Motoren en generatoren zijn elektromagnetische apparaten. Ze hebben stroomdragende lussen die roteren in magnetische velden. 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 in elektrische energie omzetten.

Constructie in

Elektrische motoren en generatoren hebben stroomdragende lussen die continu in een magnetisch veld roteren. De lussen zijn gewikkeld rond een ijzeren kern, een armatuur genoemd, die het magnetische veld in hen sterker maakt. De stroom in de lussen keert de richting om 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 aansluitpunten van een apparaat dat de ene vorm van energie omzet in elektrische energie. Een batterij zet bijvoorbeeld chemische energie om in elektrische energie, en zo is een bron van emf. Een potentiaalverschil is een spanning.

De geïnduceerde emf gecreëerd door de beweging van de lussen wordt groter naarmate het magnetisch veld sneller verandert. Dit is de wet van inductie van Faraday, genoemd naar zijn ontdekker, de beroemde natuurkundige Michael Faraday.

AC-generatoren

AC-generatoren staan ​​tegenover motoren, omdat ze mechanische energie omzetten in elektrische energie. 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 worden aangetroffen, wordt de waterdruk gebruikt om de turbines te draaien. Turbines zijn rotoren met vinnen of bladen. Wind en water worden niet vaak gebruikt als fossiele brandstoffen voor mechanische energiebronnen omdat ze niet zo efficiënt zijn en duurder.

AC-motoren

AC-motoren zetten elektrische energie om in mechanische. Een wisselstroom wordt gebruikt om de lussen in het magnetische veld te roteren. De meeste AC-motoren produceren de stroom door inductie te gebruiken. Een elektromagneet veroorzaakt het magnetisch 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 gespleten ring hebben een commutator genoemd. De commutator is bevestigd aan elektrische contacten, de zogenaamde borstels. De veranderende richting van de stroom door de commutator zorgt ervoor dat het anker en dus de lussen roteren. Het magnetische veld dat het anker ingaat, kan een permanente magneet of elektromagneet zijn. DC-generatoren hebben een gegenereerde emf is gelijkstroom.

Motoren in vergelijking met generatoren

Alle motoren zijn generatoren. De emf in een generator verhoogt zijn efficiëntie, maar een emf in een motor draagt ​​bij tot energieverspilling en inefficiëntie van 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 nemen ook de vermogensvereisten van de motor toe, vooral bij zeer grote belastingen.