Tegen-elektromotorische kracht – Cornelis schetst

In basis is de opzet van een elektromotor gelijk aan die van een dynamo. Sterker nog: zelfs wanneer een elektromotor draait om iets aan te drijven, probeert hij zich gelijktijdig ook als dynamo te gedragen en een spanning op te wekken. Dat klinkt ingewikkeld, maar is dat ook zo?

De basis van een elektromotor is een magnetisch veld (van permanente magneten of van elektromagneten) met daarin een stroomgeleider. Wanneer door de stroomgeleider een stroom begint te lopen, ontstaat er rond die geleider ook een magnetisch veld. Zodra we het basis magnetisch veld en het magnetisch veld rond de geleider combineren, ontstaat er een kracht die we kennen als Lorentzkracht. In een elektromotor zorgt die Lorentzkracht voor de beweging. In een dynamo werkt het net andersom: wanneer we een geleider door een magnetisch veld bewegen, ontstaat er in die geleider een inductiespanning E. Er wordt dus een elektrische stroom gegenereerd.

Wanneer in een elektromotor de stroomgeleider als gevolg van de Lorentzkracht in de rondte draait, ontstaat er in die stroomgeleider ook een inductiespanning E, die eigenlijk zijn eigen ontstaan tegenwerkt. Die z’n eigen ontstaan tegenwerkende inductiespanning noemen we de tegen-elektromotorische kracht, ook wel bekend als de tegen-EMK. Die tegen-EMK is afhankelijk van de snelheid waarmee de stroomgeleider door het magnetisch veld beweegt (en is bij een elektromotor dus afhankelijk van het toerental). Staat de motor stil, dan is er geen tegen-EMK, de tegen-EMK ontstaat pas wanneer er beweging is. En dat is natuurlijk net als bij een dynamo, die levert ook pas een spanning zodra hij draait.

Het elektrisch vermogen dat aan de elektromotor wordt toegevoerd, is het product van de voedingsspanning en stroom (U maal I). Bij de ideale elektromotor gaat een klein deel van die stroom gaat verloren aan warmte als gevolg van de weerstand in de stroomgeleider (we noemen dit koperverlies). De rest van het vermogen is het praktisch bruikbare mechanisch vermogen en dat is het product van de stroom maal de inductiespanning E. Zolang de inductiespanning E lager is dan de voedingsspanning is de stroom door de motor positief en werkt de motor ook daadwerkelijk als een motor. Wordt de inductiespanning groter dan de voedingsspanning (bijvoorbeeld doordat we de voet van het gaspedaal halen), dan zal de stroom de andere kant uit gaan lopen en werkt de motor nu als een generator.