Motorer og generatorer er elektromagnetiske enheter. De har strømbærende sløyfer som roterer i magnetfelt. Dette raskt skiftende magnetfeltet produserer elektromotoriske krefter, kalt emfs eller spenninger. Elektriske motorer og generatorer er motsatt av hverandre. Elektriske motorer konverterer elektrisk energi til mekanisk energi, mens elektriske generatorer konverterer mekanisk energi til elektrisk energi.
Konstruksjon
Elektriske motorer og generatorer har strømbærende løkker som kontinuerlig roterer i et magnetfelt. Sløyfene er viklet rundt en jernkjerne kalt et anker som gjør magnetfeltet inni dem sterkere. Strømmen i løkkene snur retning og får ankeret og dermed løkkene til å rotere konstant. Den endrede retningen på løkkene fører til at det genereres en indusert emf.
EMF er en forkortelse for elektromotorisk kraft. Det er ikke en kraft, men er den potensielle forskjellen mellom terminalene på en enhet som endrer en form for energi til elektrisk energi. Et batteri konverterer for eksempel kjemisk energi til elektrisk energi, og det er også en kilde til emf. En potensiell forskjell er en spenning.
Den induserte emf skapt av sløyfene blir større jo raskere magnetfeltet endres. Dette er Faradays induksjonslov, oppkalt etter oppdageren, den kjente fysikeren Michael Faraday.
AC-generatorer
AC-generatorer er motsatt fra motorer, fordi de konverterer mekanisk energi til elektrisk. Mekanisk energi brukes til å rotere løkkene i magnetfeltet, og den genererte emf er en sinusbølge som varierer i tid. Damp laget av forbrenning av fossilt brensel som kull, olje og naturgass er en vanlig kilde i land som USA. I Europa brukes kjernefisjon for å skape damp. I noen vannkraftanlegg, som de som finnes ved Niagara Falls, brukes vanntrykk til å rotere turbinene. Turbiner er rotorer med vinger eller kniver. Vind og vann brukes ikke ofte som fossile brensler for mekaniske energikilder fordi de ikke er like effektive og er mer kostbare.
AC Motors
AC-motorer konverterer elektrisk energi til den for mekanisk. En vekselstrøm brukes til å rotere løkkene i magnetfeltet. De fleste vekselstrømsmotorer produserer strømmen ved å bruke induksjon. En elektromagnet forårsaker magnetfeltet og bruker samme spenning som spolene gjør.
DC-motorer og generatorer
DC-motorer og generatorer ligner på AC-kolleger, bortsett fra at de har en delt ring som kalles kommutator. Kommutatoren er festet til elektriske kontakter som kalles børster. Den skiftende retningen på strømmen gjennom kommutatoren får ankeret og dermed løkkene til å rotere. Magnetfeltet som ankeret svinger inn i, kan være en permanent magnet eller elektromagnet. DC-generatorer har en generert emf er likestrøm.
Motorer sammenlignet med generatorer
Alle motorer er generatorer. EMF i en generator øker effektiviteten, men en EMF i en motor bidrar til energisvinn og ineffektivitet i ytelsen. En back emf er en motstand mot endring i et magnetfelt. En bakre emf vises i en motor etter at den er slått på, men ikke umiddelbart. Det reduserer strømmen i sløyfen, og blir større etter hvert som motorens hastighet øker. Dette fører til at kraftbehovet til motoren også øker, spesielt under belastninger som er veldig store.