หากเครื่องจักรไฟฟ้าแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า จะเรียกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ในขณะที่เครื่องจักรที่แปลงไฟฟ้าเป็นการเคลื่อนที่เรียกว่ามอเตอร์^{[ 11 ]}

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ผลิตกระแสสลับ (AC)เรียกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ (alternator) ในขณะที่ เครื่องกำเนิด ไฟฟ้ากระแสตรง (DC)เรียกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง (dynamo) มอเตอร์จะถูกเรียกว่าปั๊มเมื่อใช้การเคลื่อนที่ของมอเตอร์เพื่อเคลื่อนย้ายของเหลว เช่น น้ำ^{[ 12 ]}

ตามทฤษฎีแล้ว เครื่องจักรไฟฟ้าส่วนใหญ่สามารถใช้เป็นทั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือมอเตอร์ได้ แต่ในทางปฏิบัติ เครื่องจักรส่วนใหญ่มักถูกออกแบบมาให้ใช้งานเฉพาะอย่างใดอย่างหนึ่ง กำลังของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยทั่วไปจะวัดเป็นกิโลวัตต์ (kW)ในขณะที่กำลังของมอเตอร์จะวัดเป็นแรงม้า (hp )

เครื่องจักรไฟฟ้าสามารถเชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้ากระแสสลับหรือกระแสตรงได้ โดยที่กระแสสลับอาจเป็นเฟสเดียวหรือสามเฟสยกเว้นบางกรณี เช่นมอเตอร์อเนกประสงค์เครื่องจักรไม่สามารถสลับระหว่างระบบไฟฟ้าได้^{[ 13 ]}เครื่องจักรกระแสสลับส่วนใหญ่เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสหรือมอเตอร์เหนี่ยวนำ

เครื่องจักร DC เป็นคำเรียกที่ไม่ถูกต้องนัก เนื่องจากเครื่องจักร DC ทั้งหมดใช้แรงดันและกระแสสลับในการทำงาน^{[ 14 ]}เครื่องจักร DC ส่วนใหญ่มีคอมมิวเทเตอร์ซึ่งช่วยให้ขดลวดอาร์มาเจอร์ภายในเครื่องจักร DC เปลี่ยนการเชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้า DC เป็นระยะๆ ขณะที่เครื่องจักรหมุน ทำให้ทิศทางของแรงดันและกระแสภายในเครื่องจักรสลับกันอย่างมีประสิทธิภาพ แต่ยังคงรักษาแรงดันและกระแส DC ไว้ในด้านไฟฟ้า

หากเครื่องจักรไฟฟ้ามีวงจรไฟฟ้าบนโรเตอร์ ก็จำเป็นต้องมีวิธีการจ่ายพลังงานให้กับวงจรแม้ในขณะที่โรเตอร์กำลังหมุน วิธีหนึ่งในการทำเช่นนี้คือการติดแปรง โลหะ เข้ากับสเตเตอร์และยึดแปรงเหล่านั้นไว้ภายใต้แรงตึงกับโรเตอร์^{[ 15 ]}จากนั้นแปรงเหล่านี้จะได้รับพลังงานที่ด้านสเตเตอร์ที่อยู่กับที่ และถ่ายโอนกระแสไฟฟ้าไปยังโรเตอร์ที่กำลังเคลื่อนที่ ส่วนของโรเตอร์ที่สัมผัสกับแปรงเรียกว่าวงแหวนสลิปและได้รับการออกแบบมาให้ทนต่อทั้งกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านและการสึกหรอทางกลจากการหมุนอย่างต่อเนื่องกับแปรง โดยทั่วไปแปรงจะทำจากคาร์บอน เนื่องจากมีความแข็งแรงและนำไฟฟ้าได้ดี แปรงจะสึกหรอและจำเป็นต้องเปลี่ยนใหม่ตลอดอายุการใช้งานของเครื่องจักร

เทคนิคอีกอย่างหนึ่งในการจ่ายพลังงานให้กับวงจรไฟฟ้าบนโรเตอร์คือการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเนื่องจากโรเตอร์กำลังเคลื่อนที่อยู่แล้ว จึงตรงตามข้อกำหนดหลักข้อหนึ่งของการเหนี่ยวนำ (สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง) และสามารถปรับให้เหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กเข้าไปในตัวมันได้ เทคนิคนี้เป็นที่นิยมมากในมอเตอร์เหนี่ยวนำแต่ยังใช้ในเครื่องจักรซิงโครนัสแบบไม่มีบูชด้วย^{[ 16 ]}

