把電機(jī)的運(yùn)行速度方向用一條數(shù)軸X來(lái)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(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方向用一條數(shù)軸Y來(lái)表示，數(shù)軸的正方向代表正的電磁轉(zhuǎn)矩，反方向表示負(fù)的電磁轉(zhuǎn)矩；構(gòu)成一個(gè)平面坐標(biāo)系XOY，那么電動(dòng)機(jī)正常電動(dòng)狀態(tài)處在
第一象限（正轉(zhuǎn)、電動(dòng)），發(fā)電（制動(dòng)）再生運(yùn)行在第二象限（正轉(zhuǎn)、發(fā)電）。電梯曳引電動(dòng)機(jī)由于正常狀態(tài)就不斷正、反轉(zhuǎn)，上、下行都有可能電動(dòng)或發(fā)電，處于四象限運(yùn)行狀態(tài)，各個(gè)狀態(tài)能量轉(zhuǎn)換方向不同。用四象限來(lái)描述電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，和用熟悉的正、反轉(zhuǎn)，電動(dòng)、發(fā)電描述是一樣的道理。
四象限變頻器原理圖
單獨(dú)對(duì)于電機(jī)來(lái)說(shuō)，所謂四象限是指其運(yùn)行機(jī)械特性曲線在數(shù)學(xué)軸上的四個(gè)象限都可運(yùn)行。第一象限正轉(zhuǎn)電動(dòng)狀態(tài)，第二象限回饋制動(dòng)狀態(tài)，第三象限反轉(zhuǎn)電動(dòng)狀態(tài)，第四象限反接制動(dòng)狀態(tài)。能夠具有使得電機(jī)工作在四象限的變頻器才稱(chēng)得上四象限變頻器。
在上個(gè)世紀(jì)80年代末，交流變頻調(diào)速逐漸登上了工業(yè)傳動(dòng)調(diào)速方式的歷史舞臺(tái)。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(diǎn)，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(dòng)機(jī)。這種變頻器只能工作在電動(dòng)狀態(tài)，所以稱(chēng)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(wú)法實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，所以沒(méi)有辦法將電機(jī)回饋系統(tǒng)的能量送回電網(wǎng)。在一些電動(dòng)機(jī)要回饋能量的應(yīng)用中，比如電梯，提升，離心機(jī)系統(tǒng)，只能在兩象限變頻器上增加電阻制動(dòng)單元。將電動(dòng)機(jī)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(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，如果采用IGBT做整流橋，用高速度、高運(yùn)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(duì)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(dòng)機(jī)回饋產(chǎn)生的能量反送到電網(wǎng)，達(dá)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(shì)負(fù)載特性的場(chǎng)合，例如提升機(jī)，機(jī)車(chē)牽引，油田磕頭機(jī)，離心機(jī)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(duì)電網(wǎng)的諧波污染。以提升機(jī)的應(yīng)用為例，當(dāng)提升重物時(shí)，四象限變頻器拖動(dòng)電機(jī)克服重力做工，電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)下放重物時(shí)，逆變側(cè)產(chǎn)生勵(lì)磁電流，重力牽引電機(jī)發(fā)電，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能通過(guò)整流側(cè)回饋的電網(wǎng)。
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