一文详解什么是四象限变频器

在某些情况下，电机需要反向旋转。此外，转矩方向也可能改变。这些因素结合起来形成所谓的“四象限驱动器”。

从转矩速度的角度：

1象限：第一象限，电机是顺时针方向旋转。由于转矩与速度在同一个方向，驱动器正在加速。

2象限：在第二象限，电机仍然是顺时针方向旋转，而转矩与速度在相反的方向，因此驱动器减速。

3象限和4象限：在第三和第四象限，电机逆时针旋转和驱动器或是加速或是减速，这取决于转矩方向（参见1，2象限）。

随着变频器调速的使用，转矩方向的变化不再依赖于旋转方向的变化也可以实现。高效率的四象限变频器产品用于一些需要制动装置的场合。这种控制转矩对于某些场合的使用，尤其在提升应用场合，不管旋转方向是否发生变化，但转矩方向需保持不变。

从能量的角度：

转速的方向和转矩的方向可以自由改变，这些应用典型的如升降机，绞车，提升机，但是许多机械操作比如剪切，缠绕，纺织，以及测试台可能需要反复的速度和转矩的变化。

在某些工况过程中，能量主要从机械设备回馈到变频器时，如卷纱机或者是上坡和下坡的传动带。

通常从节能的角度上交流电机和变频器的组合控制要优于机械抱闸的控制。然而却很少注意到许多的应用场合的能量是从机械设备回馈到变频器，怎样把制动的能量经济效益最优利用却没有被考虑。

在标准传动中，整流器典型的6脉波和12脉波的二极管整流器只能把交流电整流成直流电，却不能把直流电逆变成交流电。如果功率传输方向是变化的，比如在两象限和四象限的应用，能量回馈过程中对直流电容进行充电，电容的直流电压开始升高。

电容器的电容是一个相对的较小，所以在交流传动中导致直流电容快速的电压升高，变频器的元器件只能承受电压上升到一个规定的水平。

为了阻止直流公共母线直流电压过分升高，有两个可行的办法：逆变器自己阻止电能从电机回馈到变频器，通过限制制动转矩来保持直流母线电压恒定。此方法称作过压控制，这是当代大部分变频设备的基本特点。可是，这就意味着机械设备在用户规定的速度斜坡下不能实现制动。

另外一种限制直流母线电压的方法是通过制动斩波器把制动能量输出给制动电阻。制动斩波器是一个电气开关连接直流母线和制动电阻，制动电阻把电能转化为热能。根据逆变器的额定电压，当母线电压超过规定的直流电压时制动斩波器自动激活投入工作。

但这种方法有缺陷

比如：

• 如果被加热的空气不能被利用的情况下，制动能量被浪费掉。

• 制动斩波器和制动电阻需要额外的空间。

• 在冷却和热量回收利用方面需要额外的经济投入。

• 制动斩波器是对一定工作周期的选型，例如100%的功率对应于1/10min。长时间制动需要更精确的制动斩波器选型。

• 由于制动电阻的发热和可能的灰尘以及环境中的化学器件增大火灾的危险。

• 制动过程中直流母线电压的升高会对电机绝缘造成额外的电压应力。

其他的方法还有：

1.反并联晶闸管桥配置；

2.IGBT桥结构。

这两种可实现能量到电网的回馈。

也就是说，可以驱动电机在四象限运行的变频器就叫四象限变频器，包括：

1.过压控制器的变频器；

2.使用制动电阻的变频器；

3.使用反并联晶闸管的变频器；

4.使用IGBT整流的变频器。