Redigerer Elektrisk motor (avsnitt)

== Historisk utvikling ==
=== Teoretisk utvikling ===
En viktig oppdagelse som lå til grunn for eksperimenter med elektriske roterende innretninger var den danske fysikeren [[Hans Christian Ørsted]]s ([[1777]] – [[1851]]) oppdagelse av magnetfelter rundt elektriske ledere. I 1820 oppdaget han at en elektrisk leder vil påvirke en [[kompass]]nål til å bevege seg om denne holdes i nærheten av lederen. En tidligere oppfinnelse som gjorde kontrollerte forsøk med elektrisitet mulig var oppfinnelsen av det elektriske batteriet ([[Voltasøyle]]n), utført av den italienske vitenskapsmannen [[Alessandro Volta]] ([[1745]] – [[1827]]). Mange oppfinnere og vitenskapsmenn studerte elektromagnetiske fenomener, og søkte etter praktiske anvendelser for elektrisitet. Disse arbeidet ofte helt uavhengig av hverandre, og nye oppdagelser ble gjort nesten daglig.<ref name="MD">{{Kilde www| forfatter=Martin Doppelbauer | url= http://www.eti.kit.edu/english/1376.php |tittel=The invention of the electric motor 1800-1854 – A short history of electric motors - Part 1 | besøksdato=11. januar 2015 | verk= | utgiver=Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) | arkiv_url= |arkivdato= |sitat= }}</ref>

Den franske matematikeren og fysikeren [[André-Marie Ampère]] ([[1775]] – [[1836]]) studerte sammenhengen mellom magnetisme og elektrisitet samtidig med Ørsted. Regelen som for ettertiden er kjent som [[Ampères sirkulasjonslov]], forteller om forholdet mellom magnetisk flukstetthet og strømstyrken i en leder. Denne grunnleggende oppdagelsen ble gjort i 1820 og publisert noen få år senere.<ref>{{Kilde www|url=http://farside.ph.utexas.edu/teaching/316/lectures/node75.html |tittel=Ampère's Circuital Law | forfatter=Richard Fitzpatrick | år=2007}}</ref>

[[Fil:Faraday magnetic rotation.jpg|thumb|Faradays elektromagnetiske motor i 1821 der en elektrisk leder roterer rundt en magnet.<ref name="Faraday (1822)">{{Kilde artikkel|etternavn=Faraday|fornavn=Michael|tittel=On Some New Electro-Magnetical Motion, and on the Theory of Magnetism|publikasjon=Quarterly Journal of Science, Literature and the Arts|år=1822|bind=XII|sider=74–96 (§IX)|url=http://archive.org/details/quarterlyjournal12jour|besøksdato=12. februar 2013|utgiver=Royal Institution of Great Britain}}</ref>]]

I 1831 oppdager den britiske fysikeren [[Michael Faraday]] ([[1791]] – [[1867]]) at et magnetisk felt kan påvirke en elektrisk leder slik at det oppstår en [[elektromotorisk spenning]] (EMS) i den. Denne oppdagelsen er senere kjent som [[Faradays lov]], og fenomenet omtales som elektromagnetisk induksjon. Omtrent samtidig gjør den amerikanske fysikeren [[Joseph Henry]] ([[1797]] – [[1878]]) den samme oppdagelsen. Dette er den motsatte fysiske prosessen av den som Ørsted hadde oppdaget. Induksjon er for øvrig det fysiske grunnlaget for virkemåten til en generator, selv om også induksjon skjer i en elektrisk motor. 
Mer spesifikt er den elektromotoriske spenningen <math>\mathcal{E}</math> er proporsjonal med den tidsderiverte av magnetiske flukstetthet:

: <math>\mathcal{E} = -{{d\Phi_B} \over dt}, \ </math>

der

:* <math>\mathcal{E}</math> er den elektromotoriske spenningen (ems) 
:* Φ<sub>''B''</sub> er den [[magnetisk fluks|magnetiske fluksen]],

og minustegnet forklares av [[Lenz' lov]]:

: «Retningen av den induserte spenningen er slik at den vil motvirke sin årsak»

[[Fil:Lorentzkraft-graphic-part2.PNG|thumb|Den magnetiske [[kraft]]en ''F'' virker normalt på magnetfeltets flukslinjer '''B''' og er proporsjonalt med lengden av lederen <math>\boldsymbol{\ell}</math> og strømstyrken <math> I </math>  i lederen.]]

