Alla roterande elmotorer, både växel- och likströmsmotorer, fungerar på grund av interaktionen mellan två magnetfält. Det ena är stationärt och är (vanligtvis) förknippat med motorns yttre hölje. Det andra roterar och är förknippat med motorns snurrande armatur (även kallad dess rotor). Rotation orsakas av växelverkan mellan de två fälten.

I en enkel likströmsmotor finns det ett roterande magnetfält vars polaritet byts ut varje halvt varv med hjälp av en borst-kommutatorkombination. Borstar – i princip ledande kolstänger som borstar mot ledarna på rotorn när de roterar – har också till uppgift att föra in den elektriska strömmen i den snurrande armaturen. Situationen är lite annorlunda i den borstlösa likströmsmotorn. Det roterande fältet vänds fortfarande, men genom en kommutering som sker elektroniskt.

En induktionsmotor har den unika egenskapen att det inte finns någon elektrisk förbindelse mellan de stationära och roterande lindningarna. Nyttans växelström läggs på motorns terminaler och driver de stationära lindningarna.

Alla induktionsmotorer är asynkrona motorer. Det asynkrona namnet beror på glidningen mellan statorfältets rotationshastighet och rotorns något långsammare hastighet.

De flesta moderna induktionsmotorer har en rotor i form av en ekorrhjulbur. Den cylindriska ekorrhjulburen består av tunga stänger av koppar, aluminium eller mässing som är placerade i rännor och som i båda ändar är förbundna med ledande ringar som elektriskt kortsluter stängerna med varandra. Rotorns fasta kärna är uppbyggd av staplar av elektriska stållamineringar.

Det är också möjligt att hitta induktionsmotorer som har rotorer som består av lindningar i stället för en ekorrhjulbur. Dessa kallas induktionsmotorer med lindade rotorer. Poängen med konstruktionen är att ge ett sätt att minska rotorns ström när motorn först börjar snurra. Detta åstadkoms i allmänhet genom att varje rotorlindning ansluts till ett motstånd i serie. Lindningarna tar emot ström genom något slags glidringssystem. När rotorn når sluthastighet kopplas rotorns poler om till en kortslutning och blir därmed elektriskt sett samma som en ekorrhjulrotor.

Den stationära delen av induktionsmotorns lindningar (statorn) ansluts till växelströmsförsörjningen. Om en spänning läggs på statorn får en växelström att flöda i statorlindningarna. Strömflödet inducerar ett magnetfält som påverkar rotorn och sätter igång spänning och strömflöde i rotorelementen.

En nordpol i statorn inducerar en sydpol i rotorn. Men placeringen av statorpolen roterar när växelspänningen varierar i amplitud och polaritet. Den inducerade polen i rotorn försöker följa den roterande statorpolen. Faradays lag säger dock att en elektromotorisk kraft genereras när en trådslinga rör sig från ett område med låg magnetfältsstyrka till ett område med hög magnetfältsstyrka, och vice versa. Om rotorn exakt följde den rörliga statorpolen skulle det inte ske någon förändring av den magnetiska fältstyrkan. Rotorn släpar alltså alltid efter statorfältets rotation eftersom rotorfältet alltid släpar efter statorfältet med en viss mängd. Denna eftersläpning gör att rotorn roterar med en hastighet som är något långsammare än statorfältets. Skillnaden mellan de två kallas för slip.

Mängden slip kan variera. Den beror främst på den belastning som motorn driver, men påverkas också av motståndet i rotorkretsen och styrkan hos det fält som statorflödet inducerar. Slip i en motor av konstruktion B varierar mellan 0,5 % och 5 %.

När motorn står stilla är rotorns och statorns lindningar i själva verket primär- och sekundärlindningar i en transformator. När växelströmmen först tillförs statorn rör sig inte rotorn. Så den spänning som induceras i rotorn har samma frekvens som statorns spänning. När rotorn börjar snurra sjunker frekvensen för den spänning som induceras i den, fr,. Om f är statorspänningens frekvens, så är glidningen, s, ett samband mellan de två via fr = sf. Här uttrycks s som en decimal.

