motor de corriente alterna

If the rotor of a squirrel cage motor were to run at the true synchronous speed, the flux in the rotor at any given place on the rotor would not change, and no current would be created in the squirrel cage. For this reason, ordinary squirrel-cage motors run at some tens of revolutions per minute (RPM) slower than synchronous speed. Because the rotating field (or equivalent pulsating field) effectively rotates faster than the rotor, it could be said to slip past the surface of the rotor. The difference between synchronous speed and actual speed is called slip, and loading the motor increases the amount of slip as the motor slows down slightly. Even with no load, internal mechanical losses prevent the slip from being zero.

The speed of the AC motor is determined primarily by the frequency of the AC supply and the number of poles in the stator winding, according to the relation: $${\displaystyle N_{\mathrm {s} }=120{F \sobre p}}$$

where

• N _s es la velocidad síncrona, en revoluciones por minuto ();
• F es la frecuencia de la alimentación de CA, en ciclos por segundo ( hercios , Hz); y
• p es el número de polos por bobinado de fase.

La constante 120 resulta de combinar las conversiones de 60 segundos por minuto y que cada fase requiere 2 polos.

Las RPM reales de un motor de inducción serán menores que esta velocidad síncrona calculada en una cantidad conocida como deslizamiento , que aumenta con el par producido. Sin carga, la velocidad será muy cercana a la síncrona. Cuando están cargados, los motores estándar tienen entre un 2 y un 3 % de deslizamiento, los motores especiales pueden tener hasta un 7 % de deslizamiento, y una clase de motores conocidos como motores de par están clasificados para operar con un 100 % de deslizamiento (es decir,0  rpm , calado total).

El deslizamiento del motor de CA se calcula mediante: $${\displaystyle S=(N_{\mathrm {s} }-N_{\mathrm {r} })/N_{\mathrm {s} }}$$

dónde

• N _r es la velocidad de rotación, en revoluciones por minuto; y
• S es la relación de deslizamiento normalizada, que varía de 0 a 1.

Como ejemplo, un motor típico de cuatro polos que funciona en60  Hz podría tener una clasificación nominal de1725  rpm a plena carga, mientras que su velocidad calculada es1800  rpm . Tradicionalmente, la velocidad de este tipo de motor se ha modificado mediante la incorporación de bobinas o polos adicionales que se pueden activar y desactivar para cambiar la velocidad de rotación del campo magnético. Sin embargo, los avances en electrónica de potencia permiten ahora variar también la frecuencia de la fuente de alimentación para lograr un control más preciso de la velocidad del motor.

Este tipo de rotor es el componente básico de los reguladores de inducción , lo cual constituye una excepción al uso del campo magnético giratorio como aplicación puramente eléctrica (no electromecánica).

La mayoría de los motores de corriente alterna (CA) utilizan un rotor tipo jaula de ardilla , presente en prácticamente todos los motores domésticos e industriales ligeros. El término "jaula de ardilla" hace referencia a la jaula giratoria de ejercicio para animales domésticos . El motor recibe su nombre de la forma de sus bobinados: un anillo en cada extremo, con barras que conectan los anillos a lo largo del rotor. Generalmente, se trata de aluminio o cobre fundido entre las láminas de hierro del rotor, y normalmente solo son visibles los anillos de los extremos. La mayor parte de la corriente del rotor fluye a través de las barras, en lugar de las láminas, que presentan mayor resistencia y suelen estar barnizadas. En las barras y los anillos de los extremos se registran voltajes muy bajos con corrientes muy altas; los motores de alta eficiencia suelen utilizar cobre fundido para reducir la resistencia del rotor.

En funcionamiento, el motor de jaula de ardilla puede considerarse como un transformador con un secundario giratorio. Cuando el rotor no gira en sincronía con el campo magnético, se inducen grandes corrientes en el rotor; estas corrientes magnetizan el rotor e interactúan con los campos magnéticos del estator, logrando que el rotor se sincronice casi por completo con el campo del estator. Un motor de jaula de ardilla sin carga, a su velocidad nominal, consumirá energía eléctrica únicamente para mantener la velocidad del rotor y compensar las pérdidas por fricción y resistencia. A medida que aumenta la carga mecánica, también lo hará la carga eléctrica, ya que esta última está intrínsecamente relacionada con la carga mecánica. Esto es similar a un transformador, donde la carga eléctrica del primario está relacionada con la del secundario.

