Toate motoarele electrice rotative, atât cele de curent alternativ, cât și cele de curent continuu, funcționează datorită interacțiunii a două câmpuri magnetice. Unul este staționar și este (de obicei) asociat cu carcasa exterioară a motorului. Celălalt se rotește și este asociat cu armătura învârtită a motorului (numită și rotorul acestuia). Rotația este cauzată de interacțiunea dintre cele două câmpuri.

Într-un motor simplu de curent continuu, există un câmp magnetic rotativ a cărui polaritate este inversată la fiecare jumătate de tură prin intermediul unei combinații perie-comutator. Periile – în esență, tije de carbon conductoare care, în timp ce se rotesc, se freacă de conductorii de pe rotor – au, de asemenea, rolul de a introduce curentul electric în armătura care se rotește. Situația este puțin diferită în cazul motorului de curent continuu fără perii. Câmpul rotativ este în continuare inversat, dar printr-o comutație care are loc în mod electronic.

Un motor de inducție are calitatea unică de a nu exista o conexiune electrică între înfășurările staționare și cele rotative. Curentul alternativ de utilitate este aplicat la bornele motorului și alimentează înfășurările staționare.

Toate motoarele de inducție sunt motoare asincrone. Denumirea de asincron provine din alunecarea dintre viteza de rotație a câmpului statoric și viteza ceva mai mică a rotorului.

Majoritatea motoarelor de inducție moderne au un rotor sub forma unei colivii de veveriță. Cușca de veveriță cilindrică este formată din bare grele de cupru, aluminiu sau alamă așezate în caneluri și conectate la ambele capete prin inele conductoare care scurtcircuitează electric barele între ele. Miezul solid al rotorului este construit din stive de lamele de oțel electric.

Este, de asemenea, posibil să se găsească motoare cu inducție care conțin rotoare alcătuite din înfășurări și nu dintr-o colivie de veveriță. Acestea se numesc motoare de inducție cu rotor bobinat. Scopul construcției este de a oferi un mijloc de reducere a curentului rotoric atunci când motorul începe să se învârtă pentru prima dată. Acest lucru se realizează, în general, prin conectarea fiecărei înfășurări a rotorului la un rezistor în serie. Înfășurările primesc curent printr-un fel de aranjament cu inel de alunecare. Odată ce rotorul atinge viteza finală, polii rotorului sunt comutați în scurtcircuit, devenind astfel, din punct de vedere electric, la fel ca un rotor cu colivie de veveriță.

Partea staționară a înfășurărilor motorului de inducție (stator) se conectează la sursa de curent alternativ. Aplicarea unei tensiuni la stator face ca un curent alternativ să circule în înfășurările statorului. Fluxul de curent induce un câmp magnetic care afectează rotorul, stabilind un flux de tensiune și curent în elementele rotorului.

Un pol nord în stator induce un pol sud în rotor. Dar locația polului statoric se rotește pe măsură ce tensiunea de curent alternativ variază în amplitudine și polaritate. Polul indus în rotor încearcă să urmeze polul statoric în rotație. Cu toate acestea, legea lui Faraday spune că o forță electromotoare este generată atunci când o buclă de sârmă se deplasează dintr-o regiune cu intensitate scăzută a câmpului magnetic într-una cu intensitate ridicată a câmpului magnetic și viceversa. Dacă rotorul ar urma exact polul statoric în mișcare, nu ar exista nicio schimbare în intensitatea câmpului magnetic. Astfel, rotorul rămâne întotdeauna în urma rotației câmpului statoric, deoarece câmpul rotoric rămâne întotdeauna în urma câmpului statoric cu o anumită valoare. Acest decalaj face ca rotorul să se rotească la o viteză care este ceva mai mică decât cea a câmpului statoric. Diferența dintre cele două se numește alunecare.

Cantitatea de alunecare poate varia. Ea depinde în principal de sarcina pe care o antrenează motorul, dar este, de asemenea, afectată de rezistența circuitului rotoric și de intensitatea câmpului pe care îl induce fluxul statoric. Alunecarea la un motor de tip B variază între 0,5% și 5%.