Då en induktionsmotor inte har några borstar, kommutatorer eller liknande rörliga delar, är den billigare att tillverka och underhålla än andra typer av motorer.

Tänk däremot på en synkronmotor. Här roterar rotorn i samma takt – det vill säga synkroniserat – som statorns magnetfält. Liksom induktionsmotorn innehåller även den synkrona växelströmsmotorn en stator och en rotor. Statorlindningarna ansluts också till växelströmmen som i en induktionsmotor. Statorns magnetfält roterar i synk med nätfrekvensen.

Rotorlindningen i en synkronmotor kan få ström på olika sätt, men vanligtvis inte genom induktion (utom i vissa konstruktioner, endast för att ge startmoment). Det faktum att rotorn vrider sig synkront med växelströmsfrekvensen gör synkronmotorn användbar för att driva mycket exakta klockor.

Vi måste betona att en synkron växelströmsmotors rotor vrider sig synkront med ett heltäckande antal växelströmscykler. Detta är inte samma sak som att säga att den roterar med ett varvtal som är lika med nätfrekvensen. Motorrotorns varvtal, dvs. den synkrona hastigheten N, är:

N = 120f/P = 60 f/P

Varvid f är växelströmsnätets frekvens i Hz, P är antalet poler (per fas) och p är parantalet poler per fas.

Det är följaktligen så att ju fler poler, desto långsammare vrider sig den synkrona motorn. Det är dyrare att bygga en långsammare motor, vid lika många hästkrafter. Vid 60 Hz:

• En synkron växelströmsmotor med två poler per fas snurrar med 3 600 varv per minut.
• En synkron växelströmsmotor med fyra poler per fas snurrar med 1 800 varv per minut.
• En sexpolig/fas-synkron växelströmsmotor snurrar med 1 200 varv per minut.
• En åttapolig/fas-synkron växelströmsmotor snurrar med 900 varv per minut
• En tiopolig/fas-synkron växelströmsmotor snurrar med 720 varv per minut.
• En synkron AC-motor med tolv poler/faser går med 600 varv per minut.

Synkrona AC-motorer med låga fraktionella hästkrafter är användbara när exakt timing önskas. Synkrona växelströmsmotorer med höga hästkrafter är visserligen dyrare än trefasinduktionsmotorer, men de har två ytterligare egenskaper. Trots den högre initiala kostnaden kan de vara lönsamma på lång sikt eftersom de är mer energieffektiva än andra typer av motorer. För det andra kan de ibland samtidigt arbeta med ledande eller enhetlig effektfaktor, så att en eller flera synkrona växelströmsmotorer kan ge effektfaktorkorrigering samtidigt som de utför användbart arbete.

Det finns flera olika typer av synkrona växelströmsmotorer. De klassificeras i allmänhet efter deras sätt att generera ett magnetfält. Separat exciterade motorer har magnetiska poler som aktiveras av en extern källa. Däremot aktiveras de magnetiska polerna av själva motorn i en självexciterad (ibland även kallad icke-exciterad och direkt exciterad) maskin. Till de icke-exciterade typerna hör reluktansmotorer, hysteresemotorer och motorer med permanentmagnet. Dessutom finns det likströmsuppspända motorer.

Nej uppspända synkronmotorer har rotorer av stål. Under drift magnetiseras rotorn med de nödvändiga magnetiska polerna på ett sätt som är analogt med en induktionsmotor. Men rotorn roterar med samma hastighet och i synk med det roterande magnetfältet i statorn. Anledningen är att det finns slitsar i rotorn. Motorerna startar som induktionsmotorer. När de närmar sig synkronhastighet gör slitsarna det möjligt för det synkrona magnetfältet att låsa fast sig på rotorn. Motorn snurrar då med synkron hastighet så länge det nödvändiga vridmomentet är lågt.