Por eso, un motor de ventilador de jaula de ardilla puede atenuar las luces de la casa al arrancar, pero no lo hace al encenderse cuando se retira la correa del ventilador (y, por lo tanto, la carga mecánica). Además, un motor de jaula de ardilla atascado (sobrecargado o con el eje bloqueado) consumirá una corriente limitada únicamente por la resistencia del circuito al intentar arrancar. A menos que algo limite la corriente (o la interrumpa por completo), el resultado probable es el sobrecalentamiento y la destrucción del aislamiento del bobinado.

Muchas lavadoras , lavavajillas , ventiladores independientes de mayor tamaño , compresores , etc., utilizan alguna variante de un motor de jaula de ardilla.

Cuando se requiere velocidad variable, se utiliza un diseño alternativo denominado motor de rotor bobinado . En este caso, el rotor tiene el mismo número de polos que el estator y los devanados son de alambre, conectados a anillos colectores en el eje. Unas escobillas de carbón conectan los anillos colectores a un controlador, como una resistencia variable, que permite modificar la tasa de deslizamiento del motor. En ciertos accionamientos de rotor bobinado de alta potencia y velocidad variable, la energía de la frecuencia de deslizamiento se captura, rectifica y se devuelve a la fuente de alimentación mediante un inversor. Con potencia controlada bidireccionalmente, el rotor bobinado participa activamente en el proceso de conversión de energía, y la configuración de rotor bobinado doblemente alimentado presenta el doble de densidad de potencia.

En comparación con los rotores de jaula de ardilla, los motores de rotor bobinado son costosos y requieren mantenimiento de los anillos colectores y las escobillas, pero fueron la forma estándar para el control de velocidad variable antes de la llegada de los dispositivos electrónicos de potencia compactos. Actualmente, se pueden utilizar inversores transistorizados con variador de frecuencia para el control de velocidad, y los motores de rotor bobinado son cada vez menos comunes.

Se utilizan varios métodos para arrancar un motor polifásico. Cuando se permite una corriente de irrupción elevada y un par de arranque alto, el motor puede arrancarse directamente a la línea, aplicando la tensión de línea completa a los terminales (arranque directo, DOL). Cuando es necesario limitar la corriente de irrupción de arranque (cuando el motor es grande en comparación con la capacidad de cortocircuito de la fuente de alimentación), el motor se arranca con tensión reducida utilizando inductores en serie, un autotransformador , tiristores u otros dispositivos. Una técnica que a veces se utiliza es el arranque estrella-triángulo (YΔ), donde las bobinas del motor se conectan inicialmente en configuración estrella para acelerar la carga y luego se cambian a configuración triángulo cuando la carga alcanza la velocidad nominal. Esta técnica es más común en Europa que en Norteamérica. Los variadores transistorizados pueden variar directamente la tensión aplicada según lo requieran las características de arranque del motor y la carga.

Este tipo de motor se está volviendo más común en aplicaciones de tracción, como en las locomotoras, donde se le conoce como motor de tracción asíncrono .

Un servomotor de CA bifásico típico tiene un rotor de jaula de ardilla y un campo compuesto por dos bobinados:

1. un devanado principal de tensión constante (CA).
2. Un devanado de tensión de control (CA) en cuadratura (es decir, con un desfase de 90 grados) con respecto al devanado principal, para producir un campo magnético giratorio. Invertir la fase hace que el motor gire en sentido inverso.

Un amplificador servo de CA, un amplificador de potencia lineal, alimenta el devanado de control. La resistencia eléctrica del rotor se eleva intencionalmente para que la curva velocidad-par sea prácticamente lineal. Los servomotores bifásicos son, por naturaleza, dispositivos de alta velocidad y bajo par, con una fuerte reducción de velocidad para accionar la carga.

