电动机，尤其是笼型感应电动机调速的发展方向。