I den helt tidlige eksperimentelle fasen med elektromagnetisme holdes fenomenene med fysiske krefter mellom magnetfelter og elektriske ledere på den ene siden, og induksjon på den andre siden, strengt adskilte. En snakket om magneto-elektriske maskiner når en omtalte bakgrunnen for virkemåten for generatorer, og elektro-magnetiske maskiner når det var snakk om motorer. Ikke før i 1833 ble det påpekt at det var en sammenheng mellom disse fenomenene, da den tysk-baltiske fysikeren [[Emil Lenz]] ([[1804]] – [[1865]]) utga en artikkel med navn «loven om gjensidighet av magneto-elektriske og elektro-magnetiske fenomener». Med dette ble det i praksis fremsatt en påstand om at en elektrisk motor kan fungere som generator, og vice versa. I 1838 kom det flere rapporter om eksperimenter der det ble påvist reversible prosesser.<ref name="MD" />

Den helt grunnlegende sammenhengen for virkemåten til en motor er [[Ampères kraftlov]] som sier at kraften er gitt ved uttrykket<ref>[[#YL|Young og Freedman: ''University physics'' side 932.]]</ref>

:<math>\mathbf{F} = I \boldsymbol{\ell} \times \mathbf{B} \,\!</math>

der symbolene betyr
* '''F''' = kraften ([[Vektor (matematikk)|vektor]]) som virker på en leder ([[Newton|N]]),
* <math> I </math> = strømmen i lederen ([[Ampere|A]]),
* <math>\boldsymbol{\ell}</math> = lengden av lederen ([[meter|m]])
* <math>\mathbf{B}</math> = flukstetthet (vektor) til magnetfeltet som omgir lederen ([[Tesla|T]]).

Figuren til høyre viser hvordan en leder i et magnetfelt blir påvirket av denne kraften.

=== De første roterende innretninger ===
[[Fil:Motor Egger LehrbuchPhysik S510.jpg|thumb|Elektrisk motor som etterligner en [[dampmaskin]]s virkemåte. Denne maskinen ble utviklet av den østerrikske [[Jesuitt]]pater og professor i fysikk Martin Egger (1832 – 1898).{{Byline|Johann Heinrich Jacob Müller}}]]

Å lage roterende elektriske innretninger var noe en rekke oppfinnere og vitenskapsmenn arbeidet med uavhengig av hverandre, det kan nesten beskrives som en motesak fra første halvdel av 1850-tallet.  Det ble gjort forsøk med både roterende maskiner, men også innretninger der en stang ble satt til å beveges frem og tilbake omtrent som stemplet i en dampmaskin. (Noe likt det en i dag kaller for en lineærmotor.)<ref name="MD" />

Som nevnt var Ørsted den første som oppdaget sammenheng mellom elektriske ledere og magnetfelter. Allerede Faraday utfører i 1821 eksperimenterer som demonstrerer rotasjon forårsaket av magnetisme. Dette året viser han at en opphengt elektrisk leder kan rotere i en sirkel rundt en magnet.<ref name="MD" /> En annen tidlig oppfinnelsen av betydning var elektromagneten utført av den engelske fysikeren [[William Sturgeon]] ([[1783]] – [[1850]]).<ref>{{Kilde artikkel| forfatter=Iwan Rhys Morus | tittel=Forskjellige liv med eksperimenter Michael Faraday og William Sturgeon (Different Experimental Lives Michael Faraday and William Sturgeon) | publikasjon=History of Science | bind=30 | nummer=  | side=1-28 | år=1992 | måned= | pmc= | url=http://adsabs.harvard.edu/abs/1992HisSc..30....1R | doi= }}</ref>

[[Fil:Barlowsches Rad LehrbuchPhysik S576.jpg|thumb|Barlows hjul regnes for å være en av de aller første elektriske roterende innretninger.]]

Det aller første enkle roterende apparatet basert på elektromagnetisme holdes for å være en innretning bygget av engelskmannen [[Peter Barlow]] (1776 – 1862) i 1822, kjent som ''Barlows hjul''. En annen tidlig oppfinnelse av en elektrisk roterende maskin blir utført av den ungarske benediktinerpresten [[Ányos Jedlik]] (1800 – 1895) rundt 1827. Innretningen består av elektromagneter og en kommutator. Jedlik publiserer ikke noe skriftlig om sin oppfinnelse før flere tiår senere, tidspunkt for oppfinnelsen er også usikkert. Selv om dette kan ha vært den første elektriske motor, kan det ikke dokumenteres. Den første publiserte beskrivelsen av en roterende elektrisk maskin blir gitt i juli 1832: En viss P.M. skriver et brev til Faraday der en slik oppfinnelse blir beskrevet. Faraday får brevet den 26. juli 1832, og han publiserer inneholdet omgående.<ref name="MD" /> I 1829 laget Joseph Henry, en fysikklærer i [[Albany]], en roterende motor, men anså det bare som et leketøy uten praktisk nytte.<ref name="origin">Michalowicz, J. C. (1948). Origin of the electric motor. ''Electrical Engineering'', 67(11), 1035-1040.</ref>