Când motorul stă pe loc, înfășurările rotorice și statorice sunt de fapt înfășurările primare și secundare ale unui transformator. Când curentul alternativ este aplicat inițial la stator, rotorul nu se mișcă. Așadar, tensiunea indusă în rotor are aceeași frecvență ca și cea a statorului. Pe măsură ce rotorul începe să se învârtă, frecvența tensiunii induse în el, fr, scade. Dacă f este frecvența tensiunii statorului, atunci alunecarea, s, le leagă pe cele două prin fr = sf. Aici s este exprimat ca o zecimală.

Pentru că un motor de inducție nu are perii, colector sau alte părți mobile similare, este mai puțin costisitor la fabricare și întreținere decât alte tipuri de motoare.

În schimb, să luăm în considerare un motor sincron. Aici, rotorul se rotește în același ritm – adică în sincronizare – ca și câmpul magnetic al statorului. Ca și motorul de inducție, motorul sincron de curent alternativ conține, de asemenea, un stator și un rotor. Înfășurările statorului se conectează, de asemenea, la curentul alternativ ca la un motor de inducție. Câmpul magnetic al statorului se rotește sincronizat cu frecvența de linie.

Înfășurarea rotorului într-un motor sincron poate primi curent într-o varietate de moduri, dar de obicei nu prin inducție (cu excepția unor modele, doar pentru a asigura cuplul de pornire). Faptul că rotorul se rotește în sincron cu frecvența liniei de curent alternativ face ca motorul sincron să fie util pentru acționarea unor ceasuri de mare precizie.

Trebuie să subliniem că rotorul unui motor sincron de curent alternativ se rotește în sincron cu un număr întreg de cicluri de curent alternativ. Acest lucru nu este același lucru cu a spune că se rotește cu o turație egală cu frecvența de linie. Turația rotorului motorului, adică viteza sincronă N, este:

N = 120f/P = 60 f/P

Unde f este frecvența sursei de curent alternativ în Hz, P este numărul de poli (pe fază), iar p este numărul de perechi de poli pe fază.

În consecință, cu cât sunt mai mulți poli, cu atât motorul sincron se rotește mai încet. Este mai costisitor să construiești un motor mai lent, la putere egală. La 60 Hz:

• Un motor sincron de curent alternativ cu doi poli/fază se rotește la 3.600 turații.
• Un motor sincron de curent alternativ cu patru poli/fază se rotește la 1.800 turații.
• Un motor de curent alternativ sincronizat cu șase poli/fază se rotește la 1.200 RPM.
• Un motor de curent alternativ sincronizat cu opt poli/fază se rotește la 900 RPM
• Un motor de curent alternativ sincronizat cu zece poli/fază se rotește la 720 RPM.
• Un motor de curent alternativ sincron cu doisprezece poli/fază se rotește la 600 RPM.

Motoarele sincrone de curent alternativ cu putere fracționară mică sunt utile atunci când se dorește o sincronizare precisă. Motoarele sincrone de curent alternativ de mare putere, deși sunt mai scumpe decât motoarele de inducție trifazate, au două calități suplimentare. În ciuda costului inițial mai ridicat, acestea pot fi avantajoase pe termen lung, deoarece sunt mai eficiente din punct de vedere energetic decât alte tipuri de motoare. În al doilea rând, uneori concomitent, ele pot funcționa la un factor de putere conducător sau unitar, astfel încât unul sau mai multe motoare sincrone de curent alternativ pot asigura corecția factorului de putere, efectuând în același timp o muncă utilă.

Există mai multe tipuri distincte de motoare sincrone de curent alternativ. Acestea sunt în general clasificate în funcție de mijloacele lor de generare a unui câmp magnetic. Motoarele cu excitație separată au polii magnetici excitați de o sursă externă. În schimb, polii magnetici sunt alimentați de motorul însuși într-o mașină autoexcitată (denumită uneori și neexcitată și direct excitată). Tipurile neexcitate includ motoarele cu reluctanță, motoarele cu histerezis și motoarele cu magneți permanenți. În plus, există motoare excitate în curent continuu.

Motoarele sincrone neexcitate au rotoare din oțel. În timpul funcționării, rotorul este magnetizat cu polii magnetici necesari într-un mod analog cu cel al unui motor cu inducție. Dar rotorul se rotește la aceeași viteză și în sincronizare cu câmpul magnetic rotativ al statorului. Motivul este că există fante în rotor. Motoarele pornesc ca motoare de inducție. Când se apropie de viteza sincronă, fantele permit câmpului magnetic sincron să se fixeze pe rotor. Motorul se rotește apoi la viteză sincronă atâta timp cât cuplul necesar este scăzut.

