Ha egy tekercset állandó mágneses mezőben egyenletesen forgatunk:
Kép forrása: https://www.electronics-tutorials.ws/
akkor amikor egy drótszakasz \(\vec{v}\) sebességének van \(\vec{v}_{\bot}\) merőleges komponense a \(\vec{B}\) külső mágneses indukcióra, és a drót hossziránya \(\vec{v}_{\bot}\)-re is és \(\vec{B}\)-re is merőleges, akkor a Lorentz-erő a dróttekercs mentén meghajtja a delokalizált elektronokat, vagyis a forgó tekercs áramforrásként működik. Mivel az, hogy a \(\vec{v}\) sebesség-nek mekkora komponense merőleges az indukcióra, ez (az egyenletes forgatás miatt) az időben szinuszosan változik, ezért az indukálódó feszültség is az idő szinuszos függvénye lesz:
Kép forrása: https://www.electronics-tutorials.ws/
Egy így létrehozott szinuszos áramot egy hasonló berendezés tekercsébe vezetve, az áramjárta tekercs a mágneses mezőben forogásba jön.
A külső mágneses mezőt nemcsak állandómágnesekkel biztosíthatjuk, hanem elektromágnesekkel is (azaz áramjárta vasmagos tekercsekkel), pontosabban szemben lévő tekercspárokkal:
Azonban ez nem túlságosan előnyös konstrukció, hiszen vannak időszakok, amikor az áramjárta forgó tekercsre ható forgatónyomaték időnként nagyon kicsi, akár nulla. Műszaki szempontból az lenne a kívánatos, ha a forgató hatás minden helyzetben egyenletes lenne. A problémát Nikola Tesla oldotta meg, a háromfázisú rendszer feltalálásával.
Nikola Tesla az Osztrák-Magyar Monarchiában született, a mai Horvátország területén egy faluban, szerb nemzetiségűként. Tanulmányait anyagi gondjai miatt kénytelen volt megszakítani. Hiába folyamodott kérvénnyel a Szerb Irodalmi és Tudós társasághoz, nem kapott támogatást (így jár egy nemzet, ha a tehetségei kibontakozásához nem biztosít megfelelő környezetet; majd megteszi azt egy másik, okosabb ország, Tesla esetében az Egyesült Államok). Tesla tanulmányai után Budapesten kapott állást a Puskás Tivadar vezette telefontársaságnál. 1882-ben a Városligetben sétált egy magyar barátjával, és mivel egész könyveket tudott fejből, a lenyugvó napról Goethe Faustjának egy részlete jutott az eszébe, amit szavalni kezdett, természetesen német eredetiben, hiszen Tesla fiatalon már 6 nyelven megtanult:
Hőköl, zuhan, túléltük e Napot,
de messze lenn új létet gerjedeztet.
Ó, mért nincs szárnyam, mely felkapna, hogy
folyton-folyvást nyomán lebegjek!
Saját elmondása szerint ekkor teljes részleteségében megjelentek lelki szemei előtt a váltóáramú villanymotor tervei, pontosan úgy, ahogy 6 évvel később a American Institute of Electrical Engineers számára bemutatta. Azonnal lerajzolta egy bottal a honokba, és el is magyarázta barátjának.
Tesla ötlete valóban a Napot utánozta. A Nap ugyanis (a Földről nézve látszólag) körbe-körbe halad az égi útján, ezáltal folyamatosan a Föld területei számára biztosít napfényt. Ennek mintájára az elektromotor forgótekercse körül folyamatosan forognia kellene a "gerjesztő" mágneses mezőnek, hogy a mágneses mező a forgótekercsre mindig állandó forgatónyomatékot fejtsen ki. A gerjesztő mágneses mező forgatását Tesla (mérnöki zsenialitásának köszönhetően) nem úgy valósította meg, hogy a külső tekercspárokat mechanikusan körbeforgatta, hanem úgy, hogy egy tekercspár helyett három tekercspárt helyezett a forgótekercs köré, és mind a három tekercspárba olyan, megfelelő ütemben változó (szinuszos) áramot vezetett, hogy középen, a forgótekercs helyén a tekercspárok által keltett mágneses indukcióvektorok (lent piros, kék és zöld nyilakkal) ugyan folyamatosan ingadoztak, az összegük azonban állandó nagyságú, egyenletesen körbeforgó eredő indukcióvektort hozott létre:
Emiatt egy-egy gerjesztőtekercs a forgótekercsre ugyan folyamatosan változó forgatónyomatékot fejtett ki, de a forgatónyomatékok összege már állandó lett.
A termelt áram (az egész elektromos hálózattal együtt) 3-fázisú, ami azt jelenti, hogy három, időben egymáshoz képest \(\displaystyle \frac{1}{3}\) periódusidővel eltolt szinuszos váltakozó feszültség van az egyes fázisokban, melyek jelei Magyarországon \(R\), \(S\), \(T\).
Figyeljük meg, hogy a három, egymáshoz 120 ”-os fáziseltolású szinuszfüggvény összege nulla. Emiatt az erőműben a három tekercs nullpontjait összeköthetjük, és az elektromos távvezetékeken nem kell nullvezetéknek futnia, hanem csak a 3 fázisvezetéket kell elvinni.