I juli 1832 konstruerer den franske instrumentmakeren Hippolyte Pixii (1808 – 1835) det første apparatet som genererte vekselspenning ved hjelp av roterende permanentmagneter. Etter ideer fra Ampère utviklet han samme år en komponent som kan snu strømmens retning for hver halve omdreining rotoren utfører. Dermed leverte apparatet ut likespenning. Komponenten som snudde spenningen er kjent som kommutatoren. Imidlertid er det skotten William Ritchie (1790 – 1837) som er kjent som oppfinneren av kommutatoren i 1832. Ritchie hevdet å ha funnet opp kommutatoren den samme sommeren som Pixii.<ref name="MD" /> I 1833 presenterte Joseph Saxton en «magneto-electric» machine for British Association for the Advancement of Science.<ref name="origin" />

[[Fil:Scientific Memoirs, Volume 1, Plate VII.png|thumb|Tegninger som viser tidlige elektriske motorer konstruert av [[Moritz Hermann von Jacobi]] og Rudolph Schulthess.{{Byline|Richard Taylor}}]]

Den tyske/russiske ingeniøren og fysikeren [[Moritz Hermann von Jacobi]] ([[1801]] – [[1874]]) regnes for å være den første til å lage en praktisk anvendbar elektrisk motor. Han rapporterte til ''Annalen der Physik'' i mai 1834 at han hadde konstruert en elektrisk motor som kunne løfte en vekt på 10–12 pund opp med en fart av én fot i sekundet. Dette tilsvarer en [[Elektrisk effekt|effekt]] på 15 W.<ref name="MD" /> I november 1834 sender han en rapport til [[Det franske vitenskapsakademiet]] i Paris om sine forsøk. Rapporten til vitenskapsakademiet beskrev Jacobi at han hadde lykkes med å skape rotasjon ved hjelp av elektrisitet i mai 1834. Thomas Davenport skrev i sin memorar at han fikk til det samme i juli 1834. Oppfinnelsene gjort av disse to skjedde helt uavhengig. Jacobis motor besto av to sett med elektromagneter, åtte i hvert sett, det ene settet fastspent og det andre montert på et hjul. Strøm gikk fra batteriet til de roterende magnetene via en [[kommutator]]. Jacobis kommutator var bedre utformet enn Davenports og er svært lik den som ble utbredt senere.<ref name="origin" />

Jacobi var tilknyttet universitetet i Königsberg i daværende Preussen. I november 1834 sender han en rapport til [[det franske vitenskapsakademiet]], og på våren 1835 publiserer han en avhandling om sin elektriske motor. Denne avhandlingen fører til at han senere får et æresdoktorat ved universitetet. Han gjør det klart at han alene ikke er oppfinneren av motoren. Inspirasjon har kommet fra de italienske oppfinnerne Giuseppe Domenico Botto og Savatore dal Negro. Botto er en  professor i fysikk, som i 1834 publiserer en beskrivelse av en elektrisk innretning som er konstruert lik en [[metronom]]. Den har to elektromagneter som får en pendel til å bevege seg. Negro har noe tidligere konstruert en lignende maskin som kan løfte et lodd på 60 gram 5 centimeter i løpet av ett sekund, noe som tilsvarer en ytelse på 30&nbsp;mW.<ref name="MD" />

I desember 1833 ble den amerikanske smeden Thomas Davenport den første som laget en elektrisk motor i USA. Hans maskin kunne yte 4,5 W, men hverken han eller andre oppfinnere på denne tiden greide å lage en maskin med en ytelse som kunne gjøre dem praktisk anvendbare. Davenport fikk i 1837 det første patentet på en elektrisk motor. Han leverte patentsøknaden 24. januar 1837 og fikk svar 25. februar 1837 med at motoren var tildelt patentnummer 132 i USA.<ref name="origin" />

