Wszystkie obrotowe silniki elektryczne, ac, i dc, działają z powodu interakcji dwóch pól magnetycznych. Jedno z nich jest nieruchome i jest (zazwyczaj) związane z zewnętrzną obudową silnika. Drugie obraca się i jest związane z wirującą armaturą silnika (zwaną również wirnikiem). Obrót jest spowodowany interakcją pomiędzy tymi dwoma polami.

W prostym silniku prądu stałego, istnieje wirujące pole magnetyczne, którego polaryzacja jest odwracana co pół obrotu za pomocą kombinacji szczotka-komutator. Szczotki – w zasadzie przewodzące pręty węglowe, które obracając się szczotkują przewodniki na wirniku – służą również do doprowadzenia prądu elektrycznego do wirującej twornicy. W silniku bezszczotkowym prądu stałego sytuacja wygląda nieco inaczej. Pole wirujące jest nadal odwracane, ale przez komutację, która odbywa się elektronicznie.

Silnik indukcyjny ma tę unikalną cechę, że nie ma połączenia elektrycznego między uzwojeniem stacjonarnym i wirującym. Wszystkie silniki indukcyjne są silnikami asynchronicznymi. Nazwa asynchroniczny wynika z poślizgu pomiędzy prędkością obrotową pola stojana a nieco mniejszą prędkością wirnika.

Większość nowoczesnych silników indukcyjnych ma wirnik w postaci klatki wiewiórczej. Cylindryczna klatka wiewiórcza składa się z ciężkich miedzianych, aluminiowych lub mosiężnych prętów umieszczonych w rowkach i połączonych na obu końcach pierścieniami przewodzącymi, które elektrycznie zwierają pręty. Solidny rdzeń wirnika zbudowany jest ze stosów elektrycznych laminatów stalowych.

Możliwe jest również znalezienie silników indukcyjnych zawierających wirniki zbudowane z uzwojeń, a nie z klatki. Są one nazywane silnikami indukcyjnymi z wirnikiem nawijanym. Istotą tej konstrukcji jest zapewnienie środków redukcji prądu wirnika, gdy silnik zaczyna się obracać. Zwykle osiąga się to poprzez szeregowe połączenie każdego uzwojenia wirnika z rezystorem. Uzwojenia otrzymują prąd poprzez pewnego rodzaju układ pierścieni ślizgowych. Gdy wirnik osiągnie prędkość końcową, bieguny wirnika przechodzą w stan zwarcia, stając się tym samym elektrycznie takie same jak wirnik klatkowy.

Stacjonarna część uzwojenia silnika indukcyjnego (stojan) łączy się z zasilaniem prądem przemiennym. Przyłożenie napięcia do stojana powoduje przepływ prądu przemiennego w uzwojeniach stojana. Przepływ prądu indukuje pole magnetyczne, które oddziałuje na wirnik, ustanawiając przepływ napięcia i prądu w elementach wirnika.

Biegun północny w stojanie indukuje biegun południowy w wirniku. Jednak położenie bieguna stojana zmienia się wraz ze zmianą amplitudy i biegunowości napięcia ac. Indukowany biegun w wirniku stara się podążać za obracającym się biegunem stojana. Jednakże prawo Faradaya mówi, że siła elektromotoryczna jest generowana, gdy pętla drutu przemieszcza się z obszaru o niskim natężeniu pola magnetycznego do obszaru o wysokim natężeniu pola magnetycznego i odwrotnie. Gdyby wirnik dokładnie podążał za poruszającym się biegunem stojana, nie nastąpiłaby żadna zmiana natężenia pola magnetycznego. Zatem wirnik zawsze pozostaje w tyle za rotacją pola stojana, ponieważ pole wirnika zawsze pozostaje w tyle za polem stojana o pewną wartość. Opóźnienie to powoduje, że wirnik obraca się z prędkością nieco mniejszą niż pole stojana. Różnica pomiędzy tymi dwoma wartościami nazywana jest poślizgiem.

Wielkość poślizgu może być różna. Zależy on głównie od obciążenia, które silnik napędza, ale także od rezystancji obwodu wirnika i siły pola indukowanego przez strumień stojana. Poślizg w silniku projektu B wynosi od 0,5% do 5%.

Gdy silnik jest nieruchomy, uzwojenia wirnika i stojana są w efekcie uzwojeniami pierwotnymi i wtórnymi transformatora. Kiedy prąd przemienny jest początkowo przyłożony do stojana, wirnik nie porusza się. Zatem napięcie indukowane w wirniku ma taką samą częstotliwość jak napięcie w stojanie. Gdy wirnik zaczyna się obracać, częstotliwość napięcia w nim indukowanego, fr, spada. Jeżeli f jest częstotliwością napięcia stojana, to poślizg, s, łączy je poprzez fr = sf. Tutaj s jest wyrażone jako liczba dziesiętna.

