认识一下象限

5jia5 2023-05-26 发布于广西

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奥科远电器

经常听到经常听到变频器象限运行，那么象限是怎们回事？变频器的象限又是什么情况？

象限的概念

象限（Quadrant）是平面直角坐标系（笛卡尔坐标系）中里的横轴和纵轴所划分的四个区域，每一个区域叫做一个象限。

象限以原点为中心，x，y轴为分界线。右上的称为第一象限，左上的称为第二象限，左下的称为第三象限，右下的称为第四象限。坐标轴上的点不属于任何象限。

象限的定义

象限，英文为Quadrant，原意是1/4圆等分的意思。象限即直角坐标系，创立人是笛卡儿。主要应用于三角学和复数的阿根图坐标系（复平面）中。在平面直角坐标系中，平面被横轴与纵轴划分为四个区域，即为四个象限。象限以原点为中心，以横轴、纵轴为分界线，按逆时针方向由右上方开始分为I、II 、III 、 IV四个象限，原点和坐标轴不属于任何象限。

象限的性质

坐标

记是象限中的一点

①第一象限中的点：

②第二象限中的点：

③第三象限中的点：

④第四象限中的点：

值得注意的是原点和坐标轴上的点不属于任何象限。

角度

记角a是始边落在x轴正方向，终边按逆时针方向落在坐标平面内的象限角

①第一象限角：

②第二象限角：

③第三象限角：

④第四象限角：

其中，

。

象限的创建和意义

据说有一天，法国哲学家、数学家笛卡儿生病卧床，病情很重。尽管如此，他还反复思考一个问题：几何图形是直观的，而代数方程是比较抽象的，能不能把几何图形与代数方程结合起来，也就是说能不能用几何图形来表示方程呢？

要想达到此目的，关键是如何把组成几何图形的点和满足方程的每一组“数”挂上钩。他苦苦思索，拼命琢磨，通过什么样的方法，才能把“点”和“数”联系起来。突然，他看见屋顶角上的一只蜘蛛，拉着丝垂了下来，一会儿工夫，蜘蛛又顺着丝爬上去，在上边左右拉丝。蜘蛛的'“表演”使笛卡儿的思路豁然开朗。

他想，可以把蜘蛛看做一个点，它在屋子里可以上、下、左、右运动，能不能把蜘蛛的每个位置用一组数确定下来呢？他又想。屋子里相邻的两面墙与地面交出了三条线，如果把地面上的墙角作为起点，把交出来的二条线作为三根数轴，那么空间中任意一点的位置就可以用这三根数轴上找到有顺序的三个数。反过来，任意给一组三个有顺序的数也可以在空间中找出一点F与之对应，同样道理，用一组数(x ，y)可以表示平面上的一个点，平面上的一个点也可以有用一组两个有顺序的数来表示，这就是坐标系的雏形。

直角坐标系的创建，在代数和几何之间架起了一座桥梁，它使几何概念用数来表示，几何图形也可以用代数形式来表示。由此笛卡儿在创立直角坐标系的基础上，创造了用代数的方法来研究几何图形的数学分支——解析几何。

他大胆设想：如果把几何图形看成是动点的运动轨迹，就可以把几何图形看成是由具有某种共同特征的点组成的。举一个例子来说，我们可以把圆看作是动点到定点距离相等的点的轨迹，如果我们再把点看作是组成几何图形的基本元素，把数看作是组成方程的解，于是代数和几何就合二为一了。

变频器的象限

变频器的四个象限

第一象限是指电动机的正向拖动状态,这时:电动机的转矩、转速和功率都是+值；

第二象限是指电动机的正向制动状态，这时电动机的转速是正方向的，而转矩和功率是负的；

第三象限是指电动机的反向拖动状态，这时电动机的转矩、转速和功率都是负值；

第四象限是指电动机的反向制动状态，这是转速和功率是负，而转矩是正的。

单独对于电机来说，所谓四象限是指其运行机械特性曲线在数学轴上的四个象限都可运行。第一象限正转电动状态，第二象限回馈制动状态，第三象限反转电动状态，第四象限反转制动状态。能够具有使得电机工作在四象限的变频器才称得上四象限变频器。