Det store spranget kom i 1838 da Jacobi lyktes med å lage en motor som utviklet hele 300 W. Rett før dette hadde den russiske tsaren invitert Jacobi til St. Petersburg, hvor han ble medlem av [[Det russiske vitenskapsakademi|Sankt Petersburg Vitenskapsakademi]]. Han fikk generøs støtte fra tsaren for å arbeide nettopp med elektriske motorer. For å demonstrere motorens praktiske anvendelse satte han den i en båt som var rundt åtte meter lang og utstyrt med padlehjul. Fartøyet kunne transporterte 14 personer over elven [[Neva]]<ref>[[#DNTO|Georg Lütken: ''Anvendelser af Elektriciteten i den nyere Tid'' side 219.]]</ref> i [[St. Petersburg]]. Den første båtturen fant sted den [[13. september]] [[1838]]. Distansen var 7,5&nbsp;km og fartøyet holdt en fart på 2,5&nbsp;km/h. I båten var det sink-batterier som til sammen veide 200&nbsp;kg. Flere aviser fra denne tiden beskriver båtferdene som ble foretatt denne høsten, blant annet blir det rapportert at fartøyet i løpet av to til tre måneders drift har et forbruk av sink på 24 pund,<ref name="MD" /> eller rundt 11&nbsp;kg.

En annen oppfinner som utviklet vellykkede elektriske motorer var amerikaneren [[Charles Grafton Page]] (1812 – 1868). Hele sitt liv brukte han på å utvikle motorer, i tillegg til flere andre oppfinnelser som han står bak. Hans første motor så dagens lys i 1838 og var basert på en pendel som settes i bevegelse av elektromagneter. Denne maskinen etterlignet en dampmaskin med en arm fra pendelen som fikk et hjul til å rotere. De etterfølgende 20 årene gikk han etterhvert helt over til roterende innretninger. I 1851 klarer Page å øke effekten fra 8 til 20 [[Hestekraft|hk]], det vil si rundt 15&nbsp;kW. Med to slike motorer bygger han et lokomotiv som med en vekt på 10 tonn greier å oppnå en fart på 30&nbsp;km/h. Med dette kjører han fra Washington til Bladensburg på 19 minutter.<ref name="MD" />

=== Videre utvikling av anvendbare motorer ===
I årene fra 1837 til 1866 ble det tatt ut hele 100 patenter på elektriske motorer bare i England. I hele verden ble det tatt ut tusenvis av patenter. Det skulle vise seg å ta lang tid før noen greide å overgå Jacobi når det gjaldt ytelsen for en elektrisk maskin.<ref name="MD" />

Det skjedde stadige forbedringer av elektriske motorer, men det var et fundamentalt problem med disse; den høye vekten og kostnadene for batteriene. Dette ble også motivasjonen for å lage en funksjonell generator som kunne forsyne motorer med elektrisitet. I 1850 skrev R. Hunt i ''British Philosophical Magazine'' at en elektrisk motor, selv under de beste forhold, er 25 ganger mer kostbar enn en dampmaskin for å gjøre det samme arbeidet.<ref name="MD" />

I 1841 utlovet [[Det tyske forbund]] en pris på 100&nbsp;000 [[gulden]] til den som konstruerte en elektrisk motor som kunne utføre et arbeid billigere enn en hest, en dampmaskin eller et menneske. Ingen fikk denne prisen. Det viste seg umulig å få til noe slikt uten at en vellykket generator ble konstruert, noen som skal vise seg å ta enda 25 år å få til.<ref name="MD" />

[[Fil:PSM V18 D509 Electric induction coil.jpg|thumb|Grammes ringanker med viklingene (B) som har forbindelse ut til kommutatoren via kobberlederne (R).]]

[[Fil:Grammescher Ring.png|thumb|Stilisert tegning som forklarer prinsippet for Grammes ringanker.]]

En ny stor forbedring av konstruksjonen av elektriske motorer kommer med den tyske oppfinneren og industrimannen [[Werner von Siemens]] ([[1816]] – [[1892]]), som i 1856 konstruerer en maskin med såkalt ''dobbel-T ankerviklinger''. I denne maskinen er rotorens viklinger plassert i spor langs rotorens omfang. Denne konstruksjonen er så vellykkede at alle andre tidligere løsninger forsvinner helt i løpet de neste årene. Denne løsningen med spor for viklingene brukes fremdels for nesten alle elektriske maskiner. Ti år senere finner Siemens opp en vellykket dynamo (likestrømsgenerator). Med denne oppfinnelsen begynner utviklingen av elektriske maskiner for praktisk anvendelse virkelig å ta fart.<ref name="MD2">{{Kilde www| forfatter=Martin Doppelbauer | url= http://www.eti.kit.edu/english/1376.php |tittel= The invention of the electric motor 1800-1854 – A short history of electric motors - Part 2 | besøksdato= 11. januar 2015 | verk=  |utgiver=Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) | arkiv_url= |arkivdato= |sitat= }}</ref> Werner von Siemens
er for øvrig kjent som grunnleggeren av det tyske industrikonsernet [[Siemens]].

