Основное назначение двигателя — преобразовывать электрическую энергию в механическую. Но когда синхронная частота вращения двигателя меньше частоты вращения ротора, двигатель действует как генератор и преобразует механическую энергию в электрическую. Эта энергия обычно подается обратно в конденсаторы шины постоянного тока, но шина может обрабатывать только ограниченное количество напряжения, прежде чем привод зарегистрирует ошибку перенапряжения шины. Регенерация дает этой энергии куда-то деваться.

Термин “регенерация” был введен в общий лексикон несколько десятилетий назад с массовым производством гибридных электромобилей (HEV). В HEV энергия, вырабатываемая при торможении (рекуперативная энергия), используется для зарядки аккумуляторов.

Рекуперативные приводы позволяют двигателям создавать положительный или отрицательный крутящий момент при прямом или обратном вращении. Это называется “четырехквадрантной” операцией и изображено на рисунке ниже. Регенерация происходит в квадрантах II и IV, где направление крутящего момента противоположно направлению вращения двигателя (вращение по часовой стрелке с крутящим моментом против часовой стрелки или вращение против часовой стрелки с крутящим моментом по часовой стрелке).

Когда двигатель работает в одном из этих двух режимов, регенеративный привод может принимать электрическую энергию, вырабатываемую двигателем, и подавать ее обратно к источнику питания переменного тока или к общей шине, которая питает два или более привода. Общая шина обеспечивает дополнительную экономию энергии за счет того, что питание преобразуется из переменного тока в постоянный только один раз. Когда он восстанавливается на шине и передается другому инвертору, его не нужно преобразовывать. В любом случае — независимо от того, подается ли она обратно к источнику или на общую шину — генерируемая энергия используется снова, а не полностью теряется в виде тепла, как в случае с традиционным динамическим тормозом.

Одним из ключевых компонентов, обеспечивающих регенерацию в приводах переменного тока, является биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT). Традиционные диоды, используемые в инверторном мосту, могут обрабатывать мощность только в одном направлении (поступающую к двигателю) и не способны передавать мощность обратно к источнику переменного тока. Включение IGBT в мост позволяет передавать энергию в обоих направлениях.

Приложения, которые связаны с частыми запусками и остановками, постоянным замедлением или капитальным ремонтом нагрузок, являются хорошими кандидатами для использования регенеративных приводов. Примерами могут служить наклонные конвейеры (постоянное замедление), лифты и маховики. Но на самом деле большинство приложений восстанавливают питание на некоторых этапах своей работы.

“Капитальный ремонт” означает, что груз движется быстрее, чем заданная скорость двигателя.

Несмотря на экономию энергии и затрат при использовании регенеративных приводов, их капитальные затраты относительно высоки по сравнению с простыми динамическое торможение системы. Следовательно, обоснование затрат на регенерацию является наиболее эффективным, когда количество энергии, подлежащей рекуперации, велико или когда стоимость рекуперированной энергии высока.