简单的说，两象限普通变频器只能拖动电动机正转或者反转。工作于一和三象限。电动机惰走时的动能只能浪费掉。（指电动机的制动）

四象限变频器不仅能拖动电动机正反转，并且能把电动机惰走时的动能转换成电能回馈到电网。使电动机工作在发电机状态。多用于一些提升的场合。

四和二象限变频的区别及判断

1、两象限普通变频器只能拖动电动机正转或者反转。工作于一和三象限。电动机惰走时的动能只能浪费掉。

2、四象限变频器不仅能拖动电动机正反转，并且能把电动机惰走时的动能转换成电能回馈到电网。使电动机工作在发电机状态。多用于一些提升的场合。

3、四象限变频器就是除了正反转外还能控制，实现能量反馈回电网的变频器。两象限指的就是普通的控制速度的变频器。内部除了控制方式不同外，硬件方面主要就是4个象限变频器整流和逆变电路都使用可双向导通的半导体元件，一般是IGBT。而两象限的整流部分一般是晶闸管或二极管。

4、怎样判断？

你不接电，只转动电机（此时电机处于发电机状态），拿万用表测量变频器的输出端有无电压输出，这样估计就可以行得通。

四象限变频器的工作原理与运行

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变频器的四象限

什么是变频器的四象限运行？

1、四象限，用两个正交的数轴把平面分成四个部分，分别为四象限。

2、两个数轴分别赋予不同的意义，或者代表不同意义的参数，这时四象限就分别表示参数变化时物体运动或变化的四个状态；

3、凡是运动或变化的状态可以用两个独立的具有相反意义的参数描述的，其状态都可以用四象限来描述；如果是三个参数就不是四象限，而是8象限了；

4、比如，用4象限描述电机的运行状态：首先确定两个参数，一个是转子受的电磁转矩m用Y轴，一个是运转方向n用X轴，那么四象限分别描述电机的四个运行状态分别是：

①象限为正转电动状态；

②象限为反转制动发电状态；

③象限为反转电动状态；

④象限为正转制动发电状态；

5、比如，用4象限描述整流器的运行状态：首先确定两个参数，一个是变流方向用Y轴，一个是直流电压的极性用X轴，那么四象限分别描述整流器的四个运行状态分别是：

①象限为正极性整流状态；

②象限为反极性整流状态；

③象限为反极性逆变状态；

④象限为正极性逆变状态；

6、比如，用4象限描述变频器的运行状态：首先确定两个参数，这时你发现有问题了，变频器的运行状态指什么，变流方向？还是电机的四个状态？整流器的四个状态？逆变器的四个状态？

所以定义不同，四象限的意义不同。如果结合电动机的状态，确定两个参数，一个是变流方向用Y轴，一个是电机运转方向n用X轴，那么变频器的四象限分别描述是：

①象限为正转电动状态；

②象限为反转电动状态；

③象限为反转发电回馈状态；

④象限为正转发电回馈制动状态。

7、两个坐标数轴的意义不同，四象限描述的状态意义不同。

四象限变频器的工作原理

当电机工作在电动状态的时候，整流控制单元的DSP产生6路高频的PWM脉冲控制整流侧的6个IGBT的开通和关断。IGBT的开通和关断与输入电抗器共同作用产生了与输入电压相位一致的正弦电流波形，这样就消除了二极管整流桥产生的6K±1谐波。功率因数高达99%。消除了对电网的谐波污染。此时能量从电网经由整流回路和逆变回路流向电机，变频器工作在第一、第三象限。当电动机工作在发电状态的时候，电机产生的能量通过逆变侧的二极管回馈到直流母线，当直流母线电压超过一定的值，整流侧能量回馈控制部分启动，将直流逆变成交流，通过控制逆变电压相位和幅值将能量回馈到电网，达到节能的效果。此时能量由电机通过逆变侧、整流侧流向电网。变频器工作在二、四象限。输入电抗器的主要功能是电流滤波。

四象限变频器的系统构成

主回路的构成：预充电电路，输入电抗、智能功率模块，电解电容和输出电抗。

各部分的功能列举如下：预充电电路：由交流接触器、功率电阻组成及相应的控制回路。主要功能是系统上电时，完成对直流母线电容的预充电。避免上电时强大的冲击电流烧坏功率模块。

输入电抗器：电动状态下起储能作用，形成正弦电流波形。回馈状态下，起滤波作用，滤掉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、电流检测以及各种保护监测功能。

电解电容：储能，滤波。

输出电抗：降低输出dv/dt，对电机起到一定的保护作用。

控制部分组成：系统辅助电源模块，预充电控制，功率接口板，DSP控制板及人机接口板。

系统辅助电源产生系统控制所需的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。

功率接口板反馈系统控制所需的电流信号，电压信号及温度信号，并且传递PWM控制波形到驱动板。接口板要对信号进行滤波处理。

DSP控制板完成整流，逆变PWM控制算法，系统的大脑。人机接口板显示变频器运行的各种状况以及用户参数输入。

通俗讲解四象限变频

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；