En stor ulempe med dynamoen til Siemens med dobbel-T anker er at den produserer pulserende spenning. Den belgiske oppfinneren og ingeniøren [[Zénobe Gramme]] ([[1826]] – [[1901]]) løser dette problemet med den såkalte ''ankerring'', som gir ut en jevn likespenning. Konstruksjonen som han kom med i 1871 hadde viklinger som var sammenkoblet på en slik måte som bildet øverst til høyre viser. Prinsippet er vist i figuren rett nedenfor som viklinger rundt en torus. Fra hver viklingsspole fører det forbindelser til segmenter på kommutatoren. Det blir indusert like stor spenning i den øverste halvdelen av ringen som i den nederste, og som figuren viser blir spenningen hentet ut av børstene ved posisjonene -B og +B.<ref name="DNTO225">[[#DNTO|Georg Lütken: ''Anvendelser af Elektriciteten i den nyere Tid'' side 225.]]</ref> Produksjonen av denne dynamoen er en sterk konkurrent til Simens' dynamo.<ref name="MD2" /> Årsaken til forbedringen er konseptet som er kjent som ''distribuerte viklinger'', noe som blir omtalt lenger ned i artikkelen.

Enda en videreutvikling av dobbel-T anker-maskinen er oppfinnelsen av ''ankertrommel''-motoren til tyskeren [[Friedrich von Hefner-Alteneck]] ([[1845]] – [[1904]]). Denne utviklingen gjøres i årene 1872 – 1875, og består av at viklingene legges i spor aksielt langs en sylindrisk rotor.<ref name="MD2" /> Dette var en forbedring av Grammes ankerring, fordi denne ikke hadde en stor del av viklingene på innersiden av rotoren der det uansett ikke blir indusert noe spenning.<ref name="DNTO225" /> Grammes og von Hefner-Altenecks oppfinnelser er også viktige bidrag til utviklingen av elektriske motorer.

Neste milepæl mot en vellykket elektrisk motor er franskmannen [[Auguste Pellerin]]s ide med laminert blikk istedenfor massivt jern i motorens stator og rotor. Ideen går ut på at tynne plater av stål med isolasjon i mellom settes sammen til å danne motorens magnetiske krets. Dette kalles for laminert blikk. Hensikten med dette var å unngå ''[[virvelstrøm]]mer'', som fører til redusert virkningsgrad. Imidlertid blir ikke denne oppfinnelsen satt ut i produksjon av Pellerin selv. Med disse konseptene er alle konstruksjonsdetaljene for en moderne elektromotor på plass. Imidlertid er det oppfinnelsen av vekselstrømsmotorer og -generatorer som fører frem til dagens moderne elektriske kraftsystemer.<ref name="MD2" /> Problemet med virvelstrømmer blir for øvrig forklart mer inngående lenger ned.

=== Strømkrigen ===
{{Hoved|Strømkrigen}}

[[Fil:PSM V43 D757 Diagram of the tesla motor connections.jpg|thumb|Diagram som viser prinsipp for virkemåten for motor og generator for Teslas tofasessystem.]]

''[[Strømkrigen]]'' er betegnelsen på det teknologiske kappløpet mellom likestrømsystemer på den ene siden og vekselstrøm på den annen.{{Efn|På engelsk kjent som «the battle of the the currents» eller «the battle of the systems»<ref name="NOP106" />}} Denne intense konkurransen som gikk for seg i 1880-årene, og endte på begynnelsen av 1890-årene, dreide seg mye om å finne en løsning på problemet med de korte overføringsavstandene som kraftsystemer basert på likestrøm hadde. Med introduksjon av systemer for enfase vekselstrøm var det mulig å øke avstanden mellom kraftstasjonene og forbrukerne betydelig. Imidlertid var det et stort praktisk problem med vekselstrøm; ingen greide å konstruere en praktisk motor for vekselstrøm.<ref name="NOP106">[[#NOP|Thomas P. Hughes : ''Networks of Power'' side 106.]]</ref>