หากขดลวดบนโรเตอร์เป็นขดลวดสนามแม่เหล็ก จุดประสงค์ของมันคือการทำหน้าที่เป็นแม่เหล็กไฟฟ้าและสร้างสนามแม่เหล็กที่หมุนได้ ซึ่งสามารถแทนที่ด้วยแม่เหล็กถาวรได้ ทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้แปรงหรือวงแหวนลื่น และทำให้การออกแบบเครื่องจักรนั้นง่ายขึ้น แม่เหล็กถาวรขนาดใหญ่มีราคาแพงและไม่สามารถทำให้เครื่องจักรทำงานได้ทั้งในฐานะมอเตอร์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเสมอไป ดังนั้นเครื่องจักร PM จึงมักถูกจำกัดไว้ที่มอเตอร์กำลังขนาดเล็ก^{[ 17 ]}

มอเตอร์ไฟฟ้าแปลงไฟฟ้าเป็นการเคลื่อนที่ และสามารถเคลื่อนย้ายภาระทางกลที่ใหญ่ขึ้นได้โดยการดึงพลังงานไฟฟ้ามากขึ้น ซึ่งมาพร้อมกับต้นทุน: ด้วยแรงลอเรนซ์ที่กำหนดความเร็วของเครื่องจักร หากแรงต้องเอาชนะภาระทางกลที่ใหญ่ขึ้น ความเร็วของเครื่องจักรก็จะลดลง ในมอเตอร์หมุน แรงจะถูกมองว่าเป็นแรงบิดและพฤติกรรมนี้เรียกว่าเส้นโค้งความเร็ว-แรงบิดของเครื่องจักร^{[ 18 ]}มอเตอร์ไฟฟ้าแสดงความเร็วในหน่วยรอบต่อนาที (RPM )

รูปร่างของเส้นโค้งความเร็ว-แรงบิดขึ้นอยู่กับการออกแบบของมอเตอร์ ในมอเตอร์กระแสตรง เส้นโค้งความเร็ว-แรงบิดจะเป็นเส้นตรง โดยแรงบิดสูงสุดจะเกิดขึ้นที่ความเร็วศูนย์ (แรงบิดหยุดนิ่ง) และความเร็วสูงสุดจะเกิดขึ้นที่แรงบิดศูนย์ (ความเร็วขณะไม่มีโหลด) ^{[ 19 ]}ในมอเตอร์กระแสสลับ เส้นโค้งแรงบิด-ความเร็วจะมีรูปร่างที่ซับซ้อนกว่า โดยเริ่มต้นที่แรงบิดเริ่มต้นที่เกี่ยวข้องกับกระแสโรเตอร์ล็อกที่ความเร็วศูนย์ ค่อยๆ เพิ่มขึ้นตามความเร็วจนถึงจุดสูงสุดที่แรงบิดพังทลาย และสุดท้ายลดลงอย่างรวดเร็วเป็นศูนย์ที่ความเร็วขณะไม่มีโหลด (สูงสุด) รูปร่างที่แน่นอนของเส้นโค้งขึ้นอยู่กับการออกแบบของมอเตอร์กระแสสลับ

ในเครื่องจักรไฟฟ้ากระแสสลับ สนามแม่เหล็กหนึ่งหมุนรอบเครื่องจักรเนื่องจากการเชื่อมต่อของระบบไฟฟ้า ในขณะที่สนามแม่เหล็กอีกสนามหนึ่งหมุนเนื่องจากการเคลื่อนที่ทางกายภาพของโรเตอร์ หากสนามแม่เหล็กทั้งสองหมุนด้วยความเร็วเท่ากัน เครื่องจักรนั้นจะเรียกว่า เครื่องจักร ซิงโครนัสและทำงานที่ความเร็วซิงโครนัส^{[ 20 ]}หากสนามแม่เหล็กหมุนด้วยความเร็วที่ต่างกัน เครื่องจักรนั้นจะเรียกว่าเครื่องจักรอะซิงโครนัส โดยมีความเร็วที่สูงกว่าหรือต่ำกว่าความเร็วซิงโครนัส หากสนามของโรเตอร์หมุนช้ากว่าสนามของสเตเตอร์ เครื่องจักรจะทำงานเป็นมอเตอร์ หากเร็วกว่า เครื่องจักรจะทำงานเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เครื่องจักรอะซิงโครนัสไม่สามารถทำงานที่ความเร็วซิงโครนัสได้^{[ 21 ]}ชื่อเรียกทั่วไปอีกชื่อหนึ่งของเครื่องจักรอะซิงโครนัสคือเครื่องจักรเหนี่ยวนำ

เครื่องจักร DC ไม่ได้ถูกจัดประเภทเป็นแบบซิงโครนัสหรืออะซิงโครนัส เนื่องจากสนามแม่เหล็กไม่หมุน^{[ 22 ]}สนามแม่เหล็กจากขดลวดสนาม (หรือ PM) อยู่บนสเตเตอร์และอยู่กับที่ ขดลวดอาร์มาเจอร์อยู่บนโรเตอร์และหมุน แต่ขั้วของมันกลับด้านโดยการสลับกระแส ระบบ DC ยังขาดความถี่ที่จะใช้เปรียบเทียบความเร็วอีกด้วย

