Mootorid ja generaatorid on elektromagnetilised seadmed. Neil on voolu kandvad silmused, mis pöörlevad magnetväljades. See kiiresti muutuv magnetväli tekitab elektromotoorseid jõude, mida nimetatakse emf-deks või pingeteks. Elektrimootorid ja generaatorid on üksteisele vastupidised. Elektrimootorid muudavad elektrienergia mehaaniliseks energiaks, elektrigeneraatorid muudavad mehaanilise energia elektrienergiaks.
Ehitus
Elektrimootoritel ja generaatoritel on voolu kandvad silmused, mis pöörlevad pidevalt magnetväljas. Silmused on mähitud ümber rauast südamiku, mida nimetatakse armatuuriks, mis muudab nende sees oleva magnetvälja tugevamaks. Silmades olev vool muudab suunda vastupidiseks, põhjustades armatuuri ja seega silmuste pidevat pöörlemist. Silmuste muutuv suund põhjustab indutseeritud emf genereerimise.
Emf on lühike elektromotoorjõud. See ei ole jõud, vaid on potentsiaalne erinevus seadme klemmide vahel, mis muudab ühe energiavormi elektrienergiaks. Näiteks aku muudab keemilise energia elektrienergiaks ja seega on see ka emf-allikas. Potentsiaalide erinevus on pinge.
Silmuste liikumisel tekkiv indutseeritud emf muutub suuremaks, seda kiiremini magnetväli muutub. See on Faraday induktsiooniseadus, mis on nimetatud selle avastaja, tunnustatud füüsiku Michael Faraday järgi.
Vahelduvvoolugeneraatorid
Vahelduvvoolugeneraatorid on mootoritele vastupidised, kuna need muudavad mehaanilise energia elektriliseks. Mehaanilist energiat kasutatakse magnetvälja silmuste pööramiseks ja genereeritud emf on siinuslaine, mis ajas varieerub. Fossiilkütuste, nagu kivisüsi, nafta ja maagaas, põletamisel tekkiv aur on levinud allikas sellistes riikides nagu Ameerika Ühendriigid. Euroopas kasutatakse auru tekitamiseks tuuma lõhustumist. Mõnes hüdroelektrijaamas, näiteks Niagara joa juures, kasutatakse turbiinide pööramiseks veesurvet. Turbiinid on labade või labadega rootorid. Tuult ja vett ei kasutata tavaliselt mehaaniliste energiaallikate fossiilkütustena, kuna need pole nii tõhusad ja kulukamad.
Vahelduvvoolumootorid
Vahelduvvoolumootorid muudavad elektrienergia mehaaniliseks. Magnetväljas olevate silmuste pööramiseks kasutatakse vahelduvvoolu. Enamik vahelduvvoolumootoreid tekitab induktsiooni abil voolu. Elektromagnet põhjustab magnetvälja ja kasutab sama pinget kui mähised.
Alalisvoolumootorid ja generaatorid
Alalisvoolumootorid ja generaatorid on sarnased vahelduvvoolu analoogidega, välja arvatud see, et neil on jagatud rõngas, mida nimetatakse kommutaatoriks. Kommutaator on kinnitatud elektriliste kontaktide külge, mida nimetatakse harjadeks. Kommutaatori kaudu voolu muutuv suund põhjustab armatuuri ja seega silmuste pöörlemise. Magnetväli, kuhu armatuur sisse pöörab, võib olla püsimagnet või elektromagnet. Alalisvoolugeneraatoritel on genereeritud emf on alalisvool.
Mootorid võrreldes generaatoritega
Kõik mootorid on generaatorid. Generaatori emf suurendab selle efektiivsust, kuid mootori emf suurendab energiakulu ja ebaefektiivsust. Tagumine emf on resistentsus magnetvälja muutustele. Tagumine emf ilmub mootorisse pärast sisselülitamist, kuigi mitte kohe. See vähendab voolu silmus ja muutub suuremaks, kui mootori kiirus suureneb. See suurendab ka mootori võimsuse vajadust, eriti väga suure koormuse korral.