Ponieważ silnik indukcyjny nie posiada szczotek, komutatora ani podobnych ruchomych części, jest on tańszy w produkcji i utrzymaniu niż inne typy silników.

Dla porównania, rozważmy silnik synchroniczny. W tym przypadku wirnik obraca się w tym samym tempie – to znaczy w synchronizacji – co pole magnetyczne stojana. Podobnie jak silnik indukcyjny, silnik synchroniczny prądu przemiennego również zawiera stojan i wirnik. Uzwojenia stojana są również podłączone do sieci prądu przemiennego, tak jak w silniku indukcyjnym. Pole magnetyczne stojana obraca się synchronicznie z częstotliwością sieci.

Uzwojenie wirnika w silniku synchronicznym może otrzymywać prąd na różne sposoby, ale zazwyczaj nie przez indukcję (z wyjątkiem niektórych konstrukcji, tylko w celu zapewnienia momentu rozruchowego). Fakt, że wirnik obraca się w synchronizacji z częstotliwością linii ac sprawia, że silnik synchroniczny jest przydatny do napędzania bardzo dokładnych zegarów.

Musimy podkreślić, że wirnik silnika synchronicznego ac obraca się w synchronizacji z integralną liczbą cykli ac. To nie jest to samo, co stwierdzenie, że obraca się on z prędkością obrotową równą częstotliwości linii. Prędkość obrotowa wirnika silnika, tj. prędkość synchroniczna N, wynosi:

N = 120f/P = 60 f/P

Gdzie f jest częstotliwością zasilania prądem przemiennym w Hz, P jest liczbą biegunów (na fazę), a p jest liczbą par biegunów na fazę.

Odpowiednio, im więcej biegunów, tym wolniej obraca się silnik synchroniczny. Zbudowanie wolniejszego silnika jest droższe, biorąc pod uwagę taką samą moc. Przy 60 Hz:

• Dwubiegunowy/fazowy synchroniczny silnik prądu przemiennego obraca się z prędkością 3600 obr/min.
• Czterobiegunowy/fazowy synchroniczny silnik prądu przemiennego obraca się z prędkością 1800 obr/min.
• Silnik synchroniczny prądu przemiennego o sześciu biegunach/fazach obraca się z prędkością 1 200 obr/min.
• Silnik synchroniczny prądu przemiennego o ośmiu biegunach/fazach obraca się z prędkością 900 obr/min
• Silnik synchroniczny prądu przemiennego o dziesięciu biegunach/fazach obraca się z prędkością 720 obr/min.
• Dwunastobiegunowy/fazowy synchroniczny silnik prądu przemiennego obraca się z prędkością 600 obr/min.

Silniki synchroniczne prądu przemiennego o małej mocy ułamkowej są przydatne tam, gdzie wymagany jest precyzyjny pomiar czasu. Silniki synchroniczne prądu przemiennego o dużej mocy, choć droższe od trójfazowych silników indukcyjnych, mają dwie dodatkowe cechy. Pomimo wyższych kosztów początkowych, w dłuższej perspektywie mogą okazać się opłacalne, ponieważ są bardziej energooszczędne niż inne typy silników. Po drugie, czasami jednocześnie, mogą pracować przy wiodącym lub jednolitym współczynniku mocy, więc jeden lub więcej synchronicznych silników prądu przemiennego może zapewnić korekcję współczynnika mocy, wykonując jednocześnie użyteczną pracę.

Istnieje kilka różnych typów silników synchronicznych prądu przemiennego. Są one ogólnie klasyfikowane zgodnie z ich sposobami generowania pola magnetycznego. Silniki wzbudzane oddzielnie mają bieguny magnetyczne zasilane przez źródło zewnętrzne. W przeciwieństwie do nich, w silnikach samowzbudnych (zwanych również czasami niewzbudzonymi lub bezpośrednio wzbudzonymi) bieguny magnetyczne są wzbudzane przez sam silnik. Do silników niewzbudzonych należą silniki reluktancyjne, silniki histerezowe i silniki z magnesami trwałymi. Dodatkowo, istnieją silniki wzbudzane prądem stałym.

Silniki synchroniczne niewzbudzone mają stalowe wirniki. Podczas pracy, wirnik jest namagnesowany wymaganymi biegunami magnetycznymi w sposób analogiczny do silnika indukcyjnego. Wirnik obraca się jednak z tą samą prędkością i w synchronizacji z wirującym polem magnetycznym stojana. Powodem tego jest obecność szczelin w wirniku. Silniki te rozpoczynają pracę jako silniki indukcyjne. Kiedy zbliżają się do prędkości synchronicznej, szczeliny umożliwiają synchronicznemu polu magnetycznemu zablokowanie się na wirniku. Silnik obraca się wtedy z prędkością synchroniczną tak długo, jak wymagany moment obrotowy jest niski.

