把電機的運行速度方向用一條數軸X來表示，數軸的正方向代表正轉的轉速，反方向表示反轉的轉速；把電機的電磁轉矩方向用一條數軸Y來表示，數軸的正方向代表正的電磁轉矩，反方向表示負的電磁轉矩；構成一個平面坐標系XOY，那么電動機正常電動狀態(tài)處在
第一象限（正轉、電動），發(fā)電（制動）再生運行在第二象限（正轉、發(fā)電）。電梯曳引電動機由于正常狀態(tài)就不斷正、反轉，上、下行都有可能電動或發(fā)電，處于四象限運行狀態(tài)，各個狀態(tài)能量轉換方向不同。用四象限來描述電機運行狀態(tài)，和用熟悉的正、反轉，電動、發(fā)電描述是一樣的道理。
四象限變頻器原理圖
單獨對于電機來說，所謂四象限是指其運行機械特性曲線在數學軸上的四個象限都可運行。第一象限正轉電動狀態(tài)，第二象限回饋制動狀態(tài)，第三象限反轉電動狀態(tài)，第四象限反接制動狀態(tài)。能夠具有使得電機工作在四象限的變頻器才稱得上四象限變頻器。
在上個世紀80年代末，交流變頻調速逐漸登上了工業(yè)傳動調速方式的歷史舞臺。變頻調速在調速范圍、調速精度、控制靈活、工作效率、使用方便等方面都有很大的優(yōu)點，使變頻調速成為最有發(fā)展前途的一種交流調速方式。普通的變頻器大都采用二極管整流橋將交流電轉化成直流，然后采用IGBT逆變技術將直流轉化成電壓頻率皆可調整的交流電控制交流電動機。這種變頻器只能工作在電動狀態(tài)，所以稱之為兩象限變頻器。由于兩象限變頻器采用二極管整流橋，無法實現能量的雙向流動，所以沒有辦法將電機回饋系統的能量送回電網。在一些電動機要回饋能量的應用中，比如電梯，提升，離心機系統，只能在兩象限變頻器上增加電阻制動單元。將電動機回饋的能量消耗掉。另外，在一些大功率的應用中，二極管整流橋對電網產生嚴重的諧波污染。IGBT功率模塊可以實現能量的雙向流動，如果采用IGBT做整流橋，用高速度、高運算能力的DSP產生PWM控制脈沖。一方面可以調整輸入的功率因數，消除對電網的諧波污染，讓變頻器真正成為“綠色產品”。另一方面可以將電動機回饋產生的能量反送到電網，達到徹底的節(jié)能效果。
四象限變頻器的典型應用是具有位勢負載特性的場合，例如提升機，機車牽引，油田磕頭機，離心機等。在一些大功率的應用中，也需要四象限變頻器以減小對電網的諧波污染。以提升機的應用為例，當提升重物時，四象限變頻器拖動電機克服重力做工，電動機處于電動狀態(tài)。當下放重物時，逆變側產生勵磁電流，重力牽引電機發(fā)電，電動機處于發(fā)電狀態(tài)。勢能轉化為電能通過整流側回饋的電網。
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