Motorer och generatorer är elektromagnetiska enheter. De har strömbärande öglor som roterar i magnetfält. Detta snabbt föränderliga magnetfält producerar elektromotoriska krafter, kallade emfs eller spänningar. Elmotorer och generatorer är motsatsen till varandra. Elmotorer omvandlar elektrisk energi till mekanisk energi, medan elgeneratorer omvandlar mekanisk energi till elektrisk energi.
Konstruktion
Elmotorer och generatorer har strömförande slingor som kontinuerligt roterar i ett magnetfält. Slingorna lindas runt en järnkärna som kallas en armatur som gör magnetfältet inuti dem starkare. Strömmen i öglorna vänder riktning vilket gör att ankaret och därmed öglorna roterar ständigt. Slingornas förändrade riktning orsakar att en inducerad emf genereras.
EMF är en förkortning för elektromotorisk kraft. Det är inte en kraft, men är potentialskillnaden mellan terminalerna på en anordning som ändrar en form av energi till elektrisk energi. Ett batteri omvandlar till exempel kemisk energi till elektrisk energi, och det är också en källa till emf. En potentialskillnad är en spänning.
Den inducerade emk som skapas av öglornas rörelse blir större ju snabbare magnetfältet förändras. Detta är Faradays induktionslag, uppkallad efter dess upptäckare, kända fysiker Michael Faraday.
AC-generatorer
Växelströmsgeneratorer är motsatta från motorer, eftersom de omvandlar mekanisk energi till energi. Mekanisk energi används för att rotera slingorna i magnetfältet, och den genererade emf är en sinusvåg som varierar i tid. Ånga tillverkad av brinnande fossila bränslen som kol, olja och naturgas är en vanlig källa i länder som USA. I Europa används kärnklyvning för att skapa ånga. I vissa vattenkraftverk, som de som finns i Niagara Falls, används vattentryck för att rotera turbinerna. Turbiner är rotorer med skovlar eller blad. Vind och vatten används ofta inte som fossila bränslen för mekaniska energikällor eftersom de inte är lika effektiva och dyrare.
AC-motorer
Växelströmsmotorer omvandlar elektrisk energi till mekanisk. En växelström används för att rotera öglorna i magnetfältet. De flesta växelströmsmotorer producerar strömmen genom att använda induktion. En elektromagnet orsakar magnetfältet och använder samma spänning som spolarna gör.
DC-motorer och generatorer
DC-motorer och generatorer liknar deras AC-motsvarigheter, förutom att de har en delad ring som kallas kommutator. Kommutatorn är ansluten till elektriska kontakter som kallas borstar. Den förändrade strömriktningen genom kommutatorn får ankaret och därmed öglorna att rotera. Det magnetfält som ankaret svänger in i kan vara en permanent magnet eller elektromagnet. DC-generatorer har en genererad emf är likström.
Motorer jämfört med generatorer
Alla motorer är generatorer. EMF i en generator ökar sin effektivitet, men en EMF i en motor bidrar till energiförbrukning och ineffektivitet i dess prestanda. En bakre emf är ett motstånd mot förändring i ett magnetfält. En bakre emf visas i en motor efter att den har slagits på, men inte omedelbart. Det minskar strömmen i slingan och blir större när motorns hastighet ökar. Detta gör att motorns effektbehov också ökar, speciellt vid mycket stora belastningar.