进入21世纪以来,随着经济的蓬勃发展和人们生活水平的不断提高,化石能源(如石油、煤炭、天然气等)的消耗越来越大,我国面临着越来越严重的环境问题和能源危机,节能降耗已成为各工况企业亟待解决的一个重要课题。在电力行业,电机耗电约占全国电力消费的64%,其中工业耗电领域,电机能耗达75%以上,我国在“十二五”规划中,将电机系统节能改造工程作为节能工程的重中之重。近年来随着变频调速技术的蓬勃发展,在交流电机变频调速系统中挖掘新的节能方法已经成为当前的研究热点之一。而电机在工业生产中,通常需要频繁启动和制动,因此存在大量的再生制动能量。目前,多数交流电机变频控制中通常将电机制动时产生的电能经由电阻以热能的形式耗散掉,造成能量的巨大浪费,为实现电机制动时产生的能量可以二次利用,本文根据制动能量的特性,在对比多种储能方式后,选用超级电容作为储能单元回收交流电机调速系统产生的制动能量,设计了一种用于交流电机调速系统的能量回收与再利用装置。根据能量回收与再利用装置在交流电机调速系统中要实现的功能,设计了系统总体结构。分析了超级电容的充放电方式,采用数学建模阐述了超级电容恒流充放电的效率。针对交流电机的不同运行状态相应的设计了双向DC/DC变换器的工作模式,双向DC/DC变换器主电路采用非隔离交错并联拓扑结构,降低了输出电流纹波,确保电机运行稳定性。根据设定的超级电容和双向DC/DC变换器参数指标,对超级电容以和变换器中主元器件的参数进行了具体设计与选型。结合负载交流电机的实际运行特性,阐述了制动能量回收与再利用装置在不同工作模式下的控制目标;根据控制目标,分别设计了电源控制器,状态识别与模式切换控制器、双向DC/DC变换器控制器以及超级电容恒流恒压充电控制器四种控制器来实现对装置的总体协调控制。在理论分析的基础上,进行了制动能量回收与再利用装置相关硬件设计,包括状态识别与控制电路,模式识别与控制输出电路,电压、电流采样电路和双向DC/DC变换器PWM电路和IGBT模块驱动电路以及制动能量回收与再利用装置的控制接口电路,完成了交流电机调速系统制动能量回收与再利用装置的总体设计。搭建完成了功率为2k W的交流电机调速系能量回收与再利用装置实验平台,进行了超级电容充放电特性研究实验,双向DC/DC变换器升降压稳态和动态特性实验,以及交流电机调速系统能量回收与再利用装置变负载功率模拟实验,冲击验证实验,能量回收与再利用总体实验,验证了所设计能量回收与再利用装置的可行性、稳定性和动态性能。