Motores e geradores são dispositivos eletromagnéticos. Eles têm circuitos de transporte de corrente que giram em campos magnéticos. Este campo magnético que muda rapidamente produz forças eletromotrizes, chamadas emfs ou voltagens. Motores elétricos e geradores são o oposto um do outro. Os motores elétricos convertem energia elétrica em energia mecânica, enquanto os geradores elétricos convertem energia mecânica em energia elétrica.
Construção
Os motores e geradores elétricos possuem circuitos de transporte de corrente que giram continuamente em um campo magnético. Os laços são enrolados em torno de um núcleo de ferro chamado armadura que torna o campo magnético dentro deles mais forte. A corrente nos loops inverte a direção, fazendo com que a armadura e, portanto, os loops girem constantemente. A mudança de direção dos loops faz com que uma fem induzida seja gerada.
Emf é a abreviação de força eletromotriz. Não é uma força, mas a diferença de potencial entre os terminais de um dispositivo que transforma uma forma de energia em energia elétrica. Uma bateria, por exemplo, converte energia química em energia elétrica e, portanto, é uma fonte de fem. Uma diferença de potencial é uma voltagem.
A fem induzida criada pelo movimento dos loops torna-se maior quanto mais rapidamente o campo magnético muda. Esta é a Lei da Indução de Faraday, em homenagem ao seu descobridor, o renomado físico Michael Faraday.
Geradores AC
Os geradores CA são opostos aos motores, porque convertem energia mecânica em elétrica. A energia mecânica é usada para girar os loops no campo magnético, e a fem gerada é uma onda senoidal que varia no tempo. O vapor produzido a partir da queima de combustíveis fósseis como carvão, petróleo e gás natural é uma fonte comum em países como os Estados Unidos. Na Europa, a fissão nuclear é usada para criar vapor. Em algumas usinas hidrelétricas, como as encontradas nas Cataratas do Niágara, a pressão da água é usada para girar as turbinas. As turbinas são rotores com palhetas ou pás. O vento e a água não são comumente usados como combustíveis fósseis para fontes de energia mecânica porque não são tão eficientes e são mais caros.
Motores AC
Os motores CA convertem energia elétrica em mecânica. Uma corrente alternada é usada para girar os loops no campo magnético. A maioria dos motores CA produz a corrente usando indução. Um eletroímã causa o campo magnético e usa a mesma voltagem que as bobinas.
Motores e geradores DC
Os motores e geradores CC são semelhantes aos seus equivalentes CA, exceto pelo fato de terem um anel dividido denominado comutador. O comutador é conectado a contatos elétricos chamados escovas. A mudança de direção da corrente através do comutador faz com que a armadura e, portanto, os loops girem. O campo magnético em que a armadura gira pode ser um ímã permanente ou eletroímã. Os geradores DC têm uma fem gerada em corrente contínua.
Motores comparados a geradores
Todos os motores são geradores. A fem em um gerador aumenta sua eficiência, mas uma fem em um motor contribui para o desperdício de energia e ineficiência em seu desempenho. Um back fem é uma resistência à mudança em um campo magnético. Um back emf aparece em um motor depois que ele foi ligado, embora não imediatamente. Ele reduz a corrente no circuito e fica maior à medida que a velocidade do motor aumenta. Isso faz com que os requisitos de potência do motor também aumentem, especialmente sob cargas muito grandes.