Door Kim Lewis Bijgewerkt op 24 maart 2022

Constructie

Elektromotoren en generatoren delen een gemeenschappelijk fundament:een roterende stroomvoerende lus, of anker, gelegen in een magnetisch veld. De ijzeren kern van het anker versterkt het interne veld, terwijl de wisselstroom die door de lus vloeit van richting verandert, waardoor het anker voortdurend in beweging blijft. Terwijl de lus beweegt, induceert een veranderende magnetische flux een elektromotorische kracht (EMF), de spanning die het apparaat van stroom voorziet.

EMF, een afkorting van elektromotorische kracht, is geen mechanische kracht, maar het potentiaalverschil dat de ene energievorm in de andere omzet. Batterijen zetten bijvoorbeeld chemische energie om in elektrische energie en vormen zo een bron van elektromagnetische velden. De omvang van de geïnduceerde EMF volgt de inductiewet van Faraday:hoe sneller het magnetische veld verandert, hoe groter de geproduceerde spanning.

AC-generatoren

AC-generatoren, vaak dynamo's genoemd, zetten mechanische energie om in elektrische wisselstroom. Roterende beweging, doorgaans geleverd door stoomturbines (steenkool, olie of aardgas), kernsplijting of hydro-elektrische turbines (bijvoorbeeld bij Niagara Falls), draait het anker. De resulterende EMF is een sinusgolf waarvan de frequentie en amplitude afhangen van de rotatiesnelheid en de sterkte van het magnetische veld.

wisselstroommotoren

AC-motoren doen het omgekeerde:ze gebruiken elektrische wisselstroom om mechanische rotatie te genereren. De meeste industriële AC-motoren zijn afhankelijk van inductie, waarbij het magnetische veld van de stator stromen in de rotor induceert, waardoor een koppel ontstaat dat de as doet draaien. Dezelfde spanning die de spoelen bekrachtigt, drijft het magnetische veld aan, waardoor AC-motoren efficiënt en robuust zijn voor grootschalige toepassingen.

DC-motoren en generatoren

DC-versies voegen een commutator toe (een splitring verbonden met borstels) die de stroomrichting op het juiste moment omkeert. Dit zorgt voor een continue rotatie, ongeacht of het apparaat stroom trekt (motor) of stroom levert (generator). Het anker kan worden aangedreven door een permanente magneet of een elektromagneet, en de gegenereerde EMF is gelijkstroom.

Motoren vergeleken met generatoren

In wezen is elke motor een vermomde generator:het roterende anker produceert EMF, zelfs als er elektrische stroom wordt verbruikt. In een motor werkt deze tegen-EMK de aangelegde spanning tegen, waardoor de stroom wordt beperkt naarmate de snelheid toeneemt. Terwijl back-EMF het stroomverbruik onder belasting vermindert, vertegenwoordigt het ook een inherente inefficiëntie die moet worden beheerd in systemen met hoge prestaties.