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสเป็นเครื่องจักรแบบซิงโครนัสที่มีตัวขับเคลื่อนหลักติดอยู่กับโรเตอร์ ซึ่งขับเคลื่อนโดยกังหันไอน้ำหรือกังหัน ก๊าซ โดยทั่วไปแล้ว เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสจะมีขดลวดอาร์มาเจอร์แบบสามเฟส และผลิตกระแสไฟฟ้าสลับ (AC) ขดลวดสนามแม่เหล็กของโรเตอร์มักจะถูกกระตุ้นผ่านแปรงและวงแหวนสลิป อย่างไรก็ตาม เครื่องจักรแบบไร้แปรงถ่านก็เป็นไปได้เช่นกัน โดยใช้ทั้งแม่เหล็กถาวร (PM) หรือวงจรกระตุ้นที่ประกอบด้วยการเหนี่ยวนำ AC จากสเตเตอร์ไปยังโรเตอร์ และวงจรเรียงกระแสบนโรเตอร์เพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าตรง (DC) ขนาดของมันมีตั้งแต่ไม่กี่กิโลวัตต์ที่แรงดันไฟฟ้าสำหรับที่อยู่อาศัย ไปจนถึง 500 เมกะวัตต์ขึ้นไปที่แรงดันไฟฟ้าสูงกว่า 20,000 โวลต์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสเป็นรูปแบบการผลิตไฟฟ้าแบบดั้งเดิมที่พบได้บ่อยที่สุดสำหรับระบบไฟฟ้ากระแสสลับ (AC)

มอเตอร์เหนี่ยวนำเป็นมอเตอร์ประเภทที่ใช้กันมากที่สุด และแทบจะเป็นมอเตอร์เพียงประเภทเดียวที่ใช้ในงานไฟฟ้ากระแสสลับ ความนิยมของมันมาจากความเรียบง่าย: โดยการใช้หลักการเหนี่ยวนำระหว่างสเตเตอร์และโรเตอร์เพื่อสร้างสนามแม่เหล็กของขดลวดสนาม ทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้แปรงถ่าน วงแหวนลื่น หรือวงจรที่ซับซ้อน ทำให้มอเตอร์เหนี่ยวนำง่ายขึ้นและทนทานมากขึ้น การออกแบบโรเตอร์ แบบกรงกระรอกเป็นแบบที่พบได้บ่อยที่สุด อย่างไรก็ตาม โรเตอร์แบบขดลวดแบบดั้งเดิมก็มีอยู่เช่นกัน มอเตอร์เหนี่ยวนำมีให้เลือกทั้งแบบสามเฟสและเฟสเดียว แม้ว่ามอเตอร์เหนี่ยวนำเฟสเดียวจะไม่สามารถสตาร์ทเองได้ และต้องใช้วงจรสตาร์ทบางประเภท มอเตอร์เหนี่ยวนำมักใช้ในงานต่างๆ เช่นคอมเพรสเซอร์สำหรับเครื่องปรับอากาศและตู้เย็น พัดลมและปั๊มขนาดใหญ่ และระบบลำเลียง

มอเตอร์ขนาดเล็กที่มีแรงดันต่ำกว่า 100 โวลต์ โดยทั่วไปจะเป็นมอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่าน สามารถกระตุ้นการทำงานได้หลายวิธี ไม่ว่าจะเป็นผ่านแม่เหล็กถาวร วงจรขดลวดสนามแยกต่างหาก หรือขดลวดสนามที่เชื่อมต่อกับวงจรขดลวดอาร์มาเจอร์ ในทุกกรณี วงจรการกระตุ้นหรือแม่เหล็กจะอยู่บนสเตเตอร์ และอาร์มาเจอร์จะอยู่บนโรเตอร์ โดยมีคอมมิวเทเตอร์เชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้าผ่านแปรงถ่าน การใช้งานทั่วไปของมอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่าน ได้แก่ มอเตอร์เซอร์โวขนาดเล็ก พัดลมขนาดเล็ก และมอเตอร์ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ส่วนใหญ่

มอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่าน (BLDC) คือเครื่องจักรที่ใช้ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ควบคุมมอเตอร์กระแสตรงแบบดั้งเดิม แทนที่แปรงถ่านและคอมมิวเทเตอร์ของมอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่าน โครงสร้างของมอเตอร์ BLDC อาจคล้ายกับเครื่องจักรซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร หรืออาจเป็นเครื่องจักรอะซิงโครนัสที่ดัดแปลงมา มอเตอร์ขนาดเล็กอาจใช้การจัดเรียงสเตเตอร์และโรเตอร์แบบพิเศษ เช่น แบบเอาท์รันเนอร์ (โดยโรเตอร์ล้อมรอบสเตเตอร์) หรือแบบแกน (โรเตอร์และสเตเตอร์แบนราบและขนานกันในแกนเดียวกัน) ในทุกกรณี มอเตอร์จะถูกควบคุมโดยชุดอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งจะจ่ายพลังงานให้กับขดลวดอาร์มาเจอร์ที่แตกต่างกันในเวลาที่ต่างกัน ทำให้แม่เหล็กถาวรบนโรเตอร์หมุนไปยังตำแหน่งหรือความเร็วที่กำหนดโดยอิเล็กทรอนิกส์ การใช้งานมอเตอร์ BLDC ทั่วไป ได้แก่ อุปกรณ์ต่อพ่วงคอมพิวเตอร์ เช่น ดิสก์ไดรฟ์และพัดลม และเครื่องมือพกพาที่ใช้แบตเตอรี่ เช่น สว่านและเลื่อยวงกลม

เครื่องจักรแบบโรเตอร์แม่เหล็กไฟฟ้าคือเครื่องจักรที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านโรเตอร์ ซึ่งสร้างสนามแม่เหล็กและทำปฏิกิริยากับขดลวดสเตเตอร์ กระแสไฟฟ้าในโรเตอร์อาจเป็นกระแสภายในแม่เหล็กถาวร (เครื่องจักร PM) กระแสที่จ่ายให้กับโรเตอร์ผ่านแปรงถ่าน (เครื่องจักรแบบมีแปรงถ่าน) หรือกระแสที่เกิดขึ้นในขดลวดโรเตอร์แบบปิดโดยสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง (เครื่องจักรเหนี่ยวนำ)

เครื่องจักร PMมีแม่เหล็กถาวรอยู่ในโรเตอร์ซึ่งสร้างสนามแม่เหล็ก แรงเคลื่อนแม่เหล็กใน PM (เกิดจากอิเล็กตรอนที่โคจรโดยมีทิศทางการหมุนที่ตรงกัน) โดยทั่วไปจะสูงกว่าที่เกิดขึ้นได้ในขดลวดทองแดงมาก อย่างไรก็ตาม ขดลวดทองแดงสามารถบรรจุด้วยวัสดุเฟอร์โรแมกเนติก ซึ่งทำให้ความต้านทานแม่เหล็ก ของขดลวดลดลงมาก แต่สนามแม่เหล็กที่สร้างโดย PM สมัยใหม่ ( แม่เหล็กนีโอไดเมียม ) ก็ยังคงแข็งแกร่งกว่า ซึ่งหมายความว่าเครื่องจักร PM มีอัตราส่วนแรงบิดต่อปริมาตรและแรงบิดต่อน้ำหนักที่ดีกว่าเครื่องจักรที่มีขดลวดโรเตอร์ภายใต้การทำงานอย่างต่อเนื่อง สิ่งนี้อาจเปลี่ยนแปลงไปได้เมื่อมีการนำตัวนำยิ่งยวดมาใช้ในโรเตอร์

เนื่องจากแม่เหล็กถาวรในเครื่องจักร PM มีค่าความต้านทานแม่เหล็กสูงอยู่แล้ว ความต้านทานแม่เหล็กในช่องว่างอากาศและขดลวดจึงมีความสำคัญน้อยลง ทำให้มีอิสระในการออกแบบเครื่องจักร PM มากขึ้น

โดยทั่วไปแล้ว การใช้งานเครื่องจักรไฟฟ้าเกินกำลังนั้นสามารถทำได้ในช่วงเวลาสั้นๆ จนกระทั่งกระแสไฟฟ้าในขดลวดทำให้ชิ้นส่วนต่างๆ ของเครื่องจักรมีอุณหภูมิสูงจนเกิดความเสียหาย เครื่องจักรแม่เหล็กถาวรทนต่อการใช้งานเกินกำลังเช่นนี้ได้น้อยกว่า เนื่องจากกระแสไฟฟ้าที่สูงเกินไปในขดลวดอาจสร้างสนามแม่เหล็กที่แรงพอที่จะทำให้แม่เหล็กเสื่อมสภาพได้

มอเตอร์แบบรีลักแทนซ์ไม่มีขดลวดบนโรเตอร์ มีเพียงวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกที่ขึ้นรูปเพื่อให้ "แม่เหล็กไฟฟ้า" ในสเตเตอร์สามารถ "จับ" ฟันในโรเตอร์และหมุนไปข้างหน้าเล็กน้อย จากนั้นแม่เหล็กไฟฟ้าจะถูกปิด ในขณะที่แม่เหล็กไฟฟ้าชุดอื่นจะถูกเปิดเพื่อหมุนโรเตอร์ต่อไป มอเตอร์ชนิดนี้มีชื่อเรียกอีกอย่างว่าสเต็ปมอเตอร์ และเหมาะสำหรับความเร็วต่ำและการควบคุมตำแหน่งที่แม่นยำ มอเตอร์แบบรีลักแทนซ์สามารถติดตั้งแม่เหล็กถาวรในสเตเตอร์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพได้ แม่เหล็กไฟฟ้าจะถูก "ปิด" โดยการส่งกระแสลบเข้าไปในขดลวด เมื่อกระแสเป็นบวก แม่เหล็กและกระแสจะทำงานร่วมกันเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กที่แข็งแกร่งขึ้น ซึ่งจะช่วยเพิ่มแรงบิดสูงสุดของมอเตอร์แบบรีลักแทนซ์โดยไม่ต้องเพิ่มค่าสูงสุดของกระแส

