Todos os motores eléctricos rotativos, ac, e dc, funcionam devido à interacção de dois campos magnéticos. Um é estacionário e está (geralmente) associado ao invólucro externo do motor. O outro gira e está associado com a armadura giratória do motor (também chamado de rotor). A rotação é causada pela interação entre os dois campos.

Num motor dc simples, existe um campo magnético rotativo cuja polaridade é invertida a cada meia volta por meio de uma combinação pincel-comutador. Escovas – basicamente hastes condutoras de carbono que escovam contra os condutores do rotor à medida que giram – também servem para colocar a corrente elétrica na armadura giratória. A situação é um pouco diferente no motor dc brushless. O campo rotativo ainda é invertido, mas por uma comutação que ocorre eletronicamente.

Um motor de indução tem a qualidade única de não haver conexão elétrica entre os enrolamentos estacionários e rotativos. O ac utilitário é aplicado aos terminais do motor e alimenta os enrolamentos estacionários.

Todos os motores de indução são motores assíncronos. O moniker assíncrono surge do deslizamento entre a velocidade de rotação do campo do estator e a velocidade um pouco mais lenta do rotor.

Mais modernos motores de indução têm um rotor na forma de uma gaiola de esquilo. A gaiola cilíndrica de esquilo consiste em barras pesadas de cobre, alumínio ou latão colocadas em ranhuras e ligadas em ambas as extremidades por anéis condutores que encurtam eletricamente as barras juntas. O núcleo sólido do rotor é construído a partir de pilhas de laminações elétricas de aço.

Também é possível encontrar motores de indução contendo rotores compostos por enrolamentos em vez de uma gaiola de esquilo. Estes são chamados motores de indução de rotor enrolado. O objectivo da construção é fornecer um meio de reduzir a corrente do rotor quando o motor começa a girar. Isto é geralmente conseguido ligando cada enrolamento do rotor a uma resistência em série. Os enrolamentos recebem corrente através de algum tipo de anel de deslizamento. Quando o rotor atinge a velocidade final, os pólos do rotor são comutados para um curto-circuito, tornando-se assim eletricamente o mesmo que um rotor de gaiola de esquilo.

A parte estacionária dos enrolamentos do motor de indução (estator) se conecta à alimentação AC. A aplicação de uma tensão no estator faz fluir uma corrente AC nos enrolamentos do estator. O fluxo de corrente induz um campo magnético que afecta o rotor, estabelecendo tensão e fluxo de corrente nos elementos do rotor.

Um pólo norte no estator induz um pólo sul no rotor. Mas a localização do pólo do estator gira à medida que a tensão ac varia em amplitude e polaridade. O pólo induzido no rotor tenta seguir o pólo rotativo do estator. Contudo, a lei de Faraday diz que uma força electromotriz é gerada quando um laço de fio se move de uma região de baixa força de campo magnético para uma de alta força de campo magnético, e vice-versa. Se o rotor seguisse exatamente o pólo do estator em movimento, não haveria alteração na força do campo magnético. Portanto, o rotor sempre fica atrás da rotação do campo do estator porque o campo do rotor sempre fica atrás do campo do estator em alguma quantidade. Este atraso faz com que o rotor gire a uma velocidade um pouco mais lenta do que a do campo do estator. A diferença entre os dois é chamada de escorregamento.

A quantidade de escorregamento pode variar. Depende principalmente da carga que o motor aciona, mas também é afetado pela resistência do circuito do rotor e pela força do campo que o fluxo do estator induz. O deslizamento em um motor Design B varia de 0,5% a 5%.

Quando o motor está parado, os enrolamentos do rotor e do estator são de fato enrolamentos primários e secundários de um transformador. Quando o ac é aplicado inicialmente ao estator, o rotor não está em movimento. Portanto, a tensão induzida no rotor tem a mesma frequência que a do estator. Quando o rotor começa a girar, a frequência da voltagem induzida nele, fr, cai. Se f é a freqüência da voltagem do estator, então desliza, s, relaciona os dois via fr = sf. Aqui s é expresso como decimal.

Porque um motor de indução não tem escovas, comutador ou peças móveis similares, é menos dispendioso de fabricar e manter que outros tipos de motores.

Em contraste, considere um motor síncrono. Aqui, o rotor gira na mesma velocidade – ou seja, em sincronização – que o campo magnético do estator. Tal como o motor de indução, o motor síncrono também contém um estator e um rotor. Os enrolamentos do estator também se conectam à energia ac como em um motor de indução. O campo magnético do estator gira em sincronia com a frequência da linha.

O enrolamento do rotor num motor síncrono pode receber corrente de várias formas, mas normalmente não por indução (excepto em alguns modelos, apenas para fornecer torque de arranque). O facto do rotor girar em sincronia com a frequência da linha ac torna o motor síncrono útil para a condução de relógios altamente precisos.

Devemos salientar que um rotor de motor ac síncrono gira em sincronia com um número integral de ciclos ac. Isto não é o mesmo que dizer que ele gira a uma RPM igual à frequência da linha. A RPM do rotor do motor, ou seja, a velocidade síncrona N, é:

N = 120f/P = 60 f/P

Onde f é a frequência da alimentação ac em Hz, P é o número de pólos (por fase), e p é o número de pares de pólos por fase.

