Av Kim Lewis Uppdaterad 24 mars 2022
Elektriska motorer och generatorer delar en gemensam grund:en roterande strömförande slinga, eller armatur, belägen inom ett magnetfält. Järnkärnan i ankaret intensifierar det inre fältet, medan växelström som flyter genom slingan ändrar dess riktning, vilket håller ankaret i evig rörelse. När slingan rör sig inducerar ett förändrat magnetiskt flöde en elektromotorisk kraft (EMF), spänningen som driver enheten.
EMF, förkortning för elektromotorisk kraft, är inte en mekanisk kraft utan den potentialskillnad som omvandlar en energiform till en annan. Batterier, till exempel, omvandlar kemisk energi till elektrisk energi, vilket ger en källa till EMF. Storleken på den inducerade EMF följer Faradays induktionslag:ju snabbare magnetfältet ändras, desto större spänning produceras.
AC-generatorer - ofta kallade generatorer - omvandlar mekanisk energi till alternerande elektrisk kraft. Rotationsrörelse, vanligtvis tillförd av ångturbiner (kol, olja eller naturgas), kärnklyvning eller vattenkraftsturbiner (t.ex. vid Niagarafallen), vrider ankaret. Den resulterande EMF är en sinusvåg vars frekvens och amplitud beror på rotationshastigheten och styrkan på magnetfältet.
AC-motorer utför det omvända:de använder elektrisk växelström för att generera mekanisk rotation. De flesta industriella AC-motorer är beroende av induktion, där statorns magnetfält inducerar strömmar i rotorn, vilket skapar ett vridmoment som vrider axeln. Samma spänning som aktiverar spolarna driver magnetfältet, vilket gör AC-motorer effektiva och robusta för storskaliga applikationer.
DC-versioner lägger till en kommutator - en delad ring ansluten till borstar - som vänder strömriktningen vid lämpligt tillfälle. Detta säkerställer kontinuerlig rotation oavsett om enheten drar ström (motor) eller levererar ström (generator). Ankaret kan drivas av en permanentmagnet eller en elektromagnet, och den genererade EMF är likström.
I grund och botten är varje motor en generator i förklädnad:det roterande ankaret producerar EMF även när den förbrukar elektrisk kraft. I en motor motverkar denna bakre EMF den applicerade spänningen, vilket begränsar strömflödet när hastigheten ökar. Även om EMF minskar strömförbrukningen under belastning, representerar den också en inneboende ineffektivitet som måste hanteras i högpresterande system.