อาร์มาเจอร์ของเครื่องจักรไฟฟ้าหลายเฟสประกอบด้วยขดลวด หลายชุด ที่ขับเคลื่อนด้วยกระแสสลับซึ่งเยื้องกันด้วยมุมเฟสเซอร์ ที่เท่ากัน เครื่องจักร 3 เฟสเป็นที่นิยมมากที่สุดโดยขดลวดจะอยู่ห่างกัน (ทางไฟฟ้า) 120° ^{[ 23 ]}

เครื่องจักร 3 เฟสมีข้อดีที่สำคัญกว่าเครื่องจักรเฟสเดียว: ^{[ 24 ]}

• แรงบิดในสภาวะคงที่นั้นมีค่าคงที่ ส่งผลให้เกิดการสั่นสะเทือนน้อยลงและมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น (แรงบิดทันทีของมอเตอร์เฟสเดียวจะผันผวนตามรอบการทำงาน)
• กำลังไฟฟ้าคงที่ (การใช้พลังงานของมอเตอร์เฟสเดียวจะเปลี่ยนแปลงไปตลอดรอบการทำงาน)
• ขนาดเล็กกว่า (และด้วยเหตุนี้ต้นทุนจึงต่ำกว่า) สำหรับกำลังไฟเท่าเดิม
• การส่งกำลังไฟฟ้าผ่านสายไฟ 3 เส้นนั้น ใช้โลหะเพียง 3/4 ของปริมาณโลหะที่จำเป็นสำหรับสายส่งไฟฟ้า เฟสเดียวแบบสองเส้น สำหรับกำลังไฟฟ้าเท่ากัน
• ค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าที่ดีกว่า

ในเครื่องจักรไฟฟ้าสถิตแรงบิดเกิดขึ้นจากแรงดึงดูดหรือแรงผลักของประจุไฟฟ้าในโรเตอร์และสเตเตอร์

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบไฟฟ้าสถิตสร้างกระแสไฟฟ้าโดยการสะสมประจุไฟฟ้า รุ่นแรกๆ เป็นเครื่องจักรแบบใช้แรงเสียดทาน รุ่นต่อมาเป็นเครื่องจักรแบบเหนี่ยวนำด้วย ไฟฟ้าสถิต เครื่องกำเนิดไฟฟ้า แบบแวน เดอ กราฟฟ์ (Van de Graaff generator)เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบไฟฟ้าสถิตที่ยังคงใช้ในการวิจัยในปัจจุบัน

เครื่องจักรโฮโมโพลาร์เป็นเครื่องจักรไฟฟ้ากระแสตรงแท้จริง โดยกระแสไฟฟ้าจะถูกส่งไปยังล้อหมุนผ่านแปรงถ่าน ล้อจะถูกวางไว้ในสนามแม่เหล็ก และแรงบิดจะเกิดขึ้นเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลจากขอบไปยังศูนย์กลางของล้อผ่านสนามแม่เหล็ก

เนื่องจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าใช้ในการสร้างระบบไฟฟ้า จึงมักมีการควบคุมเพื่อให้ระบบไฟฟ้ามีความเสถียร เพื่อให้ตรงกับความต้องการไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่าตัวควบคุมความเร็ว (governor) เพื่อปรับพลังงานกลให้เข้ากับภาระทางไฟฟ้า โดยทั่วไปจะใช้วิธีควบคุมแหล่งเชื้อเพลิง เนื่องจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสสร้างความถี่ไฟฟ้าตามความเร็วรอบ จึงมี การควบคุม ความเร็วแบบลดลง (droop-speed control) เพื่อรักษาระดับความเร็วให้อยู่ในขอบเขตที่ยอมรับได้สำหรับระบบไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้าอาจมีสวิตช์หรือเบรกเกอร์วงจรด้านไฟฟ้าเพื่อเชื่อมต่อและตัดการเชื่อมต่อ และสามารถควบคุมได้ทั้งในพื้นที่และ/หรือจากระยะไกล