Den serbiske ingeniøren [[Nikola Tesla]] ([[1856]] – [[1943]]) får ideen til et vekselstrømssystem  allerede mens han er student ved [[Technische Universität Graz]] i Østerrike i 1882. Tesla har senere sagt at han under en demonstrasjon av en likestrømsgenerator holdt av en professor ved universitetet i 1877, så den intense gnistringen fra børstene og kommutatoren. Gnistringen var så intens at det var åpenbart at komponentene ville bli ødelagt. Han bestemte seg da for at han ville finne opp en elektrisk maskin uten disse svakhetene. Det er imidlertid uklart om han ville finne opp en motor eller generator uten kommutator, eller begge deler. I de neste årene tenker han intenst på hvordan en maskin uten kommutator skal konstrueres. Tesla går tur sammen med en kamerat når han får ideen, som han beskriver slik «I et øyeblikk så jeg for meg alt, og med en pinne laget jeg diagrammer i sanden som sener ble brukt som illustrasjoner i min patentsøknad i mai 1888». For Tesla er det åpenbart at det han søker ikke bare er motor uten kommutator, men et helt nytt system fordi motoren vil kreve en spesiell generator.<ref>[[#NOP|Thomas P. Hughes : ''Networks of Power'' side 113.]]</ref> De fleste historikere lar Tesla få æren av å være oppfinneren av den første motor for vekselstrøm.<ref>[[#NOP|Thomas P. Hughes : ''Networks of Power'' side 112.]]</ref>

[[Fil:Thomas Edison and his original dynamo 1906.jpg|thumb|[[Thomas Alva Edison]] poserer ved siden av en av sine dynamoer. Edison var innehaver av 1&nbsp;093 patenter i USA, i tillegg til patenter i Storbritannia, Frankrike og Tyskland. Flere av hans patenter gjaldt likestrømsmotorer og andre apparater for likestrøm.{{Byline|H.C. White Co.}}]]

En industriherre som hadde bygget seg et imperium basert på små lokale kraftsystemer for likestrøm var [[Thomas Alva Edison]]. På slutten av 1800-tallet ble elektrisitet benyttet først og fremst for belysning for de få bybeboerne som hadde råd til dette. De som produserte og eide slike kraftsystemer kunne ikke overføre elektrisitet over lengre avstander, men industriforetak som ville forsyne den mer spredt bosatte befolkningen så forretningsmuligheter i å utvikle et bedre egnet  system.<ref>[[#NOP|Thomas P. Hughes : ''Networks of Power'' side 120-121.]]</ref>

Tesla beskriver problemet med likestrømssystemer slik i en artikkel fra 1888 til ''the American Institute of Electrial Engineers'': – I et kraftsystem for likestrøm blir det indusert vekselstrøm i generatorens rotor, disse blir likerettet i den problematiske kommutatoren. Likestrømmen blir distribuert via overføringslinjer til motorer, der strømmen igjen blir omformet i kommutatorer på motorene der det også går vekselstrøm i rotoren. For ham var dette ulogisk. Hvorfor ikke bruke vekselstrøm gjennom hele systemet, når kommutatorene skaffer så mange problemer, argumenterte han.<ref>[[#NOP|Thomas P. Hughes : ''Networks of Power'' side 115-116.]]</ref>

[[Fil:Tesla's induction motor.jpg|thumb|Asynkronmotoren for to faser som [[Nikola Tesla]] utviklet.]]

I sine patenter beskriver Tesla et ''roterende magnetisk felt'' som blir satt opp av viklingene i en elektrisk maskin som tilknyttes vekselstrømmer med faseforskyvning. Det roterende magnetiske feltet fra viklingene vil ha samme virkning som en roterende magnet: Nemlig at en jern- eller ståltrommel som kommer i nærheten vil rotere. I neste omgang vil det induseres strøm i ståltrommelen, denne vil sette opp et magnetfelt som ved interaksjon med det roterende feltet fra viklingene får trommelen selv til å rotere. Denne maskinen vil få en rotasjonshastighet som er litt lavere enn magnetfeltets rotasjon. Dette er Teslas beskrivelse av en induksjonsmotor (asynkronmotor), og han gir også en beskrivelse av en annen maskin kjent som synkronmotor. Synkronmotoren forklarer han skal ha sleperinger med børster som overfører likestrøm til rotoren som setter opp et magnetisk felt.<ref>[[#NOP|Thomas P. Hughes : ''Networks of Power'' side 116-117.]]</ref>

