把電機的運行速度方向用一條數(shù)軸X來表示，數(shù)軸的正方向代表正轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，反方向表示反轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速；把電機的電磁轉(zhuǎn)矩方向用一條數(shù)軸Y來表示，數(shù)軸的正方向代表正的電磁轉(zhuǎn)矩，反方向表示負的電磁轉(zhuǎn)矩；構(gòu)成一個平面坐標(biāo)系XOY，那么電動機正常電動狀態(tài)處在
第一象限（正轉(zhuǎn)、電動），發(fā)電（制動）再生運行在第二象限（正轉(zhuǎn)、發(fā)電）。電梯曳引電動機由于正常狀態(tài)就不斷正、反轉(zhuǎn)，上、下行都有可能電動或發(fā)電，處于四象限運行狀態(tài)，各個狀態(tài)能量轉(zhuǎn)換方向不同。用四象限來描述電機運行狀態(tài)，和用熟悉的正、反轉(zhuǎn)，電動、發(fā)電描述是一樣的道理。
四象限變頻器原理圖
單獨對于電機來說，所謂四象限是指其運行機械特性曲線在數(shù)學(xué)軸上的四個象限都可運行。第一象限正轉(zhuǎn)電動狀態(tài)，第二象限回饋制動狀態(tài)，第三象限反轉(zhuǎn)電動狀態(tài)，第四象限反接制動狀態(tài)。能夠具有使得電機工作在四象限的變頻器才稱得上四象限變頻器。
在上個世紀(jì)80年代末，交流變頻調(diào)速逐漸登上了工業(yè)傳動調(diào)速方式的歷史舞臺。變頻調(diào)速在調(diào)速范圍、調(diào)速精度、控制靈活、工作效率、使用方便等方面都有很大的優(yōu)點，使變頻調(diào)速成為最有發(fā)展前途的一種交流調(diào)速方式。普通的變頻器大都采用二極管整流橋?qū)⒔涣麟娹D(zhuǎn)化成直流，然后采用IGBT逆變技術(shù)將直流轉(zhuǎn)化成電壓頻率皆可調(diào)整的交流電控制交流電動機。這種變頻器只能工作在電動狀態(tài)，所以稱之為兩象限變頻器。由于兩象限變頻器采用二極管整流橋，無法實現(xiàn)能量的雙向流動，所以沒有辦法將電機回饋系統(tǒng)的能量送回電網(wǎng)。在一些電動機要回饋能量的應(yīng)用中，比如電梯，提升，離心機系統(tǒng)，只能在兩象限變頻器上增加電阻制動單元。將電動機回饋的能量消耗掉。另外，在一些大功率的應(yīng)用中，二極管整流橋?qū)﹄娋W(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重的諧波污染。IGBT功率模塊可以實現(xiàn)能量的雙向流動，如果采用IGBT做整流橋，用高速度、高運算能力的DSP產(chǎn)生PWM控制脈沖。一方面可以調(diào)整輸入的功率因數(shù)，消除對電網(wǎng)的諧波污染，讓變頻器真正成為“綠色產(chǎn)品”。另一方面可以將電動機回饋產(chǎn)生的能量反送到電網(wǎng)，達到徹底的節(jié)能效果。
四象限變頻器的典型應(yīng)用是具有位勢負載特性的場合，例如提升機，機車牽引，油田磕頭機，離心機等。在一些大功率的應(yīng)用中，也需要四象限變頻器以減小對電網(wǎng)的諧波污染。以提升機的應(yīng)用為例，當(dāng)提升重物時，四象限變頻器拖動電機克服重力做工，電動機處于電動狀態(tài)。當(dāng)下放重物時，逆變側(cè)產(chǎn)生勵磁電流，重力牽引電機發(fā)電，電動機處于發(fā)電狀態(tài)。勢能轉(zhuǎn)化為電能通過整流側(cè)回饋的電網(wǎng)。
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