I reluktansmotorn har rotorn utskjutande poler som liknar enskilda tänder. Det finns färre rotorpoler än statorpoler, vilket gör att stator- och rotorpoler inte kan ligga i linje, vilket i så fall skulle innebära att det inte blir någon rotation. Reluktansmotorer är inte självstartande. Därför byggs ofta särskilda lindningar (så kallade ekorrhjulslindningar) in i rotorn, så att reluktansmotorn startar som en induktionsmotor.

Hysteresemotorn utnyttjar den breda hystereseslingan i rotorn av koboltstål med hög koercitivitet. På grund av hysteresen släpar magnetiseringsfasen i rotorn efter fasen i det roterande magnetfältet i statorn. Denna eftersläpning skapar ett vridmoment. Vid synkronhastighet låser sig rotorns och statorns fält i varandra för att åstadkomma kontinuerlig rotation. En fördel i hysteresemotorn är att den är självstartande.

En permanentmagnetisk AC-synkronmotor har permanentmagneter inbäddade i rotorn. De senaste hissarna drivs av dessa motorer och en växellåda behövs inte.

Den direkt exciterade synkronmotorn kan kallas på olika sätt, bland annat ECPM (elektroniskt kommuterad permanentmagnetmotor), BLDC (borstlös likström), eller bara en borstlös permanentmagnetmotor. Rotorn innehåller permanentmagneter. Magneterna kan monteras på rotorns yta eller vara infogade i rotorenheten (i så fall kallas motorn för en inre permanentmagnetmotor).

En dator styr den sekventiella omkopplingen av strömmen på statorlindningarna vid rätt tidpunkt med hjälp av halvledaromkopplare. Strömmen tillförs spolarna som är lindade på statorns tänder, och om en framträdande pol på rotorn är perfekt anpassad till statorns tand produceras inget vridmoment. Om rotortanden står i en viss vinkel mot statortanden korsar åtminstone en del av det magnetiska flödet gapet i en vinkel som inte är vinkelrät mot tandytorna. Resultatet är ett vridmoment på rotorn. Om man alltså växlar strömmen till statorlindningarna vid rätt tidpunkt uppstår ett flödesmönster som resulterar i en rörelse antingen med eller moturs.

En annan typ av synkronmotor är den switchade reluktansmotorn (SR-motorn).
Dess rotor består av staplade stållamineringar med en serie tänder. Tänderna är magnetiskt permeabla och de områden som omger dem är svagt permeabla på grund av de slitsar som skurits in i dem.

Till skillnad från induktionsmotorer finns det inga rotorstänger och följaktligen inget momentproducerande strömflöde i rotorn. Avsaknaden av varje form av ledare på SR-rotorerna innebär att de totala rotorförlusterna är betydligt lägre än i andra motorer som innehåller rotorer med ledare.

Det vridmoment som produceras av SR-motorn styrs genom att man justerar storleken på strömmen i statorns elektromagneter. Hastigheten styrs sedan genom att modulera vridmomentet (via lindningsströmmen). Tekniken är analog med det sätt på vilket hastigheten styrs via ankarströmmen i en traditionell borst-dc-motor.

En SR-motor producerar ett vridmoment som är proportionellt mot strömstyrkan i lindningarna. Vridmomentproduktionen påverkas inte av motorns hastighet. Detta till skillnad från växelströmsinduktionsmotorer där rotorns ström vid höga rotationshastigheter i fältförsvagningsområdet alltmer släpar efter det roterande fältet när motorns varvtal ökar.

Slutligt finns den likströmsutlösta växelströms-synkronmotorn. Den kräver en likriktad strömförsörjning för att generera ett magnetfält. Dessa motorer byggs i allmänhet i storlekar större än en hästkraft.