I 1884 utvandrer Tesla til USA hvor han etablerer et lite firma og får opprettet et verksted for eksperimenter i New York. Tesla finner opp den såkalte induksjonsmotoren, beskrevet over, i 1885. Det han ikke er klar over er at den italienske fysikeren og ingeniøren [[Galileo Ferraris]] ([[1847]] – [[1897]]) har gjort den samme oppfinnelsen kort tid før Tesla. I 1887 tar Tesla ut sin første patent på et kraftsystem for tofaset vekselstrøm. Dette systemet består i hovedsak av en kraftlinje med fire faseledere, en generator og en flerfase motor. [[Georg Westinghouse]] blir klar over Teslas lovende kraftsystem og kjøper alle hans patenter for en million [[USD]]. I tillegg blir Tesla konsulent for Westingshouses selskap. Tesla arbeider så frem til 1889 med å utvikle to- og enfasede induksjonsmaskiner med forholdsvis høye frekvenser (mellom 125 og 133&nbsp;Hz). Disse anstrengelsene fører ikke frem til noen vellykket motor, dermed forlater han Westinghouse i 1889.  Westinghouse stopper deretter all utvikling av vekselstrømssystemer.<ref name="MD2" />

I Italia utvikler som sagt Ferraris sin vekselstrømsmotor for tofase vekselstrøm i 1885. Ferraris publiserer sin oppfinnelse, men tar aldri ut noen patenter.<ref>{{Kilde www| forfatter= | url=http://edisontechcenter.org/GalileoFerraris.html |tittel= Galileo Ferraris – Physicist, Pioneer of Alternating Current Systems (1847-1897) – Inventor of the Induction Motor | besøksdato= 31. oktober 2015 | verk=  |utgiver=Edison Tech Center  | arkiv_url= |arkivdato=2011 | sitat= }}</ref> Også Ferraris beskriver roterende magnetiske felter som skapes av vekselsstrømmer som er faseforskjøvet.<ref>[[#NOP|Thomas P. Hughes : ''Networks of Power'' side 117.]]</ref> Helt feilaktig tror han at en slik maskin aldri kan få større virkningsgrad enn 50 %,<ref>[[#NOP|Thomas P. Hughes : ''Networks of Power'' side 119.]]</ref> dermed mister han all interesse for videre utvikling.<ref name="MD2" />

=== Trefasesystemet og asynkrommotoren ===
{{Hoved|Vekselstrøm}}

[[Fil:Lauffen-Frankfurt 1891g.jpg|thumb|Den trefasede vekselstrømsmotoren (venstre) som drev pumpen (høyre) til det kunstige fossefallet ved [[den internasjonale elektrotekniske utstillingen i 1891]] i Frankfurt am Main.]]

I 1889 konstruerer den russiske ingeniøren [[Mikhail Dolivo-Dobrovolskij]] ([[1862]] – [[1919]]) en forbedret induksjonsmotor basert på Tesla og Ferraris ideer. Dolivo-Dobrovolskij er sjefingeniør ved [[AEG]] i Berlin, og hans motor er mye lik dagens motorer kjent under navnet asynkronmotor. Senere finner han også opp en asynkronmotor med viklinger tilknyttet sleperinger og eksterne  ''startmotstander''.<ref name="MD2" />

Dolivo-Dobrovolskij er den første til å forstå at et [[trefase]]system med generator og motorviklinger koblet i ''[[vekselstrøm#Stjernekobling|stjerne]]'' eller ''[[vekselstrøm#Trekantkobling|trekant]]'' ikke trenger mer enn tre faseledere. Dermed vil systemet være mindre kostbart enn tofasesystemet som andre oppfinnere har utviklet og som krever fire faseledere. I august 1889 får han patent på en [[Transformator|trefasetransformator]]. Med Dolivo-Dobrovolskij som leder starter et samarbeid mellom [[AEG]] og Maschinenfabrik Oerlikon der disse i fellesskap konstruerer et komplett [[trefase]] kraftsystem med generator, transformatorer, kraftlinje og motorer. En kraftstasjon blir bygget i Laufen ved elven Nektar, denne produserer elektrisitet for en 175&nbsp;km lang [[kraftledning]] til Frankfurt am Main.<ref name="MD2" /> Anledningen er [[den internasjonale elektrotekniske utstillingen i 1891]] som avholdes i Frankfurt, der dette anlegget skal være hovedattraksjonen. Nøyaktig klokken 12 den [[25. august]] [[1891]] blir anlegget satt i drift, med blant annet en kunstig foss drevet av en pumpe med trefasemotor. Kraftlinjen har en spenning på 25&nbsp;kV og en overføringskapasitet på 220&nbsp;kW. Ved senere forbedringer viser det seg at den har et tap på bare 4 %.<ref>{{Kilde www| forfatter=Dr. phil. Sabine Hock | tittel=Mehr Licht für Frankfurt – Oskar von Miller brachte Frankfurt auf den Weg zur Elektrifizierung |  url=http://www.sabinehock.de/publikationen/tagespresse/archiv/tagespresse_095.html | besøksdato= 14. januar 2015 | verk= |utgiver=Presse- und Informationsamt der Stadt Frankfurt am Main | arkiv_url= |arkivdato=26. april 2005 |sitat= }}</ref><ref name="edisontechcenter.org">{{Kilde www| forfatter= | tittel=Laufen to Frankfurt 1891 | url= http://www.edisontechcenter.org/LauffenFrankfurt.html | besøksdato= 14. januar 2015 | verk= |utgiver=Edison Tech Center | arkiv_url= |arkivdato=2013 |sitat= }}</ref>

