直流電動機中的反電動勢

在直流電動機中，當電樞在驅動力矩的作用下旋轉時，電樞導體穿過磁場，因此由於發電機作用，在其中感應出電動勢。電樞導體中感應的這種電動勢與外加電壓$\mathit{V_{s}}$方向相反，稱為反電動勢或反電動勢。

反電動勢的大小由下式給出：

$$\mathrm{\mathit{E_{b}}\:=\:\frac{\mathit{NP\phi Z}}{\mathrm{60}\mathit{A}}\:\cdot \cdot \cdot (1)}$$

反電動勢$\mathit{E_{b}}$總是小於外加電壓$\mathit{V_{s}}$。但是，當直流電動機在正常條件下執行時，這種差異很小。

在直流電動機中，電樞中感應的反電動勢$\mathit{E_{b}}$與外加電壓相反，因此外加電壓必須克服這個電動勢$\mathit{E_{b}}$，才能迫使電流$\mathit{I_{a}}$流過電樞電路以實現電動機作用。克服這種阻力的所需功率由下式給出：

$$\mathrm{\mathit{P_{m}}\:=\:\mathit{E_{b}I_{a}}\:\cdot \cdot \cdot (2)}$$

功率$\mathit{P_{m}}$是實際轉換為機械功率的部分。因此，功率$\mathit{P_{m}}$也稱為機械功率的電等效值。

考慮一個並勵直流電動機，其等效電路如圖1所示。

當直流電壓$\mathit{V_{s}}$施加到電機的端子上時，勵磁電磁鐵被勵磁，電樞導體被供電。因此，在電樞上產生驅動力矩，電樞開始旋轉。當電樞旋轉時，在電樞導體中感應出反電動勢，該電動勢與外加電壓$\mathit{V_{s}}$相反。這個外加電壓必須克服反電動勢，才能迫使電流流過電樞導體。

直流電動機的電壓方程可以表示為：

$$\mathrm{\mathit{V_{s}\:=\:E_{b}+I_{a}R_{a}}\:\cdot \cdot \cdot (3)}$$

其中，$\mathit{R_{a}}$是電樞電路的電阻。

然後，直流電動機的電樞電流由下式給出：

$$\mathrm{\mathit{I_{a}}\:=\:\frac{\mathit{V_{s}-E_{b}}}{\mathit{R_{a}}}\:\cdot \cdot \cdot (4)}$$

由於外加電壓$\mathit{V_{s}}$和電樞電阻$\mathit{R_{a}}$通常對於給定電機是固定的，則$\mathit{E_{b}}$的值將決定直流電動機吸收的電流。如果直流電動機的速度很高，則反電動勢的值很大，因此電動機將吸收較小的電樞電流，反之亦然。

直流電動機中反電動勢的重要性

直流電動機中的反電動勢使其成為自調節電機，這意味著它使電動機吸收足夠的電樞電流來產生機械負載所需的轉矩。

現在，根據方程4，我們可以解釋反電動勢在直流電動機中的重要性如下：

情況1 - 電機空載執行

在這種情況下，直流電動機需要一個小的轉矩來克服摩擦和風阻損失。因此，電動機吸收的電樞電流$\mathit{I_{a}}$很小，反電動勢幾乎等於電源電壓。

情況2 - 電機負載突然變化

在這種情況下，當負載突然連線到電機軸上時，電樞會減速。因此，電樞導體穿過磁場的速度降低，因此反電動勢降低。這種降低的反電動勢允許更大的電流流過電樞導體，更大的電樞電流意味著更大的驅動力矩。因此，很明顯，驅動力矩隨著電機速度的降低而增加。當電樞電流足以產生機械負載所需的增加的轉矩時，電機速度的降低停止。

考慮另一種情況，其中電機的負載減小。在這種情況下，驅動力矩暫時大於需求，因此電樞被加速。電樞速度的增加增加了反電動勢，並導致電樞電流減小。一旦電樞電流足以產生負載所需的減少的驅動力矩，電機將停止加速。

此討論表明，直流電動機中的反電動勢自動調節電樞電流的流動以滿足負載要求。