1.1 调速传动的概况
1.1.1 调速传动的意义
众所周知，所有的生产机械、运输机械在传动时都需要调速。首先，机械在起动时，根据不同的要求，需有不同的起动时间，这样就要求有不同的起动速度相配合；其次，机械在停止时，由于转动惯量的不等，所以自由停车时间也各不相同，为了达到人们所需求的停车时间，就必须在停车时采取一些调速措施，以满足对停车时间的要求；第三，机械在运行中，根据不同的情况也要求进行调速，例如，风机、泵类机械为了节能，要根据负载轻重进行调速；机床加工，根据工件精度的不同要求进行调速；运输机械要提高生产率需要进行调速；电梯为提高舒适度也需要进行调速；生产过程为了提高控制要求，必须进行闭环速度控制等。总之，几乎绝大多数机械传动都需要进行调速。
1.1.2 调速传动的发展
调速传动在以蒸气源为主时，只能采用蒸气式机械调速传动。但因其效率低、单位输出功率的重量大。所以在很多场合自内燃机（柴油机或汽油机）出现后，蒸气式机械调速传动便被内燃机机械调速传动代替，然而它的效率仍然较低，不过由于单位输出功率的重量小，机械体积小，所以目前在不便于使用电源的地方（如汽车、船舶上），仍采用内燃机调速传动。
自从电出现以后，因其输送容易、使用方便、维修简单、效率高，所以电动调速传动得到迅速发展。一开始是直流电动机调速传动，但由于直流电动机维修较难，且容量受限，所以交流电动机调速传动又得到了很快的发展。可是在很长一段时间内，交流电动机调速性能远不如直流电动机调速性能好，故直流电动机调速传动在调速性能要求很高的地方仍被采用。
最近十多年来，由于电力电子器件与微电子、单片机及脉宽调制（PWM）控制技术的迅猛发展，出现了交流电动机变频调速传动，其效率较高、操作方便，而且调速性能可以与直流电动机调速传动性能相媲美，所以交流变频调速传动是目前最好的调速传动方式。
1.1.3 调速传动的运动方程式
调速传动系统中旋转运动时，其旋转运动的方程式为
式中 T——驱动转矩（N·m）；
TZ——负载转矩，即阻转矩（N·m）；Jdω/dt——惯性转矩（N·m）；
ω——电动机的角速度（rad/s）；
J——折算到电动机轴上的总转动惯量（kg·m2），由式（1-2）表示。
式中 G——旋转部分的重量（N）；
D——惯性体直径（m）；
g——重力加速度，g=9.81m/s2。
将式（1-1）中的角速度ω（rad/s）用转速n（r/min）表示，即
ω=2πn/60（1-3）
将式（1-2）和式（1-3）代入式（1-1）中，则有
调速传动系统中旋转运动时，三种工作状态可由运动方程式（1-4）表示。
①当T=TZ，dn/dt=0，传动系统处于静止或等速运动状态，电气传动系统处于稳定运转状态，即稳定状态。
②当T＞TZ，dn/dt＞0，传动系统处于加速状态，即处于过渡过程（也叫动态过程）。
③当T1<TZ，dn/dt＜0，传动系统处于减速状态，也处于过渡过程。
也可以说传动系统处于两种运转状态，即稳态和动态。当传动系统由一个稳定运转状态变化到另一个稳定运转状态时，需要一个变化过程，这个过程称为过渡过程。在过渡过程中，调速传动系统中的转速、转矩和电流都按一定的规律变化。
1.1.4 调速传动的主要指标
1）调速范围：最高转速与最低转速之比；
2）调速的平滑性：在调速范围内，以相邻两挡转速的差值为标志，差值越小越平滑；
3）调速的工作特性：工作特性又有两个方面，静态特性和动态特性。静态特性主要是调速后机械特性的硬度。对于绝大多数负载来说，机械特性越硬，则负载变化时，速度变化越小，工作越稳定。所以希望机械特性越硬越好。动态特性即暂态过程中的特性，主要指标有两个方面：升速（包括起动）和降速（包括制动）过程是否快捷而平稳；当负载突然增、减或电压突然变化时，系统的转速能否迅速地恢复到原值。
4）调速的经济性：主要从设备投资、调速后的运行效率和调速系统的故障率3个方面进行考虑。
1.1.5 调速传动中的生产机械负载转矩特性
生产机械的负载转矩特性为T=f（n）。根据统计，大多数生产机械的负载转矩特性可以归纳为以下4种类型。
1）恒转矩负载特性：指负载转矩TZ与转速n无关的特性，当转速变化时，负载转矩TZ保持恒值。例如，起重机提升一定重物或带式输送机输送一定货物时的阻转矩，都可以看成负载转矩与转速无关，这种生产机械的负载为恒转矩负载，属于这类机械的还有电梯、印刷机等。
2）与转速成线性关系的负载特性：指负载转矩TZ的大小与转速n成正比，且成线性关系，即TZ=Kn。例如，一台异步电动机拖动一台他励直流发电机对加热炉供电，作为异步电动机负载的他励直流发电机就具有此类负载特性。
3）通风机负载特性：该类负载转矩TZ基本上与转速n的二次方成正比，即TZ=Kn2。属于通风机负载的生产机械有通风机、水泵、油泵等。一般来说，空气、水、油等介质对机器阻力基本上都是和转速的二次方成正比。
4）恒功率负载特性：它是指机床在粗加工时切削量大、切削阻力大，此时需低速；而在精加工时，切削量小、切削阻力小，往往需高速。因此，在不同转速下，负载转矩基本上与转速成反比，即TZ=K/n，因为转矩与转速的乘积是功率，所以功率是基本恒定的，即恒功率负载。