1、四象限變頻器的工作原理
1.1變頻器的工作原理
見圖1，三相變頻器的整流電路由三相全波整流橋組成，其作用是整流工頻的外部電源，給逆變電路和控制電路提供所需要的直流電源。
直流中間電路的作用是對整流電路的輸出波形進行平滑處理，以保證逆變電路和控制電源能夠得到質量較高的直流電源。逆變電路的作用是在控制電路的控制下，將電源電路輸出的直流電源轉換為頻率和電壓都任意可調的交流電源，其輸出是變頻器的輸出，用來實現對異步電動機的調速控制。
變頻器控制電路包括主控制電路、信號檢測電路、門極（基極）驅動電路、外部接口電路及保護電路等部分。控制電路的作用是將檢測電路得到的各種信號送至運算電路，使運算電路能夠根據要求為變頻器主電路提供門極l基極3驅動信號，并對變頻器及異步電動機提供必要的保護。
1.2四象限變頻器的工作原理
將整流電路由全波整流橋改為由IPM（智能功率模塊）構成的可控整流橋。當電機處于電動狀態時，四象限變頻器的控制與2象限變頻器的工作完全一樣。當電動機處于發電狀態時，四象限變頻器中原逆變電路將作為整流電路工作，而原整流電路則作為逆變電路工作，相當于變頻器向電網同饋能量。
1.3能量回饋原理
四象限變頻器輸入的交流電都是三相的，電網電壓可用電壓向量來表示，它既有幅值又有角度。角度概念為：“沒有對電網電壓進行任何控制，故可將它視為0°，并以其為參考對其他相關量進行度量”。在圖2中，電網電壓為1條水平線（角度為0°），電網電壓向量按照電網頻率旋轉，亦即其每秒鐘旋轉50或60個360°，具體取決于當地的電網頻率。用l條固定的線來表示輸入電壓向量很方便，并在需要時可按比例從數學的角度嚴格表示其幅值。
在圖2中，逆變電壓為三相電壓，在相位上超前電網電壓（約20°），其幅值比輸入電壓大。
在四象限變頻器系統中，電網電壓與逆變器輸出電壓間串有輸入電抗器。其兩端電壓為電網電壓向量與逆變器輸出電壓向量的差，圖中它用l條垂直線來表示，恰好與輸入電壓向量成90°。
電抗器中的電流滯后于其兩端電壓90°，說明電抗器中的電流方向與電網電壓的方向相同。由于輸入電壓和電抗器中的電流之間的夾角是0°（兩者同相），故系統的功率因數為1。
四象限變頻器能夠控制其輸出電壓在圓形的任何一點，表示輸入電流可被控制為任意需要的大小和方向，故系統可在任何功率因數下工作。同樣，系統可控制輸入電流反相使系統工作在再生狀態，或控制其與輸入電壓成90°使系統僅提供無功電流。由此可見，四象限變頻器可通過自動控制其輸出電壓的大小和方向同時實現上面2種功能，從而實現能量的傳輸，也可得到相應的無功電流以獲得所期望的功率因數。
在正常運行時，四象限變頻器通過內置PID控制器動態調整輸入電流使直流母線電壓穩定在預設值上，用戶可自行設定其無功電流的數值。在交直流之間進行雙向能量傳輸、功率因數達到l的應用中，將無功電流的參考值設為0。
2、應用實例
晉城煤礦趙莊2號井東膠大巷下運帶式輸送機采用液力偶合器裝置時，在啟動、運行、制動中都出現電機失控狀態，且出現事故需緊急停車時，電動機停止運轉后，膠帶靠自身重力使輸送機繼續快速運行，造成事故擴大和機頭堆料等。雖能通過制動閘進行制動，但對機械裝置的沖擊及磨損非常大，且會因制動力過大不可避免地損傷膠帶接頭和機械設備，影響整條膠帶的壽命。
該機的基本參數：帶式輸送機長度1023 m；帶寬1 000 mm；帶速3.15m/s；運量750t/h；傾角-5°、-8°、- 10°，0°；提升高度-120 m；減速器型號M3RSF70 (SEW)；驅動滾筒直徑∮1000mm；變頻電動機三相660 V/200 kW 2臺（1臺備用）；拉緊形式液壓拉緊；配置輸入電抗器箱(250 kW)，2臺；防爆型四象限變頻調速裝置(250 kW)，2臺。
3、2種方式的比較
3.1啟動過程
采用液力偶合器啟動裝置時，由于帶式輸送機依靠物料重力自行運行，系統處于失控狀態。而采用四象限變頻器時，帶式輸送機完全在變頻器控制的頻率及速度下運行。因變頻器采用了矢量控制技術，故具有較大啟動力矩（0.5 Hz時即可達到2倍的額定力矩），可保證重載啟動要求。
3.2運行過程
在四象限變頻器運行過程中，并非電機超過l520 r/min時才為發電狀態，其運行中隨時都可能產生短時或長時負功，電機達到l520 r/min時系統處于超速狀態。采用液力偶合器起動裝置時負功通過機械裝置或由電機發熱來消耗，采用變頻器則隨時將產生的負功回饋到電網中。通過控制電動機的運行頻率，系統不會超速，更安全可靠。
3.3制動過程
液力偶合器起動裝置無論在正功還是在負功下，均不能控制電機速度，完全靠機械裝置或電機發熱使系統停機，故制動過程是不可控的。
3.4負功
四象限變頻器隨時監測負功的產生，將負功回饋電網，同時可以實現系統運行中正功到負功及負功到正功過程的平穩控制。
4、應用效果
解決了帶式輸送機運輸過程中的負功問題，能量回饋電網。解決了帶式輸送機運行過程中的速度失控問題，實現了其運行全過程的起、制動和速度控制，保證了設備的正常運行。解決了機械系統及電氣系統的沖擊問題，延長了使用壽命。無級調速特性使帶式輸送機起動及停止過程非常平穩，減少了膠帶打滑、跑偏、灑料等現象，保障了生產正常進行，降低了工人勞動強度。