De acordo, quanto mais pólos, mais lento o motor síncrono gira. É mais caro construir um motor mais lento, dado que a potência é igual. A 60 Hz:

• Um motor síncrono de dois pólos/fase gira a 3.600 RPM.
• Um motor síncrono de quatro pólos/fase gira a 1.800 RPM.
• Um motor de ac síncrono de seis pólos/fase gira a 1.200 RPM.
• Um motor de ac síncrono de oito pólos/fase gira a 900 RPM
• Um motor de ac síncrono de dez pólos/fase gira a 720 RPM.
• Um motor de ac síncrono de doze pólos/fase a 600 RPM.

Motores de ac síncronos de baixa potência fraccional são úteis onde se deseja uma temporização precisa. Os motores síncronos de alta potência, embora mais caros que os motores de indução trifásicos, têm duas qualidades adicionais. Apesar do custo inicial mais elevado, eles podem valer a pena a longo prazo porque são mais eficientes em termos energéticos do que outros tipos de motores. Em segundo lugar, às vezes concomitantemente, eles podem operar em fator de potência principal ou unidade, de modo que um ou mais motores síncronos podem fornecer correção de fator de potência enquanto também realizam trabalho útil.

Existem vários tipos distintos de motores síncronos de corrente alternada. Eles são geralmente classificados de acordo com seus meios de geração de um campo magnético. Motores excitados separadamente possuem pólos magnéticos energizados por uma fonte externa. Em contraste, os pólos magnéticos são energizados pelo próprio motor em uma máquina auto-excitada (também chamada às vezes de não-excitada e diretamente excitada). Os tipos não-excitados incluem motores de relutância, motores de histerese e motores de imã permanente. Adicionalmente, existem motores dc-excited.

Motores síncronos não-excitidos têm rotores de aço. Em operação, o rotor é magnetizado com os pólos magnéticos necessários de forma análoga à de um motor de indução. Mas o rotor gira à mesma velocidade e em sincronia com o campo magnético giratório do estator. A razão é que existem ranhuras no rotor. Os motores arrancam como motores de indução. Quando eles se aproximam da velocidade síncrona, as ranhuras permitem que o campo magnético síncrono se fixe no rotor. O motor roda então à velocidade síncrona desde que o torque necessário seja baixo.

No motor de relutância, o rotor tem pólos salientes que se assemelham a dentes individuais. Existem menos pólos de rotor que os pólos do estator, impedindo o alinhamento dos pólos do estator e do rotor, caso em que não haveria rotação. Os motores de relutância não são de auto-arranque. Por esta razão, enrolamentos especiais (chamados enrolamentos de gaiola de esquilo) são frequentemente incorporados no rotor, por isso o motor de relutância arranca como um motor de indução.

O motor de histerese aproveita o amplo laço de histerese no rotor de cobalto-aço de alta coercividade. Devido à histerese, a fase de magnetização no rotor fica atrás da fase do campo magnético giratório do estator. Este atraso cria torque. À velocidade síncrona, o rotor e os campos do estator bloqueiam para produzir uma rotação contínua. Uma vantagem no motor de histerese é que ele é auto-arranque.

Um motor síncrono de imã permanente ac tem ímãs permanentes embutidos no rotor. Os últimos elevadores são alimentados por estes motores, e não é necessário um redutor.

O motor síncrono diretamente excitado pode ser chamado por vários nomes, incluindo ECPM (ímã permanente comutado eletronicamente), BLDC (brushless dc), ou apenas um motor de imã permanente sem escovas. O rotor contém ímãs permanentes. Os ímãs podem ser montados na superfície do rotor ou ser inseridos dentro do conjunto rotor (neste caso o motor é chamado de motor de imã permanente interior).

Um computador controla a comutação sequencial da energia nos enrolamentos do estator no momento apropriado usando interruptores de estado sólido. A potência é aplicada às bobinas enroladas nos dentes do estator, e se um pólo saliente do rotor estiver perfeitamente alinhado com o dente do estator, não há torque produzido. Se o dente do rotor estiver em algum ângulo com o dente do estator, pelo menos algum fluxo magnético atravessa a fenda em um ângulo que não seja perpendicular à superfície do dente. O resultado é um torque sobre o rotor. Assim, mudar a potência para os enrolamentos do estator no momento certo causa um padrão de fluxo que resulta em movimento no sentido horário ou anti-horário.

Um outro tipo de motor síncrono é o motor de relutância comutada (SR).
Its rotor consiste em laminações de aço empilhadas com uma série de dentes. Os dentes são magneticamente permeáveis e as áreas ao seu redor são pouco permeáveis em virtude de fendas cortadas neles.

Motores de indução não semelhantes, não há barras de rotor e, consequentemente, não há fluxo de corrente de produção de torque no rotor. A ausência de qualquer forma de condutor no rotor SR significa que as perdas totais do rotor são consideravelmente menores do que em outros motores que incorporam rotores com condutores.

O torque produzido pelo motor SR é controlado através do ajuste da magnitude da corrente nos eletroímãs do estator. A velocidade é então controlada através da modulação do torque (via corrente do enrolamento). A técnica é análoga à forma como a velocidade é controlada através da corrente de armadura em um motor de escova tradicional.

Um motor SR produz torque proporcional à quantidade de corrente colocada em seus enrolamentos. A produção de torque não é afetada pela velocidade do motor. Isto é diferente dos motores de ac-indução onde, a altas velocidades de rotação na região de enfraquecimento do campo, a corrente do rotor fica cada vez mais atrasada à medida que o RPM do motor aumenta.

Finalmente, existe o motor síncrono dc-excited ac. Ele requer uma fonte de alimentação retificada para gerar um campo magnético. Estes motores são geralmente construídos em tamanhos maiores que um cavalo-vapor.