Todos los motores eléctricos rotativos, CA y CC, funcionan gracias a la interacción de dos campos magnéticos. Uno de ellos es estacionario y está (normalmente) asociado a la carcasa exterior del motor. El otro gira y está asociado a la armadura giratoria del motor (también llamada rotor). La rotación es causada por la interacción entre los dos campos.

En un motor de corriente continua simple, hay un campo magnético giratorio cuya polaridad se invierte cada media vuelta por medio de una combinación de escobillas y conmutador. Las escobillas -básicamente varillas de carbón conductoras que rozan los conductores del rotor al girar- también sirven para hacer llegar la corriente eléctrica al inducido que gira. La situación es un poco diferente en el motor de corriente continua sin escobillas. El campo giratorio sigue invirtiéndose, pero mediante una conmutación que tiene lugar electrónicamente.

Un motor de inducción tiene la cualidad única de que no hay conexión eléctrica entre los devanados estacionarios y giratorios. La corriente alterna se aplica a los terminales del motor y alimenta los devanados estacionarios.

Todos los motores de inducción son motores asíncronos. El apelativo de asíncronos se debe al deslizamiento entre la velocidad de rotación del campo del estator y la velocidad algo menor del rotor.

La mayoría de los motores de inducción modernos tienen un rotor en forma de jaula de ardilla. La jaula de ardilla cilíndrica consiste en barras pesadas de cobre, aluminio o latón colocadas en ranuras y conectadas en ambos extremos por anillos conductores que cortocircuitan eléctricamente las barras. El núcleo sólido del rotor se construye a partir de pilas de láminas de acero eléctrico.

También es posible encontrar motores de inducción que contienen rotores formados por bobinas en lugar de una jaula de ardilla. Estos motores se denominan motores de inducción de rotor bobinado. El objetivo de esta construcción es proporcionar un medio para reducir la corriente del rotor cuando el motor comienza a girar. Esto se consigue generalmente conectando cada devanado del rotor a una resistencia en serie. Los devanados reciben la corriente a través de una especie de anillo deslizante. Una vez que el rotor alcanza la velocidad final, los polos del rotor se cambian a un cortocircuito, convirtiéndose así eléctricamente en lo mismo que un rotor de jaula de ardilla.

La parte estacionaria de los devanados del motor de inducción (estator) se conecta a la alimentación de CA. La aplicación de una tensión al estator hace que fluya una corriente alterna en los devanados del estator. El flujo de corriente induce un campo magnético que afecta al rotor, estableciendo un flujo de tensión y corriente en los elementos del rotor.

Un polo norte en el estator induce un polo sur en el rotor. Pero la ubicación del polo del estator gira a medida que la tensión alterna varía en amplitud y polaridad. El polo inducido en el rotor intenta seguir el polo giratorio del estator. Sin embargo, la ley de Faraday dice que se genera una fuerza electromotriz cuando un bucle de cable se desplaza desde una región de baja intensidad de campo magnético a una de alta intensidad de campo magnético, y viceversa. Si el rotor siguiera exactamente al polo del estator en movimiento, no habría ningún cambio en la intensidad del campo magnético. Por lo tanto, el rotor siempre va por detrás de la rotación del campo del estator porque el campo del rotor siempre va por detrás del campo del estator en cierta medida. Este retraso hace que el rotor gire a una velocidad algo menor que la del campo del estator. La diferencia entre ambos se denomina deslizamiento.

La cantidad de deslizamiento puede variar. Depende principalmente de la carga que impulsa el motor, pero también se ve afectada por la resistencia del circuito del rotor y la fuerza del campo que induce el flujo del estator. El deslizamiento en un motor de diseño B oscila entre el 0,5% y el 5%.

Cuando el motor está parado, los devanados del rotor y del estator son en realidad los devanados primario y secundario de un transformador. Cuando se aplica inicialmente CA al estator, el rotor no se mueve. Por tanto, la tensión inducida en el rotor tiene la misma frecuencia que la del estator. Cuando el rotor empieza a girar, la frecuencia de la tensión inducida en él, fr, disminuye. Si f es la frecuencia de la tensión del estator, entonces el deslizamiento, s, relaciona a ambos mediante fr = sf. Aquí s se expresa como un decimal.

Debido a que un motor de inducción no tiene escobillas, conmutador o partes móviles similares, es menos costoso de fabricar y mantener que otros tipos de motores.

En cambio, considere un motor síncrono. En este caso, el rotor gira al mismo ritmo -es decir, en sincronía- que el campo magnético del estator. Al igual que el motor de inducción, el motor de CA síncrono también contiene un estator y un rotor. Los devanados del estator también se conectan a la corriente alterna como en un motor de inducción. El campo magnético del estator gira en sincronía con la frecuencia de la línea.

El devanado del rotor en un motor síncrono puede recibir corriente de varias maneras, pero normalmente no por inducción (excepto en algunos diseños, sólo para proporcionar par de arranque). El hecho de que el rotor gire en sincronía con la frecuencia de la línea de CA hace que el motor síncrono sea útil para accionar relojes de gran precisión.

Debemos enfatizar que el rotor de un motor síncrono de CA gira en sincronía con un número integral de ciclos de CA. Esto no es lo mismo que decir que gira a unas RPM iguales a la frecuencia de la línea. Las RPM del rotor del motor, es decir, la velocidad sincrónica N, es:

N = 120f/P = 60 f/P

Donde f es la frecuencia de la alimentación de CA en Hz, P es el número de polos (por fase), y p es el número de pares de polos por fase.