Los motores monofásicos no poseen un campo magnético giratorio único como los motores multifásicos. El campo alterna (invierte su polaridad) entre pares de polos y puede considerarse como dos campos que giran en direcciones opuestas. Requieren un campo magnético secundario que provoca el movimiento del rotor en una dirección específica. Tras el arranque, el campo alterno del estator gira con respecto al rotor. Se utilizan comúnmente varios métodos:

Motor de fase partida

Otro motor de CA monofásico común es el motor de inducción de fase partida , ^{[ 18 ]} comúnmente utilizado en electrodomésticos como aires acondicionados y secadoras de ropa . En comparación con el motor de polos sombreados, estos motores proporcionan un par de arranque mucho mayor.

Un motor de fase partida tiene un devanado de arranque secundario perpendicular al devanado principal, siempre centrado entre los polos de este último y conectado a él mediante contactos eléctricos. Las bobinas de este devanado tienen menos vueltas y un hilo más fino que el devanado principal, por lo que presenta una inductancia menor y una resistencia mayor. La posición del devanado crea un pequeño desfase entre el flujo del devanado principal y el del devanado de arranque, lo que provoca la rotación del rotor. Cuando la velocidad del motor es suficiente para vencer la inercia de la carga, los contactos se abren automáticamente mediante un interruptor centrífugo o un relé eléctrico. El sentido de giro viene determinado por la conexión entre el devanado principal y el circuito de arranque. En aplicaciones donde el motor requiere una rotación fija, un extremo del circuito de arranque se conecta permanentemente al devanado principal, mientras que los contactos realizan la conexión en el otro extremo.

Motor de arranque por condensador

Un motor de arranque por condensador es un motor de inducción de fase partida con un condensador de arranque insertado en serie con el devanado de arranque, creando un circuito LC que produce un mayor desfase (y, por lo tanto, un par de arranque mucho mayor) que los motores de fase partida y de polos sombreados. Este motor tiene un interruptor centrífugo que desconecta el condensador una vez que el motor ha arrancado. Este motor proporciona un alto par de arranque. ^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]} Un motor de arranque y funcionamiento por condensador tiene dos condensadores separados, uno para arrancar el motor y otro para su funcionamiento, y tiene un interruptor centrífugo para desconectar el condensador de arranque, o un relé de fuerza contraelectromotriz ( FEM ) conectado en paralelo con el devanado auxiliar del motor. Este motor proporciona un alto par de arranque y una alta eficiencia. ^{[ 19 ]}

motor de arranque por resistencia

Un motor de arranque por resistencia es un motor de inducción de fase partida con un arrancador insertado en serie con el devanado de arranque, lo que genera reactancia. Este arrancador adicional facilita el arranque y la dirección inicial de rotación. El devanado de arranque está compuesto principalmente de hilo delgado con pocas espiras para lograr una alta resistencia y una menor inductancia. El devanado principal está compuesto de hilo más grueso con un mayor número de espiras, lo que lo hace menos resistivo y más inductivo. ^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]}

Motor de condensador permanente dividido

Otra variante es el motor de condensador permanente dividido (o PSC) . ^{[ 25 ]} También conocido como motor de condensador, este tipo de motor utiliza un condensador no polarizado con una alta tensión nominal para generar un desfase eléctrico entre los devanados de arranque y de funcionamiento. Los motores PSC son el tipo predominante de motor de fase dividida en Europa y gran parte del mundo, pero en Norteamérica se utilizan con mayor frecuencia en aplicaciones de par variable (como sopladores, ventiladores y bombas) y en otros casos donde se requieren velocidades variables.

Un condensador con una capacitancia relativamente baja y una tensión nominal relativamente alta se conecta en serie con el devanado de arranque y permanece en el circuito durante todo el ciclo de funcionamiento. ^{[ 25 ]} Al igual que otros motores de fase partida, el devanado principal se utiliza con un devanado de arranque más pequeño, y la rotación se cambia invirtiendo la conexión entre el devanado principal y el circuito de arranque, o cambiando la polaridad del devanado principal mientras el devanado de arranque está siempre conectado a un condensador. Sin embargo, existen diferencias significativas; el uso de un interruptor centrífugo sensible a la velocidad requiere que otros motores de fase partida funcionen a su velocidad máxima o muy cerca de ella. Los motores PSC pueden funcionar en un amplio rango de velocidades, mucho menor que la velocidad eléctrica del motor. Además, para aplicaciones como los abridores automáticos de puertas que requieren que el motor invierta la rotación con frecuencia, el uso de un mecanismo requiere que el motor reduzca la velocidad casi hasta detenerse antes de que se restablezca el contacto con el devanado de arranque. La conexión "permanente" al condensador en un motor PSC significa que el cambio de rotación es instantáneo.

