回生ブレーキ

鉄道

鉄道においては、一部の電気機関車とチョッパ制御・界磁添加励磁制御・VVVFインバータ制御の電車で用いられている。主電動機で発電し、発生した電気エネルギーは架線や第三軌条（以下、電力供給線を架線とする）に戻される。変電所で熱エネルギーに変換して捨ててしまう場合も一般的に回生ブレーキと呼んでいる。回生ブレーキは発電ブレーキの一種であるが、車両からこれらに電気を戻すものを回生ブレーキ、自車内で抵抗器等により熱エネルギーに変換して捨ててしまうものを発電ブレーキと呼び、区別している。
直流直巻電動機を発電機とした場合、高速域では高電圧が発生するが、低速域では電圧が下がってくる、発電ブレーキでは、抵抗器を利用して発電電圧に応じて抵抗値を変化させて発電電圧を一定にして、安定したブレーキ力を得られるようにしているが、発生した電気を架線に戻す回生を行う場合には、発電電圧を架線の電圧よりやや高めしていなければならない。発電機の発生電圧は、回転数と磁界の強さに比例することから、固定子の界磁コイルの電流を制御することで界磁コイルの強さを変化させて、回転数が変化しても発生電圧が一定となる界磁制御方式とすることで、電機子チョッパ制御では回路を組み換えることで直流直巻電動機の直巻界磁コイル、界磁チョッパ制御では複巻電動機の分巻界磁コイル、界磁添加励磁制御では直流直巻電動機の直巻界磁コイルに流れる電流をそれぞれ制御することで、電動機の発生電圧を一定にしている。
回生ブレーキを使用することにより、列車の消費電力を削減（力行時と制動時で相殺）できるほか、フラット発生による乗り心地悪化の抑止や、特に摩擦ブレーキ（空気ブレーキなどの基礎ブレーキ）として踏面ブレーキを採用している車両においては、タイヤ摩耗率の抑制や長い下り勾配区間などでの過熱によるタイヤ弛緩の阻止が期待でき、また地下トンネル内の温度上昇の問題も軽減できる。技術の進歩でさらに摩擦ブレーキ使用率の低下（純電気ブレーキを参照）が実現したことにより、近年登場している新形の電気車（電気機関車と電車）のほとんどが、この回生ブレーキを採用している。
ただし、回生ブレーキを使うためには、車両から送り返される側の電圧が架線側より高くなければ十分な電力回生を行うことができず、ブレーキ性能が低下する現象（回生失効）が発生してしまうため、負荷となる変電所内設備や他の電車（列車）が一定以上必要となる。また、変電所・架線等の事故や集電装置破損時には回路が絶たれるために使用できなくなる問題がある。そのため、他の列車が電力を消費する確率が低く、送電設備にかけるコストも限られるローカル線や、特に安定したブレーキ性能の要求される路面電車や急勾配線等では、あえて発電ブレーキを採用したり、回生ブレーキを採用する場合にも発電ブレーキと併用することが多い。
発電ブレーキを併設している車両には、ある程度速度が落ちると回生ブレーキから発電ブレーキに切り替えるタイプ（近畿日本鉄道の車両など）と、回生ブレーキを使いながら、架線に回生できない余分な電力を発電ブレーキで消費させるブレーキチョッパタイプ（JR東海313系電車、JR東海383系電車、JR東日本651系電車、JR東日本E257系電車、岡山電気軌道9200形電車など）とがある。また、架線電圧が安定しない場合でも、安定した回生ブレーキを生み出す特徴を持つベクトル制御の車両も出てきている。
交流電化においては比較的変電所の回路が簡単（降圧のみで整流を行わない）で、架線から変電所を通し、電源側への回生も容易である。また、き電区間が長いため（距離が長くなれば列車本数も多くなる）、発生した電力を他の車両が消費する機会も多い。もっとも、国鉄時代に技術が確立された日本の交流車両や交直流車両は、直巻整流子電動機を動力に用いる直流車両に（変圧器と）整流回路を追加した方式である。すなわち、交流側に電力を戻すには、車両側から架線側に周波数と電圧の位相に合わせた電気を架線に戻さなければならないため、可逆コンバータ（インバータ機能を持つ整流回路）を搭載する必要があり、最近まで回生ブレーキはあまり用いられていなかった。近年の半導体の電力変換技術の進歩によって、PWMコンバータにより架線側の周波数と電圧の位相に合わせた電気を架線に戻すことが容易になり、交流区間でも回生ブレーキが一般に使用されるようになった。
気動車でもハイブリッド方式である東日本旅客鉄道のキハE200形は回生ブレーキを採用している。下記の「自動車」と同様に、回生負荷を自車の蓄電池としているが、余剰分のブレーキ力も一旦電力として回収し、発電機をモーターとして作動させ、エンジンを排気ブレーキモードで回す（抗力をより大きくする）ことにより余剰電力を消費している。

