Moottorit ja generaattorit ovat sähkömagneettisia laitteita. Heillä on virtaa kuljettavat silmukat, jotka pyörivät magneettikentissä. Tämä nopeasti muuttava magneettikenttä tuottaa sähkömoottoreita, joita kutsutaan emfiksi tai jännitteiksi. Sähkömoottorit ja generaattorit ovat päinvastaisia. Sähkömoottorit muuttavat sähköenergian mekaaniseksi energiaksi, kun taas sähkögeneraattorit muuttavat mekaanisen energian sähköenergiaksi.
Rakentaminen
Sähkömoottoreissa ja generaattoreissa on virtaa kuljettavat silmukat, jotka pyörivät jatkuvasti magneettikentässä. Silmukat on kiedottu rautaytimen ympärille, jota kutsutaan armeijaksi, mikä tekee niiden sisällä olevan magneettikentän vahvemmaksi. Silmukoiden virta muuttuu päinvastaiseksi, mikä saa aikaan ankkurin ja siten silmukoiden jatkuvan pyörimisen. Silmukoiden muuttuva suunta aiheuttaa indusoidun emf: n syntymisen.
Emf on lyhenne sähkömoottorista. Se ei ole voima, vaan potentiaaliero laitteen liittimien välillä, joka muuttaa yhden energiamuodon sähköenergiaksi. Esimerkiksi akku muuntaa kemiallisen energian sähköenergiaksi, ja niin on myös emf-lähde. Potentiaaliero on jännite.
Silmukoiden liikkeen aiheuttama indusoitu emf kasvaa sitä nopeammin, mitä magneettikenttä muuttuu. Tämä on Faradayn induktiolaki, joka on nimetty sen löytäjän, tunnetun fyysikon Michael Faradayn mukaan.
AC-generaattorit
AC-generaattorit ovat päinvastaisia kuin moottorit, koska ne muuttavat mekaanisen energian sähköiseksi. Mekaanista energiaa käytetään kiertämään magneettikentän silmukoita, ja syntyvä emf on siniaalto, joka vaihtelee ajassa. Fossiilisten polttoaineiden, kuten hiilen, öljyn ja maakaasun, polttaminen on yleinen lähde Yhdysvalloissa. Euroopassa ydinfissiota käytetään höyryn tuottamiseen. Joissakin vesivoimalaitoksissa, kuten Niagaran putouksilla, vesipainetta käytetään turbiinien pyörittämiseen. Turbiinit ovat roottoreita, joissa on siipiä tai siipiä. Tuulta ja vettä ei yleensä käytetä fossiilisina polttoaineina mekaanisissa energialähteissä, koska ne eivät ole yhtä tehokkaita ja kalliimpia.
AC-moottorit
Vaihtovirtamoottorit muuttavat sähköenergian mekaaniseksi. Vaihtovirtaa käytetään kiertämään magneettikentän silmukoita. Suurin osa vaihtomoottoreista tuottaa virran induktiota käyttämällä. Sähkömagneetti aiheuttaa magneettikentän ja käyttää samaa jännitettä kuin kelat.
DC-moottorit ja generaattorit
DC-moottorit ja generaattorit ovat samanlaisia kuin niiden AC-vastaavat, paitsi että niillä on jaettu rengas, jota kutsutaan kommutaattoriksi. Kommutaattori on kiinnitetty sähkökontakteihin, joita kutsutaan harjoiksi. Virran muuttuminen kommutaattorin läpi saa aikaan ankkurin ja siten silmukoiden pyörimisen. Magneettikenttä, johon ankkuri kääntyy, voi olla kestomagneetti tai sähkömagneetti. DC-generaattoreilla on generoitu emf on tasavirta.
Moottorit verrattuna generaattoreihin
Kaikki moottorit ovat generaattoreita. Generaattorin emf lisää tehokkuuttaan, mutta moottorin emf lisää energianhukkaa ja tehottomuutta. Takaosa on vastustuskyky magneettikentän muutoksille. Takana oleva emf ilmestyy moottoriin, kun se on kytketty päälle, vaikkakaan ei välittömästi. Se vähentää virtaa silmukassa ja kasvaa moottorin nopeuden kasvaessa. Tämä saa myös moottorin tehontarpeen kasvamaan, varsinkin erittäin suurilla kuormilla.