一、定義

反電動勢，也稱為反電勢或反向電動勢，在無刷直流電機中是指：當電機轉(zhuǎn)子被外部力量（如原動機）拖動旋轉(zhuǎn)，或者電機自身作為電動機運行時，其永磁體轉(zhuǎn)子磁場切割定子繞組，從而在定子繞組中感應(yīng)出的電動勢。

這個電動勢的方向與電機通電驅(qū)動時外部電源所施加的電壓方向相反，因此被稱為“反”電動勢。

二、基本原理：法拉第電磁感應(yīng)定律

其物理基礎(chǔ)是法拉第電磁感應(yīng)定律：當閉合回路中的磁通量發(fā)生變化時，回路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。

在無刷直流電機中：

• 磁鐵：旋轉(zhuǎn)的永磁體轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個變化的磁場。

• 導體：固定的定子繞組作為導體。

• 相對運動：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，導致穿過定子繞組的磁通量發(fā)生周期性變化。

• 結(jié)果：根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場總是會阻礙引起它的磁通變化。因此，在定子繞組中感應(yīng)出的電動勢（電壓）其方向阻礙電流的流入，即與外部驅(qū)動電壓反向。

三、反電動勢的波形與關(guān)鍵特性

1. 波形：

   • 在理想的無刷直流電機中，反電動勢的波形是梯形波。這是BLDC電機得名的重要原因之一。

   • 其平頂部分對應(yīng)了轉(zhuǎn)子磁極完全面對定子繞組的時段。

   • 也有一些設(shè)計（尤其用于伺服控制）的反電動勢波形是正弦波，這類電機通常稱為永磁同步電機。

2. 幅度：

   • 反電動勢的幅度（$K_e$）與兩個因素成正比：

     • 轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速越高，磁通變化率越大，反電動勢幅度越大。計算公式為：$E = K_e \cdot \omega$

       • $E$：反電動勢幅度

       • $K_e$：反電動勢常數(shù)（單位：V/(rad/s) 或 V/kRPM）

       • $\omega$：轉(zhuǎn)子角速度

     • 轉(zhuǎn)子磁場強度：磁鐵的磁性越強，產(chǎn)生的反電動勢越大。

3. 頻率：

   • 反電動勢的頻率與電機的極對數(shù)和轉(zhuǎn)速成正比。

   • 頻率 $f = \frac{P \cdot N}{120}$，其中 $P$ 是極對數(shù)，$N$ 是轉(zhuǎn)速（RPM）。

四、反電動勢的重要性與作用

反電動勢絕非一個無用的副產(chǎn)品，它在電機的運行和控制中扮演著至關(guān)重要的角色：

1. “發(fā)電機”效應(yīng)的體現(xiàn)：
   當電機自由旋轉(zhuǎn)時，它本質(zhì)上就是一個發(fā)電機。測量其開路端子上的電壓，就是反電動勢。

2. 決定電機運行特性：
   電機在運行時，其端電壓 $V$ 必須克服反電動勢 $E$ 和繞組上的電阻壓降 $I \cdot R$。
   電壓平衡方程為：$V = E + I \cdot R$
   因此，電流 $I = \frac{V - E}{R}$

   • 當電機剛啟動時，轉(zhuǎn)速為0，反電動勢 $E=0$，此時電流（堵轉(zhuǎn)電流）。

   • 隨著轉(zhuǎn)速上升，$E$ 增大，導致 $(V - E)$ 減小，從而使電流減小。

   • 當電機空載時，電流只需很小就能克服摩擦，此時 $V \approx E$，轉(zhuǎn)速達到（空載轉(zhuǎn)速）。

3. 無傳感器控制的基礎(chǔ)：
   這是反電動勢巧妙的應(yīng)用之一。在許多無刷直流電機中，沒有位置傳感器。
   如何知道該給哪組繞組通電？
   答案是：通過檢測未通電繞組（浮空相）上產(chǎn)生的反電動勢。

   • 控制器通過監(jiān)測三相繞組中反電動勢的過零點，來推斷出轉(zhuǎn)子的位置。

   • 根據(jù)這個位置信息，控制器就能在正確的時刻進行換相，驅(qū)動電機持續(xù)旋轉(zhuǎn)。

   • 這種技術(shù)極大地簡化了電機結(jié)構(gòu)，降低了成本，提高了可靠性。

4. 轉(zhuǎn)矩常數(shù)與電壓常數(shù)的關(guān)系：
   在國際單位制中，反電動勢常數(shù) $K_e$ 和轉(zhuǎn)矩常數(shù) $K_t$ 在數(shù)值上是相等的。

   • $K_t$：產(chǎn)生單位電流所能獲得的轉(zhuǎn)矩（N·m/A）。

   • $K_e$：單位轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生的反電動勢（V/(rad/s)）。

   • 即 $K_t = K_e$。這意味著通過測量電機的反電動勢常數(shù)，你就可以知道它的轉(zhuǎn)矩常數(shù)，反之亦然。總結(jié)

簡單來說，反電動勢是電機在旋轉(zhuǎn)時自身產(chǎn)生的“反向電壓”，它既是電機能量轉(zhuǎn)換的必然結(jié)果，也是智能控制電機（尤其無傳感器控制）的關(guān)鍵信息來源。

一、定義

1. 無載運行

   • 定義：變壓器側(cè)（初級繞組）接入額定電壓和額定頻率的交流電源，而二次側(cè)（次級繞組）開路，不接任何負載的運行狀態(tài)。

   • 俗稱：空載運行。

   • 類比：就像一臺插著電但處于待機模式的電視機，它本身消耗少量電能（待機功耗），但并沒有執(zhí)行播放節(jié)目的主要功能。

2. 有載運行

   • 定義：變壓器側(cè)接入電源，二次側(cè)接上負載阻抗，電路閉合，有電流流過并向負載輸送電能的運行狀態(tài)。

   • 類比：同樣是那臺電視機，現(xiàn)在你按下開關(guān)，開始播放節(jié)目。它從電網(wǎng)汲取更多的電能，并將其轉(zhuǎn)換為光、聲、熱。