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：當電機轉子被外部力量（如原動機）拖動旋轉，或者電機自身作為電動機運行時，其永磁體轉子磁場切割定子繞組，從而在定子繞組中感應出的電動勢。

這個電動勢的方向與電機通電驅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：法拉第電磁感應定律

其物理基礎是法拉第電磁感應定律：當閉合回路中的磁通量發生變化時，回路中就會產生感應電動勢。

在無刷直流電機中：

• 磁鐵：旋轉的永磁體轉子產生一個變化的磁場。

• 導體：固定的定子繞組作為導體。

• 相對運動：轉子旋轉，導致穿過定子繞組的磁通量發生周期性變化。

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

三、反電動勢的波形與關鍵特性

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。

   • 其平頂部分對應了轉子磁極完全面對定子繞組的時段。

   • 也有一些設計（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：

     • 轉速：轉速越高，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（單位：V/(rad/s) 或 V/kRPM）

       • $\omega$：轉子角速度

     • 轉子磁場強度：磁鐵的磁性越強，產生的反電動勢越大。

3. 頻率：

   • 反電動勢的頻率與電機的極對數和轉速成正比。

   • 頻率 $f = \frac{P \cdot N}{120}$，其中 $P$ 是極對數，$N$ 是轉速（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品，它在電機的運行和控制中扮演著至關重要的角色：

1. “發電機”效應的體現：
   當電機自由旋轉時，它本質上就是一個發電機。測量其開路上的電壓，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，轉速為0，反電動勢 $E=0$，此時電流（堵轉電流）。

   • 隨著轉速上升，$E$ 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 $V \approx E$，轉速達到（空載轉速）。

3. 無控制的基礎：
   這是反電動勢巧妙的應用之一。在許多無刷直流電機中，沒有。
   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）上產生的反電動勢。

   • 控制器通過監測三相繞組中反電動勢的過零點，來推斷出轉子的位置。

   • 根據這個位置信息，控制器就能在正確的時刻進行換相，驅動電機持續旋轉。

   • 這種技術極大地簡化了電機結構，降低了成本，提高了可靠性。

4. 轉矩常數與電壓常數的關系：
   在國際單位制中，反電動勢常數 $K_e$ 和轉矩常數 $K_t$ 在數值上是相等的。

   • $K_t$：產生單位電流所能獲得的轉矩（N·m/A）。

   • $K_e$：單位轉速下產生的反電動勢（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，你就可以知道它的轉矩常數，反之亦然。總結

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

一、定義

1. 無載運行

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

   • 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），但并沒有執行播放節目的主要功能。

2. 有載運行

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

   • 類比：同樣是那臺電視機，現在你按下，開始播放節目。它從電網汲取更多的電能，并將其轉換為光、聲、熱。