W silniku reluktancyjnym, wirnik ma wystające bieguny, które przypominają pojedyncze zęby. Liczba biegunów wirnika jest mniejsza niż liczba biegunów stojana, co uniemożliwia wyrównanie biegunów stojana i wirnika, w którym to przypadku nie byłoby obrotu. Silniki reluktancyjne nie są samorozruchowe. Z tego powodu w wirniku często wbudowuje się specjalne uzwojenia (zwane uzwojeniami klatkowymi), dzięki czemu silnik reluktancyjny uruchamia się jak silnik indukcyjny.

Silnik histerezowy wykorzystuje szeroką pętlę histerezy w wirniku ze stali kobaltowej o wysokiej koercji. Ze względu na histerezę, faza namagnesowania wirnika pozostaje w tyle za fazą wirującego pola magnetycznego stojana. To opóźnienie powoduje powstanie momentu obrotowego. Przy prędkości synchronicznej, pola wirnika i stojana blokują się, wytwarzając ciągły obrót. Jedną z zalet silnika histerezowego jest to, że jest on samorozruchowy.

Silnik synchroniczny prądu przemiennego z magnesami trwałymi ma magnesy trwałe wbudowane w wirnik. Najnowsze windy są napędzane przez te silniki, a przekładnia nie jest wymagana.

Bezpośrednio wzbudzony silnik synchroniczny może być nazywany różnymi nazwami, w tym ECPM (electronically commutated permanent magnet), BLDC (brushless dc), lub po prostu bezszczotkowy silnik z magnesem stałym. Wirnik zawiera magnesy stałe. Magnesy mogą być zamontowane na powierzchni wirnika lub umieszczone wewnątrz zespołu wirnika (w takim przypadku silnik jest nazywany silnikiem z magnesem stałym wewnętrznym).

Komputer kontroluje sekwencyjne włączanie zasilania uzwojeń stojana w odpowiednim czasie za pomocą przełączników półprzewodnikowych. Moc jest podawana na cewki nawinięte na zęby stojana i jeśli biegun główny wirnika jest ustawiony idealnie w jednej linii z zębem stojana, nie powstaje żaden moment obrotowy. Jeśli ząb wirnika jest ustawiony pod pewnym kątem w stosunku do zęba stojana, przynajmniej część strumienia magnetycznego przecina szczelinę pod kątem, który nie jest prostopadły do powierzchni zębów. W wyniku tego na wirniku powstaje moment obrotowy. Tak więc, przełączenie mocy do uzwojeń stojana w odpowiednim czasie powoduje wzorzec strumienia, który skutkuje ruchem zgodnym lub przeciwnym do ruchu wskazówek zegara.

Jednym z innych typów silników synchronicznych jest silnik SR (ang. switched reluctance).
Jego wirnik składa się z ułożonych w stosy stalowych laminatów z serią zębów. Zęby są przenikalne magnetycznie, a obszary je otaczające są słabo przenikalne dzięki wyciętym w nich szczelinom.

W przeciwieństwie do silników indukcyjnych, nie ma prętów wirnika i w konsekwencji nie ma przepływu prądu wytwarzającego moment obrotowy w wirniku. Brak jakiejkolwiek formy przewodnika na wirniku SR oznacza, że całkowite straty w wirniku są znacznie niższe niż w innych silnikach zawierających wirniki z przewodnikami.

Moment obrotowy wytwarzany przez silnik SR jest kontrolowany poprzez regulację wielkości prądu w elektromagnesach stojana. Prędkość jest następnie kontrolowana poprzez modulację momentu obrotowego (poprzez prąd uzwojenia). Technika ta jest analogiczna do sposobu, w jaki prędkość jest kontrolowana poprzez prąd armatury w tradycyjnym szczotkowym silniku prądu stałego.

Silnik SR wytwarza moment obrotowy proporcjonalny do ilości prądu wprowadzonego do jego uzwojeń. Na wytwarzanie momentu obrotowego nie ma wpływu prędkość obrotowa silnika. W przeciwieństwie do silników indukcyjnych prądu przemiennego, gdzie przy wysokich prędkościach obrotowych w obszarze osłabienia pola, prąd wirnika coraz bardziej opóźnia pole wirujące wraz ze wzrostem prędkości obrotowej silnika.

Na koniec, istnieje silnik synchroniczny prądu stałego wzbudzany prądem przemiennym. Wymaga on zasilania prostowniczego do wytworzenia pola magnetycznego. Silniki te są zazwyczaj budowane w rozmiarach większych niż jeden koń mechaniczny.

.