มอเตอร์สามารถควบคุมได้ด้วยสวิตช์แบบใช้มืออย่างง่าย หรือระบบแม่เหล็กไฟฟ้าที่ซับซ้อน วิธีทั่วไปอย่างหนึ่งในการควบคุมมอเตอร์คือการใช้คอนแทคเตอร์ ไฟฟ้า ซึ่งขดลวดจะได้รับพลังงานผ่านวงจรแยกต่างหาก วงจรนี้สามารถจ่ายไฟจากแหล่งจ่ายไฟเดียวกันกับมอเตอร์ แต่แยกออกจากกันผ่านหม้อแปลงไฟฟ้า เพื่อแยกกระแสโหลดของมอเตอร์ออกจากกระแสควบคุม อุปกรณ์อื่นๆ เช่นอินเตอร์ล็อกสลัก และสวิตช์หน่วงเวลา สามารถนำมาประกอบกันใน รูปแบบ ลอจิกแบบบันไดเพื่อออกแบบระบบควบคุมมอเตอร์ที่แตกต่างกันได้ การออกแบบสมัยใหม่สามารถแทนที่ตรรกะการควบคุมแบบอิเล็กโทรเมคานิกส์ด้วยตัวควบคุมลอจิกแบบโปรแกรมได้หรือไดรฟ์ความถี่แปรผันเพื่อให้สามารถควบคุมมอเตอร์ได้อย่างละเอียดมากขึ้น รวมถึงการเข้าถึงจากระยะไกลได้ด้วย

การป้องกันเครื่องจักรไฟฟ้าสามารถแบ่งออกได้เป็นสองส่วน คือ การป้องกันทางไฟฟ้าและการป้องกันทางกล

ในด้านไฟฟ้า การป้องกัน กระแสเกินเป็นวิธีการพื้นฐานและพบได้บ่อยที่สุดในการป้องกันขดลวดและวงจรของเครื่องจักรไม่ให้เสียหายหรือถูกทำลาย เครื่องจักรที่ซับซ้อนที่มีขดลวดและ/หรือเฟสหลายชุดอาจมี การป้องกัน แบบดิฟเฟอเรน เชียล เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีข้อผิดพลาดภายในเครื่องจักร เครื่องจักรยังอาจมีการป้องกันความร้อน (อุณหภูมิของขดลวด) การป้องกันแรงดันต่ำ และการตรวจจับลำดับเฟส ขึ้นอยู่กับการใช้งาน การป้องกันอาจทำได้ง่ายด้วยฟิวส์และรีเลย์โอเวอร์โหลด หรือซับซ้อนกว่าด้วยเบรกเกอร์วงจรและรีเลย์ดิจิทัลที่ทำการประมวลผลสัญญาณดิจิทัลและฟังก์ชันการป้องกัน

ในด้านกลไก ระบบป้องกันความร้อนจะตรวจสอบว่าภาระทางกลก่อให้เกิดความร้อนจากแรงเสียดทานมากเกินไปหรือไม่ นอกจากนี้ยังสามารถตรวจสอบ ตลับลูกปืนของโรเตอร์ได้โดยอ้อม เนื่องจากความเสียหายและการสึกหรอของตลับลูกปืนมักทำให้เกิดเสียงและแรงสั่นสะเทือนเพิ่มขึ้นในเครื่องจักร ในการตรวจสอบความเร็วในการหมุน สามารถใช้เครื่องวัดความเร็วรอบ(tachometer)เพื่อวัดความเร็วของเพลาได้

เมื่อสวิตช์เปิดอยู่ จะไม่มีวงจรไฟฟ้าปิด และแบตเตอรี่จะไม่จ่ายกระแสไฟฟ้า เมื่อไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านสนามแม่เหล็ก จึงไม่มีแรงเกิดขึ้น แท่งโลหะจึงไม่เคลื่อนที่ และไม่มีแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำเกิดขึ้น

สามารถสตาร์ทเครื่องได้โดยการปิดสวิตช์${\displaystyle S}$ซึ่งก่อให้เกิดวงจรไฟฟ้าปิด จากสมการ (3) สามารถกำหนดกระแสที่จ่ายได้ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากแท่งยังไม่เคลื่อนที่ แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำจึงยังไม่สามารถกำหนดได้${\displaystyle {e}_{ind}=0}$และกระแสเริ่มต้นจะถูกกำหนดโดยความต้านทานอนุกรมเท่านั้น${\displaystyle R}$.

