1、 引言
20世纪80年代末。交流变频调速逐渐进入工业传动调速的历史舞台。变频调速在调速范围、调速精度、控制灵敏度、工作效率、使用方便等方面具有很大的优势，使变频调速成为最有出路的交流调速方式。
大多数普通变频器使用二极管整流桥将交流电转化为直流。然后使用IGBT逆变技术将直流转换为电压频率可调的交流电机。
这种变频器只能在电动状态下工作，因此被称为两象限变频器。由于两象限变频器采用二极管整流桥。能量的双向活动无法完成。因此，没有办法将电机反馈系统的能量送回电网。
在一些电机应用程序中反馈能量。比如电梯。提升。离心系统只能在两象限变频器上添加电阻制动单元。消耗电机反馈的能量。此外，在一些大功率应用中，二极管整流桥对电网造成严重的谐波污染。
IGBT如果使用功率模块，可以完成能量的双向活动IGBT做整流桥，快速高运算能力DSP产生PWM控制脉冲。一方面，调节输入功率因数，消除电网谐波污染。使变频器真正成为绿色产品。
另一方面，电机反馈产生的能量可以反馈到电网，达到完全的节能效果。
吉纳电机自2001年起停止了四象限变频器的开发和开发。到目前为止，它已经形成了380V、660V成熟的产品和技术率等级的产品和技术，广泛应用于煤矿和油田。
2、 四象限变频器的工作原理
如图1所示，四象限变频器的电路原理图。
四象限变频器技术介绍
2.1工作原理
当电机处于电动状态时，整流控制单元DSP产生6路高频PWM脉冲控制整流侧的6个脉冲IGBT开关。
IGBT与输入电压相位不同的正弦电流波形通过打开和关闭输入电抗器产生。这消除了二极管整流桥产生的6K±1谐波。
高达99%的功率因数。
消除电网谐波污染。
此时，能量从电网通过整流电路和逆变电路流向电机，变频器工作在第一和第三象限。输入电压和输入电流的波形如图2所示。
四象限变频器技术介绍
当电机在发电状态下工作时。电机产生的能量通过逆变侧的二极管反馈到直流母线。当直流母线电压超过一定值时，整流侧的能量反馈控制局部启动，将直流逆变器转换为交流。控制逆变电压相位和振幅值后，将能量反馈给电网，达到节能效果。
此时，能量通过逆变侧和整流侧流向电网。
变频器工作在二、四象限内。输入电抗器的主要功能是电流滤波器。如图3所示：
四象限变频器技术介绍
2.24象限变频器的系统组成
(1)主电路组成:预充电电路。输入电抗、智能功率模块、电解电容和输出电抗。
各局部的功能列表如下：
·预充电电路：由交流接触器、功率电阻和相应的控制电路组成。
主要功能是在系统上电时完成直流母线电容的预充电。防止强冲击电流在上电时烧坏功率模块。
·输入电抗器：在电动状态下储能，形成正弦电流波形。在反馈状态下，过滤电流波形的高频成分。
·智能功率模块（SkiiP）:整流侧和逆变侧IGBT、隔离驱动、电流检测和各种维护监测功能。
·电解电容能、滤波。
·输出电抗：减少输出dv/dt。对电机起到一定的维护作用。
(2)局部控制组成:系统辅助电源模块，预充电控制。功率接口板。DSP控制板和人机接口板。
·系统辅助电源生成系统控制所需的5V、15V和24V电源；
·预充电控制用于控制预充电交流接触器的动作；
·电源接口板反应系统控制所需的电流信号、电压信号和温度信号。PWM将波形控制到驱动板。
接口板应停止过滤信号；
·DSP控制板完成整流，逆变PWM控制算法，系统大脑。
·人机接口板显示变频器运行和用户参数输入的各种情况。
3、 整流局部
如图4所示，整流局部系统控制方框图。
四象限变频器技术介绍
如图4所示，系统的给定是直流母线电压指令。该指令与直流母线电压反应的误差发送到电压环PI调理器。电压环的PI调节和三相输入正弦波的乘积成为三相电流的指令。三相电流指令与各自的电流馈相比，误差发送到电流环PI调理器。电流环PI调节器的输出可以通过载波调制产生各相IGBT的PWM控制信号也可以通过空间矢量产生PWM信号控制IGBT。
上述的运算都是经过DSP完毕的。
4、 典型应用
四象限变频器的典型应用是具有位置负载特性的场所。如电梯、机车牵引、油田磕头机。离心机等。在一些大功率应用程序中。还需要四象限变频器来减少电网的谐波污染。
提升机的应用是倒置的。当提升重量时，四象限变频器拖动电机控制重力工艺。电机处于电动状态。当重量下降时，逆变侧产生励磁电流，重力牵引电机发电。电机处于发电状态。
势能转化为通过整流侧反馈的电网。
5、 完成语
采用带有PWM控制整流器变频器具有四象限运行的功能，可满足各种位置负载的调速要求，可将电机的可再生能量转化为电能送回电网。达到最大限度的节能目的。不仅如此。它还可以减少电源的谐波污染。功率因数可接近1，是真正的绿色变频器。
