变频调速系统的四象限运行

    所谓四象限运行，是指拖动系统的工作点有可能出现在坐标系的四个象限中。电动机在不同象限中的工作状态是不一样的，如图4-26所示。    1．四个象限的工作特点    (1)第Ⅰ象限。是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，大多数正向运行状态都在第1象限。    (2)第Ⅱ象限。电动机的转速是正方向的，但电磁转矩却是“-”的，说明是制动转矩。所以，电动机处于正向制动状态。因为制动状态是要把电动机在较高转速时的动能消耗掉，所以，功率为“-”值。    (3)第Ⅲ象限。是电动机的反向拖动状态，这时：电动机的转矩、转速都是“-”值，但功率是正的，说明是电动机在做功。拖动系统在反转运行时，其工作点在第Ⅲ象限。    (4)第Ⅳ象限。是反向制动状态。这时：电动机正在反转，转速足“-”的，但电磁转矩却是“+”的，故功率为“-”值。
    图4-26    电动机在四个象限中    2．起升过程中电动机的工作状态    (1)重物上升。重物的上升，完全是电动机正向转矩作用的结果。这时，电动机的旋转方向与转矩方向相同，处于电动机状态，其机械特性在第1象限，如图4-27b中之曲线②和所示（曲线①是负载的机械特性），工作点为Q1点，同步转速为n01；
    图4-27    重物上升时的工作点    a)重物上升b）工作点    当通过降低频率而减速时，在频率刚下降的瞬间，机械特性已经切换至曲线③了，工作点由Q1点跳变至Q′点，进入第Ⅱ象限，电动机处于再生制动状态（发电机状态），其转矩变为反方向的制动转矩，使转速迅速下降，并重又进入第一象限，至Q2点时，又处于稳定运行状态，Q2点便是频率降低后的新的工作点，这时，同步转速已降为n02。
    图4-28    空钩下降时的工作点    a)空钩下降b）工作点
    图4-29    重载下降时的工作点    a)重载下降b）工作点    (2)空钩（包括轻载）下降。空钩（或轻载）时，由于受减速机构摩擦转矩的阻碍，重物自身将不能下降，必须由电动机反向运行来实现。电动机的转矩和转速都是负的，故机械特性曲线在第Ⅲ象限，如图4-28中之曲线②，工作点为Q1点，同步转速为n01；    当通过降低频率而减速时，在频率刚下降的瞬间，机械特性已经切换至曲线③，工作点由Q1点跳变至Q′点，进入第Ⅳ象限，电动机处于反向的再生制动状态（发电机状态），其转矩变为正方向，以阻止重物快速下降，所以也是制动转矩，使下降的速度减慢，并重义进入第三象限，至Q2点时，又处于稳定运行状态，Q2点便是频率降低后的新的工作点，这时，同步转速为702。    (3)重载下降。重载下降时，雨物自身的重力将超过摩擦转矩，具有依靠自重而下降的能力，电动机的旋转速度将超过同步转速而进入再生制动状态。电动机的旋转方向是反转（下降）的，但其转矩的方向却与旋转方向相反，是正方向的，其机械特性如图4-29b所示，工作点为Q点，转速为nX。这时，电动机的作用是防止重物由于重力加速度的原因而不断加速，达到使重物匀速下降的目的。在这种情况下，摩擦转矩也将阻碍重物下降，故重物在下降时构成的负载转矩比上升时小。