Los motores trifásicos pueden convertirse en motores PSC uniendo dos devanados y conectando el tercero mediante un condensador para que actúe como devanado de arranque. Sin embargo, la potencia nominal debe ser al menos un 50 % mayor que la de un motor monofásico comparable debido a un devanado sin utilizar. ^{[ 26 ]}

Si las conexiones a las bobinas del rotor de un motor trifásico se realizan mediante anillos colectores y se les suministra una corriente de campo independiente para crear un campo magnético continuo (o si el rotor consta de un imán permanente), el resultado se denomina motor síncrono , ya que el rotor girará de forma síncrona con el campo magnético giratorio producido por la alimentación eléctrica polifásica. Otro sistema de motor síncrono es el motor síncrono de rotor bobinado sin escobillas con doble alimentación, que cuenta con un conjunto de bobinados de CA multifásicos del rotor de excitación independiente. Este sistema puede experimentar inducción por deslizamiento a velocidades superiores a las síncronas, pero, al igual que todos los motores síncronos, no depende de la inducción por deslizamiento para la producción de par.

El motor síncrono también puede utilizarse como alternador .

Los motores síncronos modernos suelen ser accionados por variadores de frecuencia de estado sólido . Esto facilita enormemente el arranque del rotor de gran tamaño. También pueden arrancarse como motores de inducción mediante un devanado de jaula de ardilla que comparte el rotor: una vez que el motor alcanza la velocidad síncrona, no se induce corriente en el devanado de jaula de ardilla, por lo que este tiene poca influencia en el funcionamiento síncrono del motor, salvo para estabilizar la velocidad ante cambios de carga.

En ocasiones, los motores síncronos se utilizan como motores de tracción ; el TGV es quizás el ejemplo más conocido de este uso.

Un gran número de motores síncronos trifásicos se instalan actualmente en coches eléctricos . Estos motores cuentan con un imán permanente de neodimio u otro tipo de tierras raras .

Una aplicación de este tipo de motor es su uso en sistemas de corrección del factor de potencia. Se les conoce como condensadores síncronos . Este sistema aprovecha una característica de la máquina: cuando su rotor está sobreexcitado, consume energía con un factor de potencia adelantado . Por lo tanto, la red eléctrica lo comporta como un condensador, lo que permite corregir el factor de potencia retrasado que suelen presentar las cargas inductivas. La excitación se ajusta hasta obtener un factor de potencia cercano a la unidad (a menudo de forma automática). Las máquinas utilizadas para este fin se identifican fácilmente, ya que carecen de extensiones en el eje. En cualquier caso, los motores síncronos son muy valorados porque su factor de potencia es mucho mejor que el de los motores de inducción, lo que los convierte en la opción preferida para aplicaciones de muy alta potencia.

Algunos de los motores de corriente alterna más grandes son generadores hidroeléctricos de almacenamiento por bombeo que funcionan como motores síncronos para bombear agua a un embalse a mayor altura para su posterior uso en la generación de electricidad con la misma maquinaria. Seis generadores de 500 megavatios están instalados en la central hidroeléctrica de bombeo del condado de Bath en Virginia, EE. UU. Cada unidad, al bombear, puede producir 642 800 caballos de fuerza (479,3 megavatios). ^{[ 27 ]}

Los pequeños motores de corriente alterna monofásicos también pueden diseñarse con rotores magnetizados (o varias variaciones de esa idea; véase "Motores síncronos de histéresis" más abajo).

Si a un rotor convencional de jaula de ardilla se le mecanizan superficies planas para crear polos salientes y aumentar la reluctancia , arrancará de forma convencional, pero funcionará de forma síncrona, aunque solo podrá proporcionar un par motor moderado a velocidad síncrona. Esto se conoce como motor de reluctancia .

