Motoren en generatoren zijn elektromagnetische apparaten. Ze hebben stroomvoerende lussen die in magnetische velden roteren. Dit snel veranderende magnetische veld produceert elektromotorische krachten, emf's of spanningen genoemd. Elektromotoren en generatoren zijn het tegenovergestelde van elkaar. Elektromotoren zetten elektrische energie om in mechanische energie, terwijl elektrische generatoren mechanische energie omzetten in elektrische energie.
Bouw
Elektromotoren en generatoren hebben stroomvoerende lussen die continu in een magnetisch veld draaien. De lussen zijn gewikkeld rond een ijzeren kern, een anker genaamd, dat het magnetische veld erin sterker maakt. De stroom in de lussen verandert van richting waardoor het anker en dus de lussen constant roteren. De veranderende richting van de lussen zorgt ervoor dat een geïnduceerde emf wordt gegenereerd.
Emf is een afkorting voor elektromotorische kracht. Het is geen kracht, maar het potentiaalverschil tussen de klemmen van een apparaat dat één vorm van energie verandert in elektrische energie. Een batterij zet bijvoorbeeld chemische energie om in elektrische energie, en dat is ook een bron van emf. Een potentiaalverschil is een spanning.
De geïnduceerde emf gecreëerd door de beweging van de lussen wordt groter naarmate het magnetische veld sneller verandert. Dit is de inductiewet van Faraday, genoemd naar zijn ontdekker, de beroemde natuurkundige Michael Faraday.
AC-generatoren
Wisselstroomgeneratoren zijn het tegenovergestelde van motoren, omdat ze mechanische energie omzetten in elektrische. Mechanische energie wordt gebruikt om de lussen in het magnetische veld te roteren, en de gegenereerde emf is een sinusgolf die in de tijd varieert. Stoom gemaakt van het verbranden van fossiele brandstoffen zoals steenkool, olie en aardgas is een veel voorkomende bron in landen als de Verenigde Staten. In Europa wordt kernsplijting gebruikt om stoom te creëren. In sommige waterkrachtcentrales, zoals die bij de Niagara-watervallen, wordt waterdruk gebruikt om de turbines te laten draaien. Turbines zijn rotoren met schoepen of schoepen. Wind en water worden niet vaak gebruikt als fossiele brandstoffen voor mechanische energiebronnen omdat ze niet zo efficiënt en duurder zijn.
Wisselstroommotoren
Wisselstroommotoren zetten elektrische energie om in mechanische energie. Een wisselstroom wordt gebruikt om de lussen in het magnetische veld te roteren. De meeste AC-motoren produceren de stroom door gebruik te maken van inductie. Een elektromagneet veroorzaakt het magnetische veld en gebruikt dezelfde spanning als de spoelen.
DC-motoren en generatoren
DC-motoren en generatoren zijn vergelijkbaar met hun AC-tegenhangers, behalve dat ze een splitring hebben die een commutator wordt genoemd. De commutator is bevestigd aan elektrische contacten die borstels worden genoemd. De veranderende richting van de stroom door de commutator zorgt ervoor dat het anker en dus de lussen roteren. Het magnetische veld waarin het anker draait, kan een permanente magneet of elektromagneet zijn. DC-generatoren hebben een gegenereerde emf gelijkstroom.
Motoren vergeleken met generatoren
Alle motoren zijn generatoren. De emf in een generator verhoogt de efficiëntie, maar een emf in een motor draagt bij aan energieverspilling en inefficiëntie in zijn prestaties. Een back emf is een weerstand tegen verandering in een magnetisch veld. Een back-emf verschijnt in een motor nadat deze is ingeschakeld, maar niet onmiddellijk. Het vermindert de stroom in de lus en wordt groter naarmate de snelheid van de motor toeneemt. Hierdoor neemt ook de vermogensbehoefte van de motor toe, vooral bij zeer grote belastingen.