一、定义

反电动势，也称为反电势或反向电动势，在无刷直流电机中是指：当电机转子被外部力量（如原动机）拖动旋转，或者电机自身作为电动机运行时，其永磁体转子磁场切割定子绕组，从而在定子绕组中感应出的电动势。

这个电动势的方向与电机通电驱动时外部电源所施加的电压方向相反，因此被称为“反”电动势。

二、基本原理：法拉第电磁感应定律

其物理基础是法拉第电磁感应定律：当闭合回路中的磁通量发生变化时，回路中就会产生感应电动势。

在无刷直流电机中：

• 磁铁：旋转的永磁体转子产生一个变化的磁场。

• 导体：固定的定子绕组作为导体。

• 相对运动：转子旋转，导致穿过定子绕组的磁通量发生周期性变化。

• 结果：根据楞次定律，感应电流产生的磁场总是会阻碍引起它的磁通变化。因此，在定子绕组中感应出的电动势（电压）其方向阻碍电流的流入，即与外部驱动电压反向。

三、反电动势的波形与关键特性

1. 波形：

   • 在理想的无刷直流电机中，反电动势的波形是梯形波。这是BLDC电机得名的重要原因之一。

   • 其平顶部分对应了转子磁极完全面对定子绕组的时段。

   • 也有一些设计（尤其用于伺服控制）的反电动势波形是正弦波，这类电机通常称为永磁同步电机。

2. 幅度：

   • 反电动势的幅度（$K_e$）与两个因素成正比：

     • 转速：转速越高，磁通变化率越大，反电动势幅度越大。计算公式为：$E = K_e \cdot \omega$

       • $E$：反电动势幅度

       • $K_e$：反电动势常数（单位：V/(rad/s) 或 V/kRPM）

       • $\omega$：转子角速度

     • 转子磁场强度：磁铁的磁性越强，产生的反电动势越大。

3. 频率：

   • 反电动势的频率与电机的极对数和转速成正比。

   • 频率 $f = \frac{P \cdot N}{120}$，其中 $P$ 是极对数，$N$ 是转速（RPM）。

四、反电动势的重要性与作用

反电动势绝非一个无用的副产品，它在电机的运行和控制中扮演着至关重要的角色：

1. “发电机”效应的体现：
   当电机自由旋转时，它本质上就是一个发电机。测量其开路端子上的电压，就是反电动势。

2. 决定电机运行特性：
   电机在运行时，其端电压 $V$ 必须克服反电动势 $E$ 和绕组上的电阻压降 $I \cdot R$。
   电压平衡方程为：$V = E + I \cdot R$
   因此，电流 $I = \frac{V - E}{R}$

   • 当电机刚启动时，转速为0，反电动势 $E=0$，此时电流（堵转电流）。

   • 随着转速上升，$E$ 增大，导致 $(V - E)$ 减小，从而使电流减小。

   • 当电机空载时，电流只需很小就能克服摩擦，此时 $V \approx E$，转速达到（空载转速）。

3. 无传感器控制的基础：
   这是反电动势巧妙的应用之一。在许多无刷直流电机中，没有位置传感器。
   如何知道该给哪组绕组通电？
   答案是：通过检测未通电绕组（浮空相）上产生的反电动势。

   • 控制器通过监测三相绕组中反电动势的过零点，来推断出转子的位置。

   • 根据这个位置信息，控制器就能在正确的时刻进行换相，驱动电机持续旋转。

   • 这种技术极大地简化了电机结构，降低了成本，提高了可靠性。

4. 转矩常数与电压常数的关系：
   在国际单位制中，反电动势常数 $K_e$ 和转矩常数 $K_t$ 在数值上是相等的。

   • $K_t$：产生单位电流所能获得的转矩（N·m/A）。

   • $K_e$：单位转速下产生的反电动势（V/(rad/s)）。

   • 即 $K_t = K_e$。这意味着通过测量电机的反电动势常数，你就可以知道它的转矩常数，反之亦然。总结

简单来说，反电动势是电机在旋转时自身产生的“反向电压”，它既是电机能量转换的必然结果，也是智能控制电机（尤其无传感器控制）的关键信息来源。

一、定义

1. 无载运行

   • 定义：变压器侧（初级绕组）接入额定电压和额定频率的交流电源，而二次侧（次级绕组）开路，不接任何负载的运行状态。

   • 俗称：空载运行。

   • 类比：就像一台插着电但处于待机模式的电视机，它本身消耗少量电能（待机功耗），但并没有执行播放节目的主要功能。

2. 有载运行

   • 定义：变压器侧接入电源，二次侧接上负载阻抗，电路闭合，有电流流过并向负载输送电能的运行状态。

   • 类比：同样是那台电视机，现在你按下开关，开始播放节目。它从电网汲取更多的电能，并将其转换为光、声、热。