1.反電勢是如何產(chǎn)生的？

其實(shí)反電勢的產(chǎn)生很好理解，記憶力稍好的同學(xué)都應(yīng)該知道早在初中和高中時(shí)就已經(jīng)接觸過，只是當(dāng)時(shí)的叫法是感應(yīng)電動(dòng)勢，其原理就是導(dǎo)體切割磁感線，只要兩者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)就行，可以是磁場不動(dòng)，導(dǎo)體切割；也可以是導(dǎo)體不動(dòng)，讓磁場動(dòng)。對(duì)于永磁同步電機(jī)而言，其線圈固定在定子上（導(dǎo)體），永磁體固定在轉(zhuǎn)子上（磁場），當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子上的永磁體產(chǎn)生的磁場就會(huì)旋轉(zhuǎn)起來，就會(huì)被定子上的線圈進(jìn)行切割，并在線圈中產(chǎn)生反電勢。為什么叫反電勢呢？顧名思義，因?yàn)榉措妱軪的方向和端電壓U方向相反（如圖1所示）。

圖1

2.反電勢和端電壓有什么關(guān)系？

從圖1中可以看出在負(fù)載下反電勢和端電壓的關(guān)系式為：

對(duì)于反電勢的測試，一般是在空載狀態(tài)下，不通電流，轉(zhuǎn)速為1000rpm條件下測試得出的。一般定義1000rpm數(shù)值，反電勢系數(shù)=反電勢平均值/轉(zhuǎn)速，反電勢系數(shù)是電機(jī)比較重要的參數(shù)，這里需要注意的是負(fù)載下的反電勢在轉(zhuǎn)速未穩(wěn)定之前是不斷變化的。通過（1）式可知負(fù)載下反電勢是小于端電壓的，如果反電勢大于端電壓就成了發(fā)電機(jī)，對(duì)外輸出電壓。由于實(shí)際工作中的電阻和電流較小，因此反電勢的值約等于端電壓，且受端電壓的額定值限制。

3.反電勢的物理意義

設(shè)想如果反電勢不存在會(huì)出現(xiàn)什么樣的情況呢？由式（1）可知，沒有反電勢，整個(gè)電機(jī)就相當(dāng)于一個(gè)純電阻，成了一個(gè)產(chǎn)熱特別嚴(yán)重的器件，這和電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能是相違背的。

在電能轉(zhuǎn)化關(guān)系式中，UIt即為輸入電能，比如向電池、電動(dòng)機(jī)或變壓器中的輸入電能；I2Rt是各電路中的熱損失能量，這部分能量是一種熱損耗能量，越小越好；輸入電能與熱損耗電能的差值，就是與反電動(dòng)勢相對(duì)應(yīng)的那部分有用能量，換言之，反電動(dòng)勢是用來產(chǎn)生有用能量，與熱損耗呈反相關(guān)，熱損耗能量越大，可實(shí)現(xiàn)的有用能量就越小。

客觀地講，反電動(dòng)勢消耗了電路中的電能，但它并不是一種“損耗”，與反電動(dòng)勢相應(yīng)的那部分電能，將轉(zhuǎn)化為用電設(shè)備的有用能量，例如，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械能、蓄電池的化學(xué)能等。

由此可見，反電動(dòng)勢的大小，意味著用電設(shè)備把輸入的總能量向有用能量轉(zhuǎn)化的本領(lǐng)的強(qiáng)弱，反映用電器轉(zhuǎn)化本領(lǐng)的高低。

4.反電勢的大小和什么有關(guān)？

先給出反電勢的計(jì)算公式：

E為線圈電動(dòng)勢、ψ為磁鏈、f為頻率、N為匝數(shù)、Φ是磁通。

根據(jù)上述公式相信大家也大概能說出幾點(diǎn)影響反電勢大小的因素了，這里引用一篇文章進(jìn)行總結(jié)：

（1）反電勢等于磁鏈的變化率，轉(zhuǎn)速越高變化率越大，反電勢越大；

（2）磁鏈本身等于匝數(shù)乘以單匝磁鏈，因此匝數(shù)越高磁鏈越大，反電勢越大；

（3）匝數(shù)又和繞組方案有關(guān)，星角接，每槽匝數(shù)，相數(shù)，齒數(shù)，并聯(lián)支路數(shù)，整距還是短距方案有關(guān)；

（4）單匝磁鏈等于磁動(dòng)勢除以磁阻，因此磁動(dòng)勢越大，磁鏈方向上磁阻越小反電勢越大；

（5）磁阻又和氣隙以及極槽配合有關(guān)，氣息越大磁阻越大，反電勢越小。極槽配合比較復(fù)雜要具體分析；

（6）磁動(dòng)勢又和磁鋼剩磁和磁鋼有效面積有關(guān)，剩磁越大反電勢越高。有效面積和磁鋼充磁方向，尺寸以及擺放位置均有關(guān)，需要具體分析；

（7）剩磁又和溫度有關(guān)，溫度越高，反電勢越小

綜上，反電勢影響因素包括轉(zhuǎn)速，每槽匝數(shù)，相數(shù)，并聯(lián)支路數(shù)，整距短距，電機(jī)磁路，氣隙長度，極槽配合，磁鋼剩磁，磁鋼擺放位置和磁鋼尺寸，磁鋼充磁方向，溫度。

5.電機(jī)設(shè)計(jì)中反電勢大小如何選取？

在電機(jī)設(shè)計(jì)中，反電勢E非常重要，我覺得反電勢設(shè)計(jì)的好（大小選擇合適，波形畸變率低），這個(gè)電機(jī)就是好的。反電勢對(duì)電機(jī)的影響主要有幾方面：1、反電勢大小決定了電機(jī)弱磁點(diǎn)，而弱磁點(diǎn)決定了電機(jī)效率map圖的分布。2、反電勢波形畸變率影響了電機(jī)紋波轉(zhuǎn)矩，影響了電機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩輸出的平穩(wěn)性。3、反電勢的大小直接決定了電機(jī)的轉(zhuǎn)矩系數(shù)，反電勢系數(shù)和轉(zhuǎn)矩系數(shù)成正比關(guān)系。由此可得出下面電機(jī)設(shè)計(jì)中所面臨的矛盾點(diǎn)：

a.反電勢做大，電機(jī)在低速運(yùn)行區(qū)域能在控制器極限電流下保持高力矩，但是在高轉(zhuǎn)速時(shí)無法輸出力矩，甚至無法達(dá)到預(yù)期轉(zhuǎn)速；

b.反電勢做小，電機(jī)在高速區(qū)域仍然有輸出能力，但是低速相同控制器電流下轉(zhuǎn)矩達(dá)不到。

因此，反電勢大小的設(shè)計(jì)取決于電機(jī)的實(shí)際需求，例如在小型電機(jī)的設(shè)計(jì)中，如果要求在低速時(shí)仍能輸出足夠的轉(zhuǎn)矩，那么反電勢就必須設(shè)計(jì)的偏大一些。

審核編輯：劉清