Debido a que la inercia dificulta la aceleración instantánea del rotor desde la parada hasta la velocidad síncrona, estos motores normalmente requieren algún tipo de mecanismo especial para arrancar. Algunos incluyen una estructura de jaula de ardilla para acercar el rotor a la velocidad síncrona. Otros diseños utilizan un pequeño motor de inducción (que puede compartir las mismas bobinas de campo y rotor que el motor síncrono) o un rotor muy ligero con un mecanismo unidireccional (para asegurar que el rotor arranque en la dirección de "avance"). En este último caso, la aplicación de corriente alterna crea un movimiento de vaivén caótico (o aparentemente caótico); dicho motor siempre arrancará, pero al carecer del mecanismo anti-inversión, la dirección de giro es impredecible. El generador de tonos del órgano Hammond utilizaba un motor síncrono no autoarrancable (hasta hace relativamente poco) y tenía un motor de arranque auxiliar convencional de polos sombreados. Un interruptor de arranque manual auxiliar accionado por resorte conectaba la alimentación a este segundo motor durante unos segundos.

Estos motores son relativamente costosos y se utilizan donde la velocidad exacta (suponiendo una fuente de CA de frecuencia exacta) y la rotación con baja fluctuación (variación de velocidad de alta frecuencia) son esenciales. Entre sus aplicaciones se incluyen los accionamientos de los cabrestantes de las grabadoras de cinta (el eje del motor podía ser el propio cabrestante) y, antes de la llegada del control por cristal, las cámaras y grabadoras de cine. Su característica distintiva es su rotor, que es un cilindro liso de una aleación magnética que permanece magnetizado, pero que puede desmagnetizarse con relativa facilidad, así como remagnetizarse con polos en una nueva ubicación. La histéresis se refiere a cómo el flujo magnético en el metal se retrasa con respecto a la fuerza magnetizante externa; por ejemplo, para desmagnetizar dicho material, se podría aplicar un campo magnetizante de polaridad opuesta al que lo magnetizó originalmente. Estos motores tienen un estator similar al de los motores de inducción de jaula de ardilla con condensador. Al arrancar, cuando el deslizamiento disminuye lo suficiente, el rotor se magnetiza por el campo del estator y los polos permanecen en su lugar. El motor funciona entonces a velocidad síncrona, como si el rotor fuera un imán permanente. Al detenerse y reiniciarse, es probable que los polos se formen en ubicaciones diferentes. Para un diseño dado, el par a velocidad síncrona es relativamente bajo, y el motor puede funcionar a una velocidad inferior a la síncrona. En otras palabras, el campo magnético se retrasa con respecto al flujo magnético.

Un motor universal es un diseño que puede funcionar con corriente alterna (CA) o continua (CC). En los motores universales, tanto el estator como el rotor de un motor de CC con escobillas están bobinados y se alimentan desde una fuente externa, siendo el par motor una función de la corriente del rotor multiplicada por la corriente del estator, de modo que invertir la corriente en ambos rotores no invierte la rotación. Los motores universales pueden funcionar tanto con CA como con CC, siempre que la frecuencia no sea tan alta como para que la reactancia inductiva del bobinado del estator y las pérdidas por corrientes parásitas se conviertan en un problema. Casi todos los motores universales son de bobinado en serie porque sus estatores tienen relativamente pocas espiras, lo que minimiza la inductancia. Los motores universales son compactos, tienen un alto par de arranque y su velocidad puede variar en un amplio rango con controles relativamente sencillos, como reóstatos y moduladores PWM . En comparación con los motores de inducción, los motores universales presentan algunas desventajas inherentes a sus escobillas y conmutadores: niveles relativamente altos de ruido eléctrico y acústico, baja fiabilidad y un mantenimiento más frecuente.

Los motores universales se utilizan ampliamente en pequeños electrodomésticos y herramientas eléctricas manuales. Hasta la década de 1970, dominaban la tracción eléctrica (tanto en vehículos ferroviarios como de carretera, incluidos los diésel-eléctricos); muchas redes de tracción eléctrica aún utilizan frecuencias bajas especiales, como 16,7 y 25  Hz, para superar los problemas de pérdidas y reactancia mencionados anteriormente. Si bien siguen siendo ampliamente utilizados, los motores de tracción universales han sido reemplazados progresivamente por motores de inducción de CA polifásicos y motores de imanes permanentes con variadores de frecuencia, posibles gracias a los modernos dispositivos semiconductores de potencia .

