對於工業中使用大功率電動機的場合，若要節能和提高效率，通常我們會問以下兩個問題：應用哪一種控制策略可以使變頻驅動電機的損耗最小而效率最高？怎樣才能使生產機械儲存的能量及時高效地回饋到電網？我們的答案是：第一個環節通過變頻調速技術及其優化控制技術實現“按需供能”，即在滿足生產機械速度、轉矩和動態響應要求的前提下，盡量減少變頻裝置的輸入能量，使電機的損耗小而效率高；第二個環節是將由生產機械中儲存的動能或勢能轉換而來的電能及時地、高效地“回收”到電網，即通過有源逆變裝置將再生能量回饋到交流電網，一方面是節能降耗，另一方面是實現電動機的精密製動，提高電動機的動態性能。因此，採用變頻調速技術是節能降耗、改善控制性能、提高產品產量和質量的重要途徑，已在應用中取得了良好的應用效果和顯著的經濟效益。
2. 能量回饋裝置在國內的應用現狀
2.1 再生能量的處理方式
為了解決電動機處於再生髮電狀態產生的再生能量，德國和日本的公司都研製推出了電機四象限運行的變頻器或電源再生裝置，將再生能量回饋到電網中。但這些裝置普遍存在的問題是這些裝置價格昂貴，再加上一些產品對電網的要求很高，不適合我國的國情。而國內在中小容量系統中大都採用能耗制動方式，即通過內置或外加製動電阻的方法將電能消耗在大功率電阻器中，實現電機的四象限運行，該方法雖然簡單，但缺點是顯而易見的： (1) 浪費能量，降低了系統的效率；(2) 電阻發熱嚴重，影響系統的其他部分正常工作；(3) 簡單的能耗制動有時不能及時抑制快速制動產生的泵升電壓，限制了製動性能的提高。
2.2 通用變頻器在應用中存在的問題
通用變頻器大都為電壓型交-直-交變頻器。三相交流電首先通過二極管不控整流橋得到脈動直流電，再經電解電容濾波穩壓，最後經無源逆變輸出電壓、頻率可調的交流電給電動機供電。這類變頻器效率高、精度高、調速範圍寬，所以在工業中獲得廣泛應用。但是通用變頻器不能直接用於需要快速起、制動和頻繁正、反轉的調速系統，如高速電梯、礦用提昇機、軋鋼機、大型龍門刨床、捲繞機構張力系統及機床主軸驅動系統等。因為這種系統要求電機四象限運行，當電機減速、制動或者帶位能性負載重物下放時，電機處於再生髮電狀態。由於二極管不控整流器能量傳輸不可逆，產生的再生電能傳輸到直流側濾波電容上，產生泵升電壓。而以IGBT為代表的全控型器件耐壓較低，過高的泵升電壓有可能損壞開關器件、電解電容，甚至會破壞電機的絕緣，從而威脅系統安全工作，這就限制了通用變頻器的應用範圍。
3. 能量回饋技術的新發展— 高壓變頻雙PWM控制技術
綜上所述，為了消除通用變頻器對電網的諧波污染並提高功率因數，實現電機的四象限運行，並克服傳統制動方法的並聯電阻消耗能量造成的浪費，在變頻器整流電路中採用自關斷器件進行PWM控制，可使電網側的輸入電流接近正弦波並且功率因數達到1，消除網側諧波污染，能量雙向流動，使電機四象限運行；同時對於各種調速場合，使電機很快達到速度要求，動態響應快。如圖１所示。雙PWM控制技術的工作原理：①當電機處於拖動狀態時，能量由交流電網經整流器中間濾波電容充電，逆變器在PWM控制下將能量傳送到電機；②當電機處於減速運行狀態時，由於負載慣性作用進入發電狀態，其再生能量經逆變器中開關元件和續流二極管向中間濾波電容充電，使中間直流電壓升高，此時整流器中開關元件在PWM控制下將能量回饋到交流電網，完成能量的雙向流動。同時由於PWM整流器閉環控製作用，使電網電流與電壓同頻同相位，提高了系統的功率因數，消除了網側諧波污染。其優點是製動力矩大，調速範圍寬，動態性能好。
圖1 能量回饋裝置的雙PWM拓撲結構
4. 變頻調速能量回饋裝置在煤礦提昇機中的應用
圖2為典型的煤礦提昇機高壓變頻器系統。提昇機採用能量回饋制動方式，被控電動機可急起急停，在提升減速和重物下放過程，慣量越大，回饋能量越大，可產生不低於80％額定功率的能量回饋。具有以下控制性能：
1） 實現電機軟啟動，起動力矩和低速轉矩大；
2） 在電網波動±20%範圍內，恆轉矩提升，使負載提升不受電網波動影響；
3） 實現無級調速，提昇機按“S”速度曲線運行，啟動和停止過程平穩，加速和運行平滑，減少機械衝擊；
4） 制動安全可靠，實現能耗制動或回饋制動、直流制動，並配合機械抱閘制動；
5） 四象限運行，實現再生能量回饋，並控制功率因數為1；
6） 完整、可靠的變頻器自身保護及提昇機安全防護。
圖2 典型煤礦提昇機高壓變頻器系統
據相關資料，我國礦井提昇機使用變頻技術進行節能改造，節約電費和設備維修費，潛力巨大。
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