${\displaystyle i={V_{B}-{e}_{ind} \over R}\longrightarrow {i}_{start}={V_{B} \over R}}$

เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านแท่งโลหะและภายในสนามแม่เหล็กแล้ว${\displaystyle {\vec {B}}}$แรงเหนี่ยวนำเกิดขึ้น และแท่งโลหะเริ่มเคลื่อนที่ เมื่อสนามแม่เหล็กมีทิศทางเข้าสู่หน้ากระดาษ และกระแสไฟฟ้าไหลจากบนลงล่างผ่านแท่งโลหะกฎมือขวาแสดงให้เห็นว่าแรงที่เกิดขึ้นมีทิศทางไปทางขวา จากกฎการเคลื่อนที่ของนิวตันในสมการ (4) แท่งโลหะจะเริ่มเร่งความเร็วไปทางขวาตามสัดส่วนของมวล

เมื่อแท่งเริ่มเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก แรงดันไฟฟ้าจะถูกเหนี่ยวนำข้ามแท่งจาก (2) ด้วยการเคลื่อนที่ของแท่งไปทางขวาและสนามแม่เหล็กเข้าไปในหน้ากระดาษ ขนาดของ${\displaystyle {e}_{ind}}$เป็นไปในทางบวก ด้วย${\displaystyle {e}_{ind}>0}$กระแสไฟฟ้าที่ไหลจะลดลง ซึ่งส่งผลให้แรงเหนี่ยวนำลดลงและลดความเร่งของแท่งโลหะลง ในขณะที่ความเร่งลดลงความเร็วกลับเพิ่มขึ้น ซึ่งทำให้ขนาดของแรงเหนี่ยวนำเพิ่มขึ้น${\displaystyle {e}_{ind}}$กระบวนการป้อนกลับนี้จะดำเนินต่อไปจนกว่าแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะเพิ่มขึ้นจนถึงแรงดันไฟฟ้าเต็มของแบตเตอรี่${\displaystyle {e}_{ind}=V_{B}}$ส่งผลให้ไม่มีกระแสไฟฟ้าไหล ซึ่งส่งผลให้ไม่มีแรงเหนี่ยวนำ และไม่มีความเร่ง แท่งโลหะจะเคลื่อนที่ด้วย ความเร็ว คงที่เท่ากับ

${\displaystyle V_{B}={e}_{ind}={v}_{ss}Bl\longrightarrow {v}_{ss}={{e}_{ind} \over Bl}}$

นี่เรียกว่าความเร็วขณะไม่มีแรงกระทำ แท่งโลหะจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วนี้ต่อไปจนกว่าจะถูกรบกวน และตราบใดที่สายไฟและสนามแม่เหล็กแผ่ขยายออกไปไกลพอ นอกจากนี้ยังถือว่าไม่มีแรงเสียดทานและแท่งโลหะไม่มีมวลด้วย

สมมติว่าแท่งนั้นมีมวล${\displaystyle m}$เมื่อปิดสวิตช์และกระแสไฟฟ้าเริ่มไหลผ่านแท่งโลหะในสนามแม่เหล็ก จะเกิดแรงเหนี่ยวนำขึ้น อย่างไรก็ตาม${\displaystyle F_{ind}}$ขณะนี้จะถูกต้านทานด้วยแรงจากน้ำหนักของ${\displaystyle m}$จากแรงโน้มถ่วง${\displaystyle g}$โดยกำหนดนิยามนี้ว่า${\displaystyle F_{load}}$แรงลัพธ์ที่กระทำต่อแท่งนั้นจึงกลายเป็น

${\displaystyle F_{net}=F_{ind}-F_{load}=F_{ind}-mg}$

เนื่องจากแรงลัพธ์น้อยกว่าแรงเหนี่ยวนำเมื่อไม่มีโหลด แท่งโลหะจึงมีความเร่งน้อยลง ส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำลดลง ซึ่งทำให้กระแสไฟฟ้าไหลมากขึ้น และในที่สุดแรงเหนี่ยวนำก็จะเพิ่มขึ้น กระบวนการนี้จะดำเนินต่อไปจนกระทั่งแรงเหนี่ยวนำเท่ากับแรงโหลด ส่งผลให้ไม่มีแรงลัพธ์และไม่มีความเร่ง แตกต่างจากกรณีในอุดมคติที่ไม่มีโหลด วงจรในตอนนี้จะดึงกระแสไฟฟ้าเพื่อสร้างแรงให้มากพอที่จะชดเชยแรงโหลด และจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่ต่ำกว่าความเร็วคงที่เมื่อไม่มีโหลด ถ้ามีมวล${\displaystyle M}$หากวางวัตถุไว้ด้านหน้าแท่งโลหะ เครื่องจักรไฟฟ้าจะดึงกระแสไฟฟ้าเพิ่มเติมเพื่อเคลื่อนมวลทั้งสองด้วยความเร็วคงที่ที่ต่ำกว่า เมื่อมอเตอร์ปรับตัวจนได้แรงสุทธิเป็นศูนย์ แรงเหนี่ยวนำสูงสุดที่เครื่องจักรสร้างขึ้นคือ