Til utstillingen er det kommet en rekke ingeniører og industriherrer fra forskjellige land. Disse skjønner raskt at trefase vekselspenning har store fordeler, spesielt ved at elektrisitet kan overføres over lange avstander. Etter dette startet de store elektrotekniske industriselskapene Siemens, [[General Electric]] og [[Westinghouse]] et intensivt arbeid for å utvikle generatorer og andre maskiner for vekselstrøm.<ref name="edisontechcenter.org" />

[[Fil:Drehstrommaschine.jpg|thumb|En trefaset vekselstrømsmotor konstruert av [[Friedrich August Haselwander]].]]

En annen amerikaner med interesse for elektriske motorer er [[Charles Schenk Bradley]]. Han utfører eksperimenter med flerfasemotorer allerede før Ferraris publiserer sine resultater. I 1887 og 1889 får han patenter på både et tofase- og et trefasesystem.  Bradley forsøker allikevel aldri å sette inne oppfinnelser ut i livet. En annen uheldig oppfinner er tyskeren [[Friedrich August Haselwander]] som kommer opp med en ide om et trefasesystem i 1887. Haselwander får bygget en trefaset synkronmaskin, men videre forsøk med denne blir stoppet av det tyske postvesenet som frykter forstyrrelser av telegraflinjene. Etterpå mislykkes han også med å få patent på oppfinnelsen.<ref name="MD2" />

Helt uavhengig av Dolivo-Dobrovolskijs arbeid med trefasekraftsystem hadde svensken [[Jonas Wenström]] ([[1855]] – [[1893]]) funnet opp og konstruert en trefasegenerator i 1890. Videre i 1893 bygges et kraftsystem for vekselstrøm med en 13&nbsp;km lang kraftlinje i Sverige. Ingeniøren Wenström hadde i sin patentsøknad i april 1889 beskrevet alle komponenter for et trefase vekselstrøms kraftsystem, inkludert en elektrisk motor, men han er altså noen få år for sent ute til å vinne kappløpet.<ref name="MD2" /> Wenströms oppfinnelser ble imidlertid med på å danne basis for det svenske storkonsernet [[ASEA]], som i dag er del av [[ABB]].

Teknologihistorikeren Thomas Hughes oppsummerer oppfinnelsen av en motor for vekselstrøm slik: –&nbsp;Tesla var den som først får gjennom en suksessfull patentsøknad for konseptet med motorer og generatorer med roterende magnetfelter. Ferraris er den som først som publiserer konseptet i en forelesning. Videre er det Bradley og Haselwander som er de første til å virkelig bygge fullskala generatorer for flerfase vekselstrøm. Imidlertid er det ingen av disse som bygger teknisk-økonomiske optimale generatorer eller motorer for vekselstrøm. Det er det de elektrotekniske selskapene som tar hånd om.<ref>[[#NOP|Thomas P. Hughes : ''Networks of Power'' side 118.]]</ref>

Med introduksjon av elektriske motorer på siste halvdel av 1800-tallet ble det slutt på at industribedrifter hadde omfattende systemer med akslinger og reimdrifter for energioverføring. Isteden kunne alt fra spinnemaskiner og vevstoler til trikker og tog ha sine egne elektriske motorer. Dermed var det heller ikke nødvendig for en fabrikk å ligge ved en elv der vannhjul eller [[vannturbin]]er skaffet energi til å drive maskinene.