一文詳解什么是四象限變頻器

在某些情況下，電機(jī)需要反向旋轉(zhuǎn)。此外，轉(zhuǎn)矩方向也可能改變。這些因素結(jié)合起來(lái)形成所謂的“四象限驅(qū)動(dòng)器”。

從轉(zhuǎn)矩速度的角度：

1象限：第一象限，電機(jī)是順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。由于轉(zhuǎn)矩與速度在同一個(gè)方向，驅(qū)動(dòng)器正在加速。

2象限：在第二象限，電機(jī)仍然是順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，而轉(zhuǎn)矩與速度在相反的方向，因此驅(qū)動(dòng)器減速。

3象限和4象限：在第三和第四象限，電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)和驅(qū)動(dòng)器或是加速或是減速，這取決于轉(zhuǎn)矩方向（參見(jiàn)1，2象限）。

隨著變頻器調(diào)速的使用，轉(zhuǎn)矩方向的變化不再依賴于旋轉(zhuǎn)方向的變化也可以實(shí)現(xiàn)。高效率的四象限變頻器產(chǎn)品用于一些需要制動(dòng)裝置的場(chǎng)合。這種控制轉(zhuǎn)矩對(duì)于某些場(chǎng)合的使用，尤其在提升應(yīng)用場(chǎng)合，不管旋轉(zhuǎn)方向是否發(fā)生變化，但轉(zhuǎn)矩方向需保持不變。

從能量的角度：

轉(zhuǎn)速的方向和轉(zhuǎn)矩的方向可以自由改變，這些應(yīng)用典型的如升降機(jī)，絞車，提升機(jī)，但是許多機(jī)械操作比如剪切，纏繞，紡織，以及測(cè)試臺(tái)可能需要反復(fù)的速度和轉(zhuǎn)矩的變化。

在某些工況過(guò)程中，能量主要從機(jī)械設(shè)備回饋到變頻器時(shí)，如卷紗機(jī)或者是上坡和下坡的傳動(dòng)帶。

通常從節(jié)能的角度上交流電機(jī)和變頻器的組合控制要優(yōu)于機(jī)械抱閘的控制。然而卻很少注意到許多的應(yīng)用場(chǎng)合的能量是從機(jī)械設(shè)備回饋到變頻器，怎樣把制動(dòng)的能量經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)利用卻沒(méi)有被考慮。

在標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)中，整流器典型的6脈波和12脈波的二極管整流器只能把交流電整流成直流電，卻不能把直流電逆變成交流電。如果功率傳輸方向是變化的，比如在兩象限和四象限的應(yīng)用，能量回饋過(guò)程中對(duì)直流電容進(jìn)行充電，電容的直流電壓開(kāi)始升高。

電容器的電容是一個(gè)相對(duì)的較小，所以在交流傳動(dòng)中導(dǎo)致直流電容快速的電壓升高，變頻器的元器件只能承受電壓上升到一個(gè)規(guī)定的水平。

為了阻止直流公共母線直流電壓過(guò)分升高，有兩個(gè)可行的辦法：逆變器自己阻止電能從電機(jī)回饋到變頻器，通過(guò)限制制動(dòng)轉(zhuǎn)矩來(lái)保持直流母線電壓恒定。此方法稱作過(guò)壓控制，這是當(dāng)代大部分變頻設(shè)備的基本特點(diǎn)?？墒?，這就意味著機(jī)械設(shè)備在用戶規(guī)定的速度斜坡下不能實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。

另外一種限制直流母線電壓的方法是通過(guò)制動(dòng)斬波器把制動(dòng)能量輸出給制動(dòng)電阻。制動(dòng)斬波器是一個(gè)電氣開(kāi)關(guān)連接直流母線和制動(dòng)電阻，制動(dòng)電阻把電能轉(zhuǎn)化為熱能。根據(jù)逆變器的額定電壓，當(dāng)母線電壓超過(guò)規(guī)定的直流電壓時(shí)制動(dòng)斬波器自動(dòng)激活投入工作。

但這種方法有缺陷

比如：

? 如果被加熱的空氣不能被利用的情況下，制動(dòng)能量被浪費(fèi)掉。

? 制動(dòng)斬波器和制動(dòng)電阻需要額外的空間。

? 在冷卻和熱量回收利用方面需要額外的經(jīng)濟(jì)投入。

? 制動(dòng)斬波器是對(duì)一定工作周期的選型，例如100%的功率對(duì)應(yīng)于1/10min。長(zhǎng)時(shí)間制動(dòng)需要更精確的制動(dòng)斬波器選型。

? 由于制動(dòng)電阻的發(fā)熱和可能的灰塵以及環(huán)境中的化學(xué)器件增大火災(zāi)的危險(xiǎn)。

? 制動(dòng)過(guò)程中直流母線電壓的升高會(huì)對(duì)電機(jī)絕緣造成額外的電壓應(yīng)力。

其他的方法還有：

1.反并聯(lián)晶閘管橋配置；

2.IGBT橋結(jié)構(gòu)。

這兩種可實(shí)現(xiàn)能量到電網(wǎng)的回饋。

也就是說(shuō)，可以驅(qū)動(dòng)電機(jī)在四象限運(yùn)行的變頻器就叫四象限變頻器，包括：

1.過(guò)壓控制器的變頻器；

2.使用制動(dòng)電阻的變頻器；

3.使用反并聯(lián)晶閘管的變頻器；

4.使用IGBT整流的變頻器。