直流电动机中的反电动势

在直流电动机中，当电枢在驱动力矩的作用下旋转时，电枢导体穿过磁场，因此由于发电机作用，在其中感应出电动势。电枢导体中感应的这种电动势与外加电压$\mathit{V_{s}}$方向相反，称为反电动势或反电动势。

反电动势的大小由下式给出：

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

反电动势$\mathit{E_{b}}$总是小于外加电压$\mathit{V_{s}}$。但是，当直流电动机在正常条件下运行时，这种差异很小。

在直流电动机中，电枢中感应的反电动势$\mathit{E_{b}}$与外加电压相反，因此外加电压必须克服这个电动势$\mathit{E_{b}}$，才能迫使电流$\mathit{I_{a}}$流过电枢电路以实现电动机作用。克服这种阻力的所需功率由下式给出：

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

功率$\mathit{P_{m}}$是实际转换为机械功率的部分。因此，功率$\mathit{P_{m}}$也称为机械功率的电等效值。

考虑一个并励直流电动机，其等效电路如图1所示。

当直流电压$\mathit{V_{s}}$施加到电机的端子上时，励磁电磁铁被励磁，电枢导体被供电。因此，在电枢上产生驱动力矩，电枢开始旋转。当电枢旋转时，在电枢导体中感应出反电动势，该电动势与外加电压$\mathit{V_{s}}$相反。这个外加电压必须克服反电动势，才能迫使电流流过电枢导体。

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下式给出：

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

由于外加电压$\mathit{V_{s}}$和电枢电阻$\mathit{R_{a}}$通常对于给定电机是固定的，则$\mathit{E_{b}}$的值将决定直流电动机吸收的电流。如果直流电动机的速度很高，则反电动势的值很大，因此电动机将吸收较小的电枢电流，反之亦然。

直流电动机中反电动势的重要性

直流电动机中的反电动势使其成为自调节电机，这意味着它使电动机吸收足够的电枢电流来产生机械负载所需的转矩。

现在，根据方程4，我们可以解释反电动势在直流电动机中的重要性如下：

情况1 - 电机空载运行

在这种情况下，直流电动机需要一个小的转矩来克服摩擦和风阻损失。因此，电动机吸收的电枢电流$\mathit{I_{a}}$很小，反电动势几乎等于电源电压。

情况2 - 电机负载突然变化

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降低，因此反电动势降低。这种降低的反电动势允许更大的电流流过电枢导体，更大的电枢电流意味着更大的驱动力矩。因此，很明显，驱动力矩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转矩时，电机速度的降低停止。

考虑另一种情况，其中电机的负载减小。在这种情况下，驱动力矩暂时大于需求，因此电枢被加速。电枢速度的增加增加了反电动势，并导致电枢电流减小。一旦电枢电流足以产生负载所需的减少的驱动力矩，电机将停止加速。

此讨论表明，直流电动机中的反电动势自动调节电枢电流的流动以满足负载要求。