Consecuentemente, cuantos más polos, más lento gira el motor síncrono. Es más caro construir un motor más lento, dada una potencia igual. A 60 Hz:

• Un motor de CA síncrono de dos polos/fase gira a 3.600 RPM.
• Un motor de CA síncrono de cuatro polos/fase gira a 1.800 RPM.
• Un motor de CA síncrono de seis polos/fase gira a 1.200 RPM.
• Un motor de CA síncrono de ocho polos/fase gira a 900 RPM
• Un motor de CA síncrono de diez polos/fase gira a 720 RPM.
• Un motor síncrono de CA de doce polos/fase gira a 600 RPM.

Los motores síncronos de CA de baja potencia fraccionaria son útiles cuando se desea una sincronización precisa. Los motores síncronos de CA de alta potencia, aunque son más caros que los motores de inducción trifásicos, tienen dos cualidades adicionales. A pesar de su mayor coste inicial, pueden merecer la pena a largo plazo porque son más eficientes energéticamente que otros tipos de motores. En segundo lugar, a veces pueden funcionar simultáneamente con un factor de potencia principal o unitario, por lo que uno o más motores síncronos de CA pueden proporcionar la corrección del factor de potencia al mismo tiempo que realizan un trabajo útil.

Hay varios tipos distintos de motores síncronos de CA. En general, se clasifican según su forma de generar un campo magnético. Los motores excitados por separado tienen polos magnéticos energizados por una fuente externa. En cambio, los polos magnéticos son energizados por el propio motor en una máquina autoexcitada (también llamada a veces no excitada y directamente excitada). Los tipos no excitados incluyen los motores de reluctancia, los motores de histéresis y los motores de imán permanente. Además, hay motores excitados por corriente continua.

Los motores síncronos no excitados tienen rotores de acero. En funcionamiento, el rotor se magnetiza con los polos magnéticos necesarios de forma análoga a la de un motor de inducción. Pero el rotor gira a la misma velocidad y en sincronía con el campo magnético giratorio del estator. La razón es que hay ranuras en el rotor. Los motores arrancan como motores de inducción. Cuando se acercan a la velocidad de sincronización, las ranuras permiten que el campo magnético sincrónico se fije en el rotor. El motor gira entonces a velocidad sincrónica siempre que el par requerido sea bajo.

En el motor de reluctancia, el rotor tiene polos salientes que se asemejan a dientes individuales. Hay menos polos del rotor que del estator, lo que impide que los polos del estator y del rotor se alineen, en cuyo caso no habría rotación. Los motores de reluctancia no son autoarrancables. Por esta razón, a menudo se incorporan bobinas especiales (llamadas bobinas de jaula de ardilla) en el rotor, de modo que el motor de reluctancia arranca como un motor de inducción.

El motor de histéresis aprovecha el amplio bucle de histéresis en el rotor de acero cobalto de alta coercitividad. Debido a la histéresis, la fase de magnetización en el rotor va por detrás de la fase del campo magnético giratorio del estator. Este desfase genera un par motor. A la velocidad de sincronización, los campos del rotor y del estator se unen para producir una rotación continua. Una de las ventajas del motor de histéresis es que es autoarrancable.

Un motor síncrono de corriente alterna de imán permanente tiene imanes permanentes incrustados en el rotor. Los ascensores más modernos funcionan con estos motores, y no se necesita una caja de cambios.

El motor síncrono de excitación directa puede recibir varios nombres, como ECPM (imán permanente conmutado electrónicamente), BLDC (corriente continua sin escobillas) o simplemente motor de imán permanente sin escobillas. El rotor contiene imanes permanentes. Los imanes pueden montarse en la superficie del rotor o estar insertados dentro del conjunto del rotor (en cuyo caso el motor se denomina motor de imán permanente interior).

Un ordenador controla la conmutación secuencial de la energía en los devanados del estator en el momento adecuado utilizando interruptores de estado sólido. La energía se aplica a las bobinas enrolladas en los dientes del estator, y si un polo saliente del rotor está perfectamente alineado con el diente del estator, no se produce ningún par. Si el diente del rotor está en cierto ángulo con respecto al diente del estator, al menos parte del flujo magnético cruza el hueco en un ángulo que no es perpendicular a las superficies de los dientes. El resultado es un par en el rotor. Por lo tanto, la conmutación de la potencia a los devanados del estator en el momento adecuado provoca un patrón de flujo que da lugar a un movimiento en el sentido de las agujas del reloj o en sentido contrario.

Otro tipo de motor síncrono es el motor de reluctancia conmutada (SR).
Su rotor consiste en láminas de acero apiladas con una serie de dientes. Los dientes son magnéticamente permeables y las áreas que los rodean son débilmente permeables en virtud de las ranuras cortadas en ellos.

A diferencia de los motores de inducción, no hay barras de rotor y, en consecuencia, no hay flujo de corriente que produzca par en el rotor. La ausencia de cualquier forma de conductor en el rotor SR significa que las pérdidas totales del rotor son considerablemente menores que en otros motores que incorporan rotores con conductores.

El par producido por el motor SR se controla ajustando la magnitud de la corriente en los electroimanes del estator. La velocidad se controla entonces modulando el par (a través de la corriente del bobinado). La técnica es análoga a la forma en que se controla la velocidad a través de la corriente del inducido en un motor de corriente continua de escobillas tradicional.

Un motor SR produce un par proporcional a la cantidad de corriente que se introduce en sus devanados. La producción de par no se ve afectada por la velocidad del motor. A diferencia de los motores de inducción de CA, en los que, a altas velocidades de rotación en la región de debilitamiento del campo, la corriente del rotor va cada vez más retrasada con respecto al campo giratorio a medida que aumentan las RPM del motor.

Por último, está el motor síncrono de CA excitado por CC. Requiere una fuente de alimentación rectificada para generar un campo magnético. Estos motores se construyen generalmente en tamaños superiores a un caballo de potencia.