单象限和四象限

1、什么是单象限和4象限？

以电动机的转速为纵座标轴，以转矩为横座标轴建立的直角坐标系，用来描述电动机的四种运转状态，即正向电动，回馈发电制动，反接制动，以及反向电动四种运转状态。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。

如果装置只能满足电动机的电动运转状态，那么它就是单象限的。如果装置驱动在电动状态时，能够从电动状态进入第二象限运行，也能从电动状态进入第四象限运行，那么装置是四象限的。

单象限装置只能正向电动，或反向电动，不能从电动运行进入再生发电运行。

2、关于控制器的象限和电机的象限：

单象限：能量只能单向流动。

四象限：能量可以双向流动。

电机和变频器都有自己的象限，不要搞混了。

*电机的单象限运行，指电机电动运行。四象限指发电运行。

*变频器的单象限运行，指能量从电网进入变频器。四象限指能量还可以回馈电网。

可能有这种情况：

单象限运行的变频器带四象限运行的电机。电机发电的能量提升了母线电压，或在制动单元消耗掉。

单象限的直流调速换向麻烦，需要改变励磁或电枢的正负来实现反转。

四象限的直流调速有两组整流桥，输出方向相反，正转时其中一组工作，反转时另一组工作。

需要注意的主要是换向的时间问题：

对于单象限的调速器，当电机需要反转时，要加时间继电器。无论是改变励磁方向还是改变电枢方向，都必须等待一段时间，就是说不允许工作中突然换向。因为励磁线圈和电枢线圈通的都是直流电，需要时间来释放能量，如果换向太快将会把整流桥反向击穿。

而四象限的调速器不存在此问题，因为两组整流桥方向相反，当一组停止输出时，另一组正好可以给电机释放能量。

3、关于变频器和直流调速器的互换：

从理论上讲，磁场矢量控制的交流电机变频装置，完全可替代直流调速系统，当然要实现4 象限运行，IGBT和整流二极管都要反并联，以实现电流的反向。电机也要求有速度反馈，如测速发电机或者码盘等，另外还要根据负载的特性，选择电动机的恒扭矩和恒功率的调速范围。

4、怎样实现变频器的4象限驱动功能？

采用英国CT的Unidriver系列交流驱动器、还有ABB、西门子的变频器都可以实现四象限驱

动功能。使用时，电机要换成交流电机，同时，变频器要配能耗单元，有两种方式可选。

⑴采用制动单元+制动电阻，将电机反相时产生的方向再生电流消耗掉，否则易烧毁变频器或引起变频器跳闸。

⑵采用逆变器，将逆变器接在变频器的直流母线上，当产生方向再生电流时，变频器直流母线电压升高，通过逆变器将直流母线的直流高电压变成和交流电网同步的交流电，反馈回电网，实现了节能作用。该方式常用于多台大功率变频驱动。

5、关于直流电机传动设备的4象限运行：

开卷和收卷这样的恒功率负载,卷的半径小的时候，力臂短，扭矩小，电机的转速高；卷的半径大的时候，力臂长，扭矩大，电机的转速低，这样也能实现收放卷线速度的恒定，当然要检测卷的半径。对于这样的恒功率负载，我认为应该选择基速（就是定子最高电压所对

应的速度）较小的电机，更大的速度范围为弱磁升速，这样才能充分发挥电机的效能。

同样，交流异步电机的变频调速也有基速上下之分，只不过基速之下是变频变压（φ恒定）恒扭矩调速；基速之上为恒压升频（φ减小）恒功率调速。