În motorul cu reluctanță, rotorul are poli proeminenți care seamănă cu dinții individuali. Există mai puțini poli ai rotorului decât cei ai statorului, ceea ce împiedică alinierea polilor statorului și rotorului, caz în care nu ar exista rotație. Motoarele cu reluctanță nu se pornesc singure. Din acest motiv, înfășurări speciale (numite înfășurări cu colivie de veveriță) sunt frecvent încorporate în rotor, astfel încât motorul cu reluctanță pornește ca un motor cu inducție.

Motorul cu histerezis profită de bucla largă de histerezis din rotorul din oțel cobalt de mare coercitivitate. Din cauza histerezisului, faza de magnetizare din rotor rămâne în urma fazei câmpului magnetic rotativ al statorului. Acest decalaj creează un cuplu. La viteza sincronă, câmpurile rotorului și statorului se blochează pentru a produce o rotație continuă. Un avantaj în cazul motorului cu histerezis este acela că acesta se pornește singur.

Un motor sincron de curent alternativ cu magneți permanenți are magneți permanenți încorporați în rotor. Cele mai recente ascensoare sunt acționate de aceste motoare și nu este necesară o cutie de viteze.

Motorul sincron cu excitație directă poate fi numit sub diferite denumiri, inclusiv ECPM (electronically commutated permanent magnet), BLDC (brushless dc) sau pur și simplu un motor cu magneți permanenți fără perii. Rotorul conține magneți permanenți. Magneții pot fi montați pe suprafața rotorului sau pot fi introduși în interiorul ansamblului rotorului (caz în care motorul se numește motor cu magneți permanenți interiori).

Un calculator controlează comutarea secvențială a energiei pe înfășurările statorului la momentul potrivit, folosind comutatoare cu semiconductori. Puterea este aplicată bobinelor înfășurate pe dinții statorului, iar dacă un pol proeminent al rotorului este aliniat perfect cu dintele statorului, nu se produce niciun cuplu. În cazul în care dintele rotorului se află la un anumit unghi față de dintele statorului, cel puțin o parte din fluxul magnetic traversează întrefierul la un unghi care nu este perpendicular pe suprafețele dinților. Rezultatul este un cuplu pe rotor. Astfel, comutarea puterii către înfășurările statorului la momentul potrivit determină un model de flux care are ca rezultat fie o mișcare în sensul acelor de ceasornic, fie o mișcare în sens invers acelor de ceasornic.

Un alt tip de motor sincron este motorul cu reluctanță comutată (SR).
Rotorul său este format din lamele de oțel stivuite cu o serie de dinți. Dinții sunt permeabili magnetic, iar zonele care îi înconjoară sunt slab permeabile în virtutea fantelor tăiate în ele.

În comparație cu motoarele cu inducție, nu există bare de rotor și, în consecință, nu există un flux de curent care să producă cuplu în rotor. Absența oricărei forme de conductor pe rotorul SR înseamnă că pierderile totale ale rotorului sunt considerabil mai mici decât în cazul altor motoare care încorporează rotoare purtătoare de conductori.

Cuplul produs de motorul SR este controlat prin reglarea mărimii curentului din electromagnetul statoric. Viteza este apoi controlată prin modularea cuplului (prin intermediul curentului de înfășurare). Tehnica este analogă cu modul în care viteza este controlată prin intermediul curentului de armătură într-un motor tradițional cu perii de curent continuu.

Un motor SR produce un cuplu proporțional cu cantitatea de curent introdusă în înfășurările sale. Producerea cuplului nu este afectată de viteza motorului. Acest lucru se deosebește de motoarele cu inducție de curent alternativ în care, la viteze mari de rotație în regiunea de slăbire a câmpului, curentul rotorului rămâne din ce în ce mai mult în urma câmpului rotativ pe măsură ce crește turația motorului.

În cele din urmă, există motorul sincron de curent alternativ excitat în curent continuu. Acesta necesită o sursă de alimentare redresată pentru a genera un câmp magnetic. Aceste motoare sunt în general construite în dimensiuni mai mari de un cal putere.

.