Los motores de repulsión son motores de corriente alterna monofásicos de rotor bobinado, un tipo de motor de inducción. En un motor de repulsión, las escobillas del inducido están cortocircuitadas entre sí, en lugar de estar conectadas en serie con el campo, como ocurre en los motores universales. Mediante la acción de un transformador, el estator induce corrientes en el rotor, que generan par por repulsión en lugar de atracción, como en otros motores. Se han fabricado varios tipos de motores de repulsión, pero el motor de arranque por repulsión y funcionamiento por inducción (RS-IR) ha sido el más utilizado. El motor RS-IR cuenta con un interruptor centrífugo que cortocircuita todos los segmentos del conmutador, de modo que el motor funciona como un motor de inducción una vez que alcanza su velocidad máxima. Algunos de estos motores también desconectan las escobillas mediante regulación de tensión . Los motores de repulsión se desarrollaron antes de que existieran condensadores de arranque adecuados, y en 2005 se comercializaban pocos.

Cuando la estabilidad de la velocidad es importante, algunos motores de CA (como algunos motores Papst ) tienen el estator en el interior y el rotor en el exterior para optimizar la inercia y la refrigeración. Los rotores exteriores también son comunes en los motores de ventiladores de techo .

Un motor con freno de rotor cónico incorpora el freno como parte integral del rotor deslizante cónico. Cuando el motor está en reposo, un resorte actúa sobre el rotor deslizante y presiona el anillo de freno contra la tapa del motor, manteniendo el rotor fijo. Al energizarse el motor, su campo magnético genera una componente axial y otra radial. La componente axial vence la fuerza del resorte, liberando el freno, mientras que la componente radial provoca el giro del rotor. No se requiere ningún control de frenado adicional.

El elevado par de arranque y la baja inercia del motor de freno de rotor cónico han demostrado ser ideales para las exigencias de los accionamientos dinámicos de alto ciclo en diversas aplicaciones desde su invención, diseño e introducción hace más de 50 años. Este tipo de configuración de motor se introdujo por primera vez en Estados Unidos en 1963.

Los motores de una o dos velocidades están diseñados para acoplarse a cajas de engranajes de sistemas de motorreductores . Los motores de freno de rotor cónico también se utilizan para accionar microaccionamientos.

Este tipo de motores también se encuentran en grúas puente y polipastos . La unidad de microvelocidad combina dos motores y un reductor de engranajes intermedio. Se utilizan en aplicaciones que requieren una precisión de posicionamiento mecánico extrema y una alta capacidad de ciclo. La unidad de microvelocidad combina un motor principal de freno de rotor cónico para alta velocidad y un micromotor de freno de rotor cónico para baja velocidad o posicionamiento. La caja de engranajes intermedia permite una amplia gama de relaciones de transmisión, y se pueden combinar motores de diferentes velocidades para obtener relaciones elevadas entre alta y baja velocidad.

Los motores de conmutación electrónica (EC) son motores eléctricos alimentados por corriente continua (CC) que utilizan sistemas de conmutación electrónica en lugar de conmutadores y escobillas mecánicas . Las relaciones entre corriente y par, así como entre frecuencia y velocidad, de los motores BLDC son lineales. Si bien las bobinas del motor se alimentan con CC, la corriente puede rectificarse a partir de CA dentro de la carcasa.

Se trata de motores de inducción bifásicos con imanes permanentes que frenan el rotor, de modo que su velocidad sea proporcional a la potencia que pasa por el medidor. El rotor es un disco de aleación de aluminio, y las corrientes inducidas en él reaccionan con el campo del estator.