${\displaystyle F_{ind}=F_{load}=g(m+M)}$

ถ้าสวิตช์ปิดอยู่ เครื่องจักรไฟฟ้าจะดึงกระแสไฟฟ้าเพียงพอที่จะเคลื่อนมวลของแท่งโลหะด้วยความเร็วคงที่ ซึ่งต่ำกว่าความเร็วขณะไม่มีโหลดตามทฤษฎีเล็กน้อย ถ้าหากแทนที่จะใช้แรงต้านการเคลื่อนที่ กลับใช้แรงในทิศทางเดียวกับการเคลื่อนที่ของแท่งโลหะ แรงลัพธ์จะกลายเป็น

${\displaystyle F_{net}=F_{ind}+F_{app}}$

เนื่องจากแรงลัพธ์มีค่ามากกว่าแรงเหนี่ยวนำ แท่งโลหะจะเริ่มเร่งความเร็วและมีความเร็วเพิ่มขึ้น เมื่อความเร็วเพิ่มขึ้นในสนามแม่เหล็ก แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในแท่งโลหะก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน เมื่อแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำมีค่าใกล้เคียงกับแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่แล้ว แรงที่กระทำจะทำให้แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ ส่งผลให้กระแสไฟฟ้าเปลี่ยนทิศทางและไหลเข้าสู่แบตเตอรี่

${\displaystyle i={V_{B}-{e}_{ind} \over R}\longrightarrow -i={{e}_{ind}-V_{B} \over R}}$

เมื่อกระแสไฟฟ้าเปลี่ยนทิศทาง แรงเหนี่ยวนำก็จะเปลี่ยนทิศทางและเริ่มต้านแรงที่กระทำ ทำให้แท่งโลหะเคลื่อนที่ช้าลง ส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำและกระแสไฟฟ้าลดลง กระบวนการนี้จะดำเนินต่อไปจนกระทั่งแรงเหนี่ยวนำเท่ากับแรงที่กระทำ แต่มีทิศทางตรงกันข้าม โดยที่แท่งโลหะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่สูงกว่าความเร็วสภาวะสมดุล

เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลในทิศทางตรงกันข้าม เครื่องจักรไฟฟ้าจะชาร์จแบตเตอรี่ด้วยพลังงานจากแรงที่กระทำต่อแท่งโลหะ และทำหน้าที่เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้า นี่แสดงให้เห็นถึงแง่มุมที่ไม่เป็นไปตามสัญชาตญาณของเครื่องจักรไฟฟ้าส่วนใหญ่: การที่เครื่องจักรเปลี่ยนบทบาทระหว่างการเป็นมอเตอร์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ไม่ได้ทำให้ทิศทางการเคลื่อนที่ (หรือการหมุน) ของมันเปลี่ยนแปลงไป

กำลังหมายถึง งานที่ทำต่อหน่วยเวลา${\displaystyle P={dW \over dt}}$และเครื่องจักรไฟฟ้าจะแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล (เช่น มอเตอร์) หรือพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า (เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้า) ^{[ 25 ]}ในทางกลศาสตร์ หากแรงคงที่${\displaystyle F}$ใช้กับวัตถุที่อยู่ห่างออกไปในระยะทางไกล${\displaystyle x}$งานที่ทำนั้นถูกกำหนดไว้ดังนี้${\displaystyle F\cdot x}$และด้วยเหตุนี้อำนาจจึงเป็นเช่นนั้น${\displaystyle F\cdot v}$ในทางไฟฟ้า กำลังไฟฟ้าถูกนิยามว่าคือแรงดันไฟฟ้าคร่อมองค์ประกอบคูณด้วยกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านองค์ประกอบนั้น${\displaystyle V\cdot I}$โดยพิจารณาจากนิยามของแรงดันไฟฟ้าที่หมายถึงงานต่อหน่วยประจุ${\displaystyle {dW \over dQ}}$และปัจจุบันคิดค่าบริการต่อหน่วยเวลา${\displaystyle {dQ \over dt}}$สมการเหล่านี้สรุปไว้ในตารางด้านล่าง

คำอธิบาย	แบบง่าย
กำลัง (เชิงกล)	${\displaystyle {P}_{mech}={dW \over dt}={d \over dt}(F\cdot x)=F\cdot {dx \over dt}=F\cdot v}$
กำลัง (ไฟฟ้า)	${\displaystyle {P}_{elec}={dW \over dt}={dW \over dQ}\cdot {dQ \over dt}=V\cdot I}$

สำหรับเครื่องจักรไฟฟ้ากระแสตรงเชิงเส้น พลังงานที่แปลงคือพลังงานไฟฟ้าที่ส่งไปยังตัวขับเคลื่อน ซึ่งเท่ากับพลังงานกลของแท่งโลหะ โดยมีลักษณะดังนี้

${\displaystyle P_{conv}=e_{ind}\cdot i=F_{ind}\cdot v}$

เครื่องจักรไฟฟ้ายังถ่ายโอนพลังงานไปเป็นความสูญเสีย