直流电机中的反电动势

在直流电机中，当电枢在驱动扭矩的影响下旋转时，电枢导体会穿过磁场，因此发电机作用会在其中产生电动势。电枢导体中感应出的 EMF 与施加的电压 $\mathit{V_{s}}$ 作用方向相反，被称为反 EMF 或 反向 EMF。

反 EMF 的大小由下式给出：

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

反 EMF $\mathit{E_{b}}$ 总是小于施加的电压 $\mathit{V_{s}}$。然而，当直流电机在正常条件下运行时，这种差异很小。

在直流电机中，电枢中感应出的反电动势 $\mathit{E_{b}}$ 与施加的电压相反，因此施加的电压必须克服该电动势 $\mathit{E_{b}}$，以迫使电枢电路中的电流 $\mathit{I_{a}}$ 产生电机动作。克服这种相反作用所需的功率为：

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

功率 $\mathit{P_{m}}$ 实际上是转换成机械功率的功率。因此，功率 $\mathit{P_{m}}$ 也被称为产生的机械功率的电当量。

考虑一个并联直流电动机，其电气等效电路如图 1 所示。

当在电动机端子之间施加直流电压 $\mathit{V_{s}}$ 时，场电磁铁被激励，电枢导体被通电。因此，驱动扭矩作用于电枢，电枢开始旋转。当电枢旋转时，电枢导体中会产生反电动势，与施加的电压 $\mathit{V_{s}}$ 相反。施加的电压必须迫使电流通过电枢导体，以抵抗反电动势。

直流电动机的电压方程可以表示为，

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

其中，$\mathit{R_{a}}$ 是电枢电路的电阻。

然后，直流电动机的电枢电流由以下公式给出：

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

由于施加的电压对于给定的电机，$\mathit{V_{s}}$ 和电枢电阻 $\mathit{R_{a}}$ 通常都是固定的，那么 $\mathit{E_{b}}$ 的值将决定直流电机所消耗的电流。如果直流电机的速度很高，那么反电动势的值就很大，因此电机将消耗较少的电枢电流，反之亦然。

直流电机中反电动势的重要性

直流电机中的反电动势使其成为自调节机器，这意味着它使电机能够消耗足够的电枢电流来产生机械负载所需的扭矩。

现在，从公式 4 中，我们可以将反电动势在直流电机中的重要性解释为 −

情况 1 −电机空载运行

在这种情况下，直流电机需要较小的扭矩来克服摩擦和风阻损失。因此，电机吸收的电枢电流 $\mathit{I_{a}}$ 很小，反电动势几乎等于电源电压。

情况 2 − 电机负载突然改变

在这种情况下，当负载突然连接到电机轴上时，电枢会减速。因此，电枢导体穿过磁场的速度会降低，因此反电动势会降低。这种降低的反电动势允许更大的电流通过电枢导体，而更大的电枢电流意味着更高的驱动扭矩。因此，很明显，驱动扭矩会随着电机速度的降低而增加。当电枢电流足以产生机械负载所需的增加的扭矩时，电机速度的降低就会停止。

考虑另一种情况，即电机上的负载减少。在这种情况下，驱动扭矩瞬间大于要求，因此电枢加速。电枢速度的增加会增加反电动势，并导致电枢电流减小。一旦电枢电流刚好足以产生负载所需的减小的驱动扭矩，电机就会停止加速。

本讨论明确指出，直流电机中的反电动势会自动调节电枢电流的流动以满足负载要求。