1、四象限变频器的工作原理
1.1变频器的工作原理
见图1，三相变频器的整流电路由三相全波整流桥组成，其作用是整流工频的外部电源，给逆变电路和控制电路提供所需要的直流电源。
直流中间电路的作用是对整流电路的输出波形进行平滑处理，以保证逆变电路和控制电源能够得到质量较高的直流电源。逆变电路的作用是在控制电路的控制下，将电源电路输出的直流电源转换为频率和电压都任意可调的交流电源，其输出是变频器的输出，用来实现对异步电动机的调速控制。
变频器控制电路包括主控制电路、信号检测电路、门极（基极）驱动电路、外部接口电路及保护电路等部分。控制电路的作用是将检测电路得到的各种信号送至运算电路，使运算电路能够根据要求为变频器主电路提供门极l基极3驱动信号，并对变频器及异步电动机提供必要的保护。
1.2四象限变频器的工作原理
将整流电路由全波整流桥改为由IPM（智能功率模块）构成的可控整流桥。当电机处于电动状态时，四象限变频器的控制与2象限变频器的工作完全一样。当电动机处于发电状态时，四象限变频器中原逆变电路将作为整流电路工作，而原整流电路则作为逆变电路工作，相当于变频器向电网同馈能量。
1.3能量回馈原理
四象限变频器输入的交流电都是三相的，电网电压可用电压向量来表示，它既有幅值又有角度。角度概念为：“没有对电网电压进行任何控制，故可将它视为0°，并以其为参考对其他相关量进行度量”。在图2中，电网电压为1条水平线（角度为0°），电网电压向量按照电网频率旋转，亦即其每秒钟旋转50或60个360°，具体取决于当地的电网频率。用l条固定的线来表示输入电压向量很方便，并在需要时可按比例从数学的角度严格表示其幅值。
在图2中，逆变电压为三相电压，在相位上超前电网电压（约20°），其幅值比输入电压大。
在四象限变频器系统中，电网电压与逆变器输出电压间串有输入电抗器。其两端电压为电网电压向量与逆变器输出电压向量的差，图中它用l条垂直线来表示，恰好与输入电压向量成90°。
电抗器中的电流滞后于其两端电压90°，说明电抗器中的电流方向与电网电压的方向相同。由于输入电压和电抗器中的电流之间的夹角是0°（两者同相），故系统的功率因数为1。
四象限变频器能够控制其输出电压在圆形的任何一点，表示输入电流可被控制为任意需要的大小和方向，故系统可在任何功率因数下工作。同样，系统可控制输入电流反相使系统工作在再生状态，或控制其与输入电压成90°使系统仅提供无功电流。由此可见，四象限变频器可通过自动控制其输出电压的大小和方向同时实现上面2种功能，从而实现能量的传输，也可得到相应的无功电流以获得所期望的功率因数。
在正常运行时，四象限变频器通过内置PID控制器动态调整输入电流使直流母线电压稳定在预设值上，用户可自行设定其无功电流的数值。在交直流之间进行双向能量传输、功率因数达到l的应用中，将无功电流的参考值设为0。
2、应用实例
晋城煤矿赵庄2号井东胶大巷下运带式输送机采用液力偶合器装置时，在启动、运行、制动中都出现电机失控状态，且出现事故需紧急停车时，电动机停止运转后，胶带靠自身重力使输送机继续快速运行，造成事故扩大和机头堆料等。虽能通过制动闸进行制动，但对机械装置的冲击及磨损非常大，且会因制动力过大不可避免地损伤胶带接头和机械设备，影响整条胶带的寿命。
该机的基本参数：带式输送机长度1023 m；带宽1 000 mm；带速3.15m/s；运量750t/h；倾角-5°、-8°、- 10°，0°；提升高度-120 m；减速器型号M3RSF70 (SEW)；驱动滚筒直径∮1000mm；变频电动机三相660 V/200 kW 2台（1台备用）；拉紧形式液压拉紧；配置输入电抗器箱(250 kW)，2台；防爆型四象限变频调速装置(250 kW)，2台。
3、2种方式的比较
3.1启动过程
采用液力偶合器启动装置时，由于带式输送机依靠物料重力自行运行，系统处于失控状态。而采用四象限变频器时，带式输送机完全在变频器控制的频率及速度下运行。因变频器采用了矢量控制技术，故具有较大启动力矩（0.5 Hz时即可达到2倍的额定力矩），可保证重载启动要求。
3.2运行过程
在四象限变频器运行过程中，并非电机超过l520 r/min时才为发电状态，其运行中随时都可能产生短时或长时负功，电机达到l520 r/min时系统处于超速状态。采用液力偶合器起动装置时负功通过机械装置或由电机发热来消耗，采用变频器则随时将产生的负功回馈到电网中。通过控制电动机的运行频率，系统不会超速，更安全可靠。
3.3制动过程
液力偶合器起动装置无论在正功还是在负功下，均不能控制电机速度，完全靠机械装置或电机发热使系统停机，故制动过程是不可控的。
3.4负功
四象限变频器随时监测负功的产生，将负功回馈电网，同时可以实现系统运行中正功到负功及负功到正功过程的平稳控制。
4、应用效果
解决了带式输送机运输过程中的负功问题，能量回馈电网。解决了带式输送机运行过程中的速度失控问题，实现了其运行全过程的起、制动和速度控制，保证了设备的正常运行。解决了机械系统及电气系统的冲击问题，延长了使用寿命。无级调速特性使带式输送机起动及停止过程非常平稳，减少了胶带打滑、跑偏、洒料等现象，保障了生产正常进行，降低了工人劳动强度。
