Los motores y generadores son dispositivos electromagnéticos. Tienen bucles portadores de corriente que giran en campos magnéticos. Este campo magnético que cambia rápidamente produce fuerzas electromotrices, llamadas fem o voltajes. Los motores eléctricos y los generadores son opuestos entre sí. Los motores eléctricos convierten la energía eléctrica en energía mecánica, mientras que los generadores eléctricos convierten la energía mecánica en energía eléctrica.
Construcción
Los motores y generadores eléctricos tienen bucles de transporte de corriente que giran continuamente en un campo magnético. Los bucles se envuelven alrededor de un núcleo de hierro llamado armadura que hace que el campo magnético dentro de ellos sea más fuerte. La corriente en los bucles invierte la dirección, lo que hace que la armadura y, por lo tanto, los bucles giren constantemente. El cambio de dirección de los bucles hace que se genere una fem inducida.
Emf es la abreviatura de fuerza electromotriz. No es una fuerza, pero es la diferencia de potencial entre los terminales de un dispositivo que cambia una forma de energía en energía eléctrica. Una batería, por ejemplo, convierte la energía química en energía eléctrica y, por tanto, es una fuente de fem. Una diferencia de potencial es un voltaje.
La fem inducida creada por el movimiento de los bucles aumenta cuanto más rápidamente cambia el campo magnético. Esta es la Ley de Inducción de Faraday, que lleva el nombre de su descubridor, el renombrado físico Michael Faraday.
Generadores AC
Los generadores de CA son opuestos a los motores, porque convierten la energía mecánica en eléctrica. La energía mecánica se utiliza para rotar los bucles en el campo magnético, y la fem generada es una onda sinusoidal que varía en el tiempo. El vapor elaborado a partir de la quema de combustibles fósiles como el carbón, el petróleo y el gas natural es una fuente común en países como Estados Unidos. En Europa, la fisión nuclear se utiliza para crear vapor. En algunas plantas hidroeléctricas, como las que se encuentran en las Cataratas del Niágara, se usa la presión del agua para hacer girar las turbinas. Las turbinas son rotores con álabes o palas. El viento y el agua no se utilizan comúnmente como combustibles fósiles para fuentes de energía mecánica porque no son tan eficientes y son más costosos.
Motores AC
Los motores de CA convierten la energía eléctrica en mecánica. Se utiliza una corriente alterna para rotar los bucles en el campo magnético. La mayoría de los motores de CA producen la corriente mediante inducción. Un electroimán provoca el campo magnético y utiliza el mismo voltaje que las bobinas.
Motores y generadores DC
Los motores y generadores de CC son similares a sus homólogos de CA, excepto que tienen un anillo partido llamado conmutador. El conmutador está conectado a contactos eléctricos llamados escobillas. La dirección cambiante de la corriente a través del conmutador hace que la armadura y, por lo tanto, los bucles giren. El campo magnético en el que gira la armadura puede ser un imán permanente o un electroimán. Los generadores de CC tienen una fem generada es corriente continua.
Motores comparados con generadores
Todos los motores son generadores. La fem en un generador aumenta su eficiencia, pero una fem en un motor contribuye al desperdicio de energía y la ineficiencia en su desempeño. Una fem trasera es una resistencia al cambio en un campo magnético. Aparece una fuerza contraelectromotriz en un motor después de encenderlo, aunque no de inmediato. Reduce la corriente en el bucle y aumenta a medida que aumenta la velocidad del motor. Esto hace que también aumenten los requisitos de potencia del motor, especialmente bajo cargas muy grandes.