Gegen-EMK, oder Gegen-elektromotorische Kraft, ist die Spannung, die ein Elektromotor beim Drehen erzeugt und die der ihn antreibenden Versorgungsspannung entgegenwirkt. Sie steigt mit der Drehzahl, und ihr Verständnis erklärt den Anlaufstrom eines Motors, warum ein blockierter Motor überhitzt, und wie moderne Antriebe Motoren ohne Positionssensor betreiben.
Jeder Leiter, der sich durch ein Magnetfeld bewegt, erzeugt eine Spannung. Die rotierenden Wicklungen eines Motors tun genau das, sodass der Rotor beim Drehen eine Spannung erzeugt, die gemäß dem Lenzschen Gesetz der angelegten Spannung entgegenwirkt. Je schneller der Motor dreht, desto größer ist diese Gegen-EMK; sie ist proportional zur Drehzahl und zum magnetischen Fluss.
Der Strom in einer Motorwicklung wird durch die Differenz zwischen Versorgungsspannung und Gegen-EMK geteilt durch den Wicklungswiderstand bestimmt. Das hat zwei wichtige Konsequenzen:
Wenn eine Last den Rotor blockiert, fällt die Gegen-EMK auf null und die Wicklung sieht die volle Versorgungsspannung über ihrem niedrigen Widerstand. Blockierstrom fließt kontinuierlich und die Wicklungen überhitzen innerhalb von Sekunden, weshalb es Blockier- und Überlastschutz gibt. Der Schaden zeigt sich oft später als geschädigte Isolierung, nachweisbar durch Isolationswiderstandsmessung.
Jeder Motor hat eine Gegen-EMK-Konstante, die Spannung, die pro Drehzahleinheit erzeugt wird. In SI-Einheiten ist sie zahlenmäßig gleich der Drehmomentkonstante, weshalb ein Motor, der viel Drehmoment pro Ampere erzeugt, auch viel Spannung pro U/min erzeugt. Antriebe nutzen diese Beziehung, um Drehzahl und Last allein aus elektrischen Messungen abzuschätzen.
Bürstenlose Gleichstrom- und Permanentmagnetmotoren können ohne Positionssensor betrieben werden, indem die Gegen-EMK überwacht wird: Der Antrieb erkennt die Nulldurchgänge der in den Wicklungen induzierten Spannung, um die Lage des Rotors zu bestimmen.
Diese sensorenlose Regelung ist kostengünstig und bei Drehzahl robust, aber da die Gegen-EMK nahe Stillstand sehr klein ist, benötigen sensorenlose Antriebe spezielle Startverfahren bei niedrigen Drehzahlen. Wenn ein Antrieb Startprobleme hat oder abschaltet, weisen die Antriebsfehlermeldungen in der Regel auf die Ursache hin.
Gegen-EMK, Strom und Temperatur sind Signale, die ein Motor kontinuierlich abgibt. Eine Plattform, die diese aus dem Netz ausliest, kann erkennen, wenn ein Motor mehr Strom zieht, als seine Last rechtfertigt, ein Hinweis auf einen sich entwickelnden Fehler, und einen Arbeitsauftrag erstellen, bevor ein Ausfall eintritt.
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Im Moment des Starts gibt es keine Gegen-EMK, die der Versorgung entgegenwirkt, sodass nur der Wicklungswiderstand den Strom begrenzt. Das erzeugt einen kurzen Stromstoß von fünf- bis achtmal des Vollaststroms, bis der Motor anläuft und die Gegen-EMK aufgebaut ist.
Nein. Spannungsabfall ist ein Verlust über einen Widerstand. Gegen-EMK ist eine tatsächlich erzeugte Spannung, die durch die Bewegung des Rotors entsteht, und sie sorgt dafür, dass ein Motor nur den Strom aufnimmt, den seine Last erfordert.
Ja. Jeder Motor, der sich in einem Magnetfeld dreht, erzeugt Gegen-EMK, ob Gleich- oder Wechselstrom. In einem Gleichstrommotor ist sie das, was bei gegebener Drehzahl und Last die Versorgungsspannung ausgleicht.
Sie detektieren die Nulldurchgänge der in den Motorwicklungen induzierten Spannung, um die Rotorlage zu bestimmen und so auf einen physischen Encoder oder Hall-Sensor zu verzichten. Die Methode verliert nahe Stillstand an Wirksamkeit, da die Gegen-EMK dort sehr klein ist.
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