Un contador de electricidad de vatios -hora de fase dividida tiene un estator con tres bobinas orientadas hacia el disco. El circuito magnético se completa con un núcleo en forma de C de hierro permeable. La bobina de "tensión" situada sobre el disco está en paralelo con la fuente de alimentación; sus numerosas espiras presentan una elevada relación inductancia/resistencia (Q), por lo que su corriente y campo magnético son la integral temporal de la tensión aplicada, desfasada 90 grados. Este campo magnético se propaga perpendicularmente a través del disco, induciendo corrientes parásitas circulares en el plano del disco centrado en el campo. Estas corrientes inducidas son proporcionales a la derivada temporal del campo magnético, adelantada 90 grados. Esto sitúa las corrientes parásitas en fase con la tensión aplicada a la bobina de tensión, del mismo modo que la corriente inducida en el secundario de un transformador con carga resistiva está en fase con la tensión aplicada a su primario.

Las corrientes parásitas pasan directamente por encima de las piezas polares de dos bobinas de corriente situadas bajo el disco, cada una enrollada con unas pocas vueltas de alambre de gran calibre cuya reactancia inductiva es pequeña en comparación con la impedancia de carga. Estas bobinas conectan la fuente de alimentación a la carga, produciendo un campo magnético en fase con la corriente de carga. Este campo pasa desde el polo de una bobina de corriente perpendicularmente a través del disco y de vuelta a través del disco hasta el polo de la otra bobina de corriente, completando así un circuito magnético que regresa a la primera bobina de corriente. Al cruzar el disco, estos campos atraviesan las corrientes parásitas inducidas en él por la bobina de tensión, produciendo una fuerza de Lorentz sobre el disco mutuamente perpendicular a ambas. Suponiendo que fluye potencia hacia la carga, el flujo de la bobina de corriente izquierda cruza el disco hacia arriba, donde la corriente parásita fluye radialmente hacia el centro del disco, produciendo (según la regla de la mano derecha ) un par que impulsa la parte frontal del disco hacia la derecha. De forma similar, el flujo atraviesa el disco hacia la bobina de corriente derecha, donde la corriente parásita fluye radialmente desde el centro del disco, generando nuevamente un par que impulsa la parte frontal del disco hacia la derecha. Cuando se invierte la polaridad de la corriente alterna, tanto las corrientes parásitas en el disco como la dirección del flujo magnético de las bobinas de corriente cambian, sin que la dirección del par se vea afectada.

El par motor es proporcional a la tensión de línea instantánea multiplicada por la corriente de carga instantánea, corrigiendo automáticamente el factor de potencia. El disco se frena mediante un imán permanente, de modo que la velocidad es proporcional al par motor y el disco integra mecánicamente la potencia real. El dial mecánico del medidor indica las rotaciones del disco y la energía neta total suministrada a la carga. (Si la carga suministra energía a la red, el disco gira en sentido contrario a menos que un trinquete lo impida, lo que permite la medición neta ).

En un medidor de vatios -hora de fase dividida , la bobina de voltaje se conecta entre los dos terminales de línea (240 V en Norteamérica ) y dos bobinas de corriente separadas se conectan entre los terminales de línea y carga correspondientes. No se requiere conexión al neutro del sistema para manejar correctamente cargas combinadas de línea a neutro y de línea a línea. Las cargas de línea a línea consumen la misma corriente a través de ambas bobinas y hacen girar el medidor al doble de velocidad que una carga de línea a neutro que consume la misma corriente a través de una sola bobina, registrando correctamente la potencia consumida por la carga de línea a línea como el doble que la de la carga de línea a neutro.

Para la alimentación polifásica (por ejemplo, trifásica ) se utilizan otras variantes del mismo diseño .

Un ejemplo representativo son los motores síncronos de bajo par con un imán cilíndrico hueco multipolar (polos internos) que rodea la estructura del estator. Una copa de aluminio soporta el imán. El estator tiene una bobina coaxial con el eje. En cada extremo de la bobina hay un par de placas circulares con dientes rectangulares en sus bordes, dispuestas paralelamente al eje. Estas son los polos del estator. Uno de los discos distribuye directamente el flujo de la bobina, mientras que el otro recibe el flujo que ha pasado a través de una bobina de sombreado común. Los polos son bastante estrechos, y entre los polos que salen de un extremo de la bobina hay un conjunto idéntico que sale del otro extremo. En conjunto, esto crea una secuencia repetitiva de cuatro polos, sin sombreado alternando con sombreado, que crea un campo magnético circunferencial que sincroniza rápidamente los polos magnéticos del rotor. Algunos motores paso a paso tienen una estructura similar.