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 может обрабатывать только ограниченное количество напряжения, прежде чем привод зарегистрирует ошибку 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 ”с четырьмя квадрантами» 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 он восстанавливается на шине и передается на другой инвертор, его не нужно преобразовывать. В любом случае — независимо от того, подается ли она обратно к источнику или на общую шину — выработанная энергия используется повторно, а не полностью теряется на нагрев, 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 питание только в одном направлении (поступающее на двигатель) и не способны передавать питание обратно к источнику переменного тока. Включение IGBT в 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 капитального ремонта, являются хорошими кандидатами для использования рекуперативных приводов. Примерами могут служить наклонные конвейеры (постоянное замедление), лифты и маховики. Но на самом деле большинство приложений восстанавливают энергию на некоторых этапах своей работы.

“Капитальный ремонт” означает, что груз движется быстрее, 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.