电机的四象限运行 以电机的转速为纵坐标轴，以转矩为横坐标轴建立的直角坐标系，用来描述电动机的四种运转状态：正向电动、回馈发电制动、反向电动以及反向回馈发电制动四种运转状态。每一种状态的机械特性曲线分别在直角坐标系的四个象限。四个象限定义如下：

    1. 象限，电动机正转运转，能量从变频器到电动机，电动机的转速及转矩都为正。

    2. 第二象限，电动机正转回馈或减速制动运转，电动机呈发电机模式，能量从电动机到变频器，转速为正，转矩为负。

    3. 第三象限，电动机反转运转，能量从变频器到电动机，电动机的转速及转矩都为负。 4. 第四象限，电动机反转回回馈或减速制动运转，电动机呈发电机模式，能量从电动机到变频器，转速为负，转矩为正。

    如果装置只能满足电动机的电动运转状态（即和第三象限），则它就是两象限的。如果装置驱动在电动状态时，能够从电动状态进入第二或者第四象限运行，则装置就是四象限运行的。四象限运行的传动系统，能量可以双向流动。

    两象限变频器的局限

    普通变频器大都采用二极管整流桥将交流电转换成直流，然后采用IGBT逆变技术将直流转化成电压频率皆可调整的交流电控制交流电动机。这种变频器只能工作在电动状态，所以称之为两象限变频器。由于两象限变频器采用二极管整流桥，无法实现能量的双向流动，所以没有办法将电机回馈系统的能量送回电网。在一些电动机要回馈能量的应用中，比如电梯、提升机、离心机系统、抽油机等，只能在两象限变频器上增加电阻制动单元，将电动机回馈的能量消耗掉。另外，二极管整流桥会对电网产生严重谐波污染。

    四象限变频器的实现

    1、四象限变频器的整流部分采用BOOST电路实现了变频器输入侧电流的双向流动。当四象限变频器的负载需要能量时变频器输入侧电流是从电网流向变频器，即电动机处于电动状态；当四象限变频器的负载有能量回馈时变频器输入电流是从变频器流向电网，即电动机处于发电状态。

    2、四象限变频器采用矢量控制算法的数字控制技术实现了变频器输入电流与电网电压完全同步，电动状态时输入电流与电网电压相位一致；发电状态时输入电流与电网电压相位相反。输入电流波形始终保持很好的正弦度，四象限变频器实现了单位功率因数，输入电流的总畸变率ATHD小于5%，真正做到绿色节能装置。

    四象限矢量变频器

    目前市场上有两种“四象限”变频器，一种采用开环V/F控制方案，仅改变整流电路，增加能量回馈单元。另一种方案则是应用矢量变频器技术，用DSP运算平台检测电路反馈，精确控制电机励磁电流和力矩电流，实现了更高的响应速度和控制精度。两种变频器方案对比如下表：

    1、相比普通的两象限变频器更节能；四象限变频器由于采用了IGBT模块作为整流装置，实现了能量的双向流通，在不需要外加任何装置的情况下，可以把再生能量回馈到电网，达到节能运行效果。

    2、减少电网侧谐波电流，满载时功率因数接近1；普通变频器由于采用二极管整流方式，会产生比重很大的谐波成分，对电网产生严重的污染，干扰其它设备的正常工作，甚至会引起其它设备的损坏。而四象限矢量变频器采用IGBT模块作为整流装置，用高速度、高运算能力的DSP产生PWM控制脉冲，可以调整功率因数，消除对电网的谐波污染，让变频器真正成为“绿色产品”。

    现能量回馈的条件

    要实现能量回馈应用，负载、回馈装置和变频器电路需具备一定条件：

    1. 负载必须是势能或位能负载例电梯、下运皮带、矿井吊笼、起重吊车（上下运动）等。

    2. 回馈装置要保证三个电的参数，即相位差±5°，电压差±5V，频率差±0.5Hz，这样方可将电能回馈送入电网去。

    3. 变频器的主电路一般是电压型CSV交-直-交拓扑电路方式，其整流AC/DC电路，一定要用可控整流即IGBT组成，即与逆变器DC/AC的PWM电路一样，而不是二极管、三相六脉冲不可控整流。

    典型应用场合

    四象限变频器特别适用在起重提升、油田、矿井等大惯量负载设备，设备的转动惯量较大，又要强力制动效果的场合或者需要长时间重载电气制动的场合。为了提高节电效果，减少制动过程的能量损耗，将从电机侧回馈的能量反馈到电网，以达到节能、环保的效果。

    1. 在以下行业的设备上，使用回馈制动更为迫切：

    2. 油田抽油机（俗称“磕头机”）

    3. 制药厂内的葡萄糖结晶用的高速分离机。

    4. 民用食糖-砂糖结晶用的高速分离机

    5. 混料厂用的涂料混合机、搅拌机

    6. 塑料常用的染色机、配料机、混合机

    7. 洗涤厂用的中大型清洗机、脱水机、甩干机

    8. 酒店、宾馆、洗衣店用的洗衣、床单清洗机等

    9. 各离心机械厂的中高速离心机、分离机

    10. 各种倾倒设备如转炉、钢水包等

    11. 起重机械如桥式、塔式、门吊的起重主吊钩，当重物下降时的运转状态

    12. 一切高承载的输送带（例下运物料）

    13. 矿井中的吊笼（载人或装料），斜井矿车

    14. 各种闸门的启闭装置

    15. 造纸的纸辊电动机、化纤机械的牵伸机

    四象限变频器对于厂商研发能力要求较高，因此有能力生产四象限变频器产品，特别是矢量型产品的供应商相对较少。

    国际品牌：西门子、ABB、施耐德、安川等。

    本土品牌：步科、英威腾、汇川、森兰等。