四象限变频器的工作原理

四象限变频器是用IGBT可控有源整流替代普通变频器的二极管不可控整流的一种调速装置。由于整流部分实现了输入侧电流的双向流动，电机系统可工作在电动状态和发电状态。与普通变频器相比，具有节能，消除对电网谐波污染等优势。
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。