Основным назначением двигателя является преобразование электрической энергии 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 постоянного тока может принять только ограниченное количество энергии, прежде чем привод отключится по ошибке перенапряжения шины. Регенерация дает этой энергии возможность куда-то направиться.

Термин “рекуперация” был введен в общий лексикон несколько десятилетий назад с началом массового производства 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 операцией ”в четырех квадрантах» и показано 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, рекуперативный привод может забирать электрическую энергию, вырабатываемую двигателем, и возвращать ее обратно к источнику переменного тока или к общей шине, которая питает два или более приводов. Общая шина обеспечивает дополнительную экономию энергии за счет того, что питание преобразуется из переменного тока в постоянный только один раз. Когда энергия рекуперируется в шину постоянного тока и передается на другой инвертор, ее не нужно преобразовывать. В любом случае — независимо от того, подается ли она обратно к источнику питания или на общую шину постоянного тока — выработанная энергия используется повторно, а не полностью теряется на нагрев, как в случае с традиционным динамическим торможением.

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 энергию источника питания только в одном направлении (в направлении к двигателю) и не способны передавать энергию обратно к источнику переменного тока. Включение IGBT в выпрямительный мост позволяет передавать энергию в обоих направлениях. Более подробно о рекуперации можно почитать в руководствах по применению производителей электроприводов.

Области применения, требующие частых запусков и остановок, постоянного замедления или регенерации, являются хорошими кандидатами для использования рекуперативных приводов. Примерами могут служить наклонные конвейеры (постоянное замедление), лифты и маховики. Но на самом деле большинство известных приложений рекуперирует энергию на некоторых этапах своей работы.

“Рекуперация” означает, что нагрузка раскручивает двигатель до скорости большей, чем заданная скорость двигателя.

Несмотря на экономию энергии и затрат на рекуперативные приводы, их капитальные затраты относительно высоки по сравнению с простыми динамическим торможением системы. Следовательно, экономически обоснованная регенерация наиболее эффективна, когда количество энергии, подлежащей рекуперации, велико или когда стоимость рекуперированной энергии высока.