自動車

電気自動車（三菱・i-MiEV、日産・リーフなど）やハイブリッドカー（トヨタ・プリウス、ホンダ・インサイトなど）で使われる。
タイヤの回転を使いモーターで電力を発生させ、車両に搭載した蓄電池を充電し、加速時の電力とする。構造は、インバータによる可変電圧可変周波数制御（VVVF）を搭載した鉄道車両と同じで、回生負荷が蓄電池に変わるものである。ただし、頻繁な高深度充電は電池の寿命を著しく短くするため、回生電力量は抑えられている。また、ハイブリッドカーのうち、エンジンとタイヤが機械的につながっている車両（パラレル式、スプリット式など、エンジンも駆動力とするもの）ではエンジンブレーキも併用される。
この他、1990年代後半ごろから電気自動車やハイブリッドカー以外の一般的な内燃機関自動車においても、オルタネーターを特に減速時に高負荷で稼働させることで加速時、巡航時の稼働負荷を抑え、燃費を向上させるものが存在する(充電制御)。
モータースポーツの世界でも、2009年よりF1において導入された運動エネルギー回生システム（KERS）の実装の一つとして、回生ブレーキ型の電気システムがレースで使用されている。但しシステムの重量が約30kgと、マシンの総重量が600kg程度のF1マシンにおいては大きな割合を占め、KERS搭載時にはマシンの重量配分が大きく制約を受けるため、当初はコースやチームのレース戦略によって搭載の可否が選択されていたが、2014年以降は全車が常時搭載している。またFIA 世界耐久選手権（WEC）でもLMP1-Hクラスの車が回生ブレーキ型のシステムを搭載している。スーパーフォーミュラでも、KERSに相当する機能を持つ「System-E」を導入する計画があるが、具体的な時期は未定。

電動アシスト自転車

一部のメーカーで発売されている電動アシスト自転車には、制動時に発生した電力を蓄電池に充電し、補助できる距離を伸ばすものがある（三洋電機・エネループバイク）。

エレベーター

エレベーターの場合は、ある程度大型のものでは電動機で発生した回生電力を電力系統に逆流させるかたちで返してしまうが、マンションなどに設置される一般的なものでは、回生電力を抵抗器に流して熱エネルギーとして捨ててしまう発電ブレーキの方が一般的である。これは、発生する回生電力が鉄道車両などに比べ小さく、電力系統に逆流させる可逆コンバータを設置するコストに引き合わないからである。三菱電機の製品には回生電力を蓄電池に貯蔵し、停電時に短時間ながら運転を継続できる非常電源として使用するもの（商品名：エレセーブ）もあるが、これも一般的ではない。

打ち切り

回生ブレーキには主電動機の逆起電力が有効な電圧を得られなくなり、制動を終了する「打ち切り」がある。これも「回生失効」の一部とされる場合があるが、「打ち切り」は単純に抵抗器で電力を消費させる発電ブレーキにも存在する。
通常、複巻電動機の方がこの「打ち切り」速度が高い。そのため、一般に直巻電動機を使用する電機子チョッパ制御に比べて、複巻電動機を使用する界磁チョッパ制御の方が、理論上は回生効率が低い。
しかし、複巻電動機の場合、界磁調整器によって逆起電力を積極的に上げていくことができるため、架線電圧が比較的高い状況でも有効電圧を架線に返していることが多い。それに対し、電機子チョッパ制御では、主電動機の状態によっては単に逆電圧をぶつけているだけの状態になってしまうことがあり、制動力は確保できても電力を架線に返していないことが多く、実際の運用では界磁チョッパ制御の方が回生効率が高いと言われている。また、これを直巻電動機に応用した磁気増幅器による直巻主電動機の界磁率調整制御（直巻他励界磁制御）や界磁添加励磁制御も多用されてきた。
「打ち切り」が発生すると、それまで効いていた電気ブレーキが切れ、他のブレーキに切り替わる（またはその分他のブレーキを強める）ため、その瞬間衝動が発生する。
インバータ制御技術が発達した近年では主電動機として三相誘導電動機が主に用いられるようになり、回生ブレーキ打ち切り後にモーターに入力する三相交流電流とモーターの回転子相互の位相回転量を調整して車両を停める純電気ブレーキに切り替え、機械ブレーキの動作頻度を極力抑えたり、滑らかに減速、停止できるようにした車両が増えている。また、原理的には近年採用の始まった三相永久磁石同期電動機においても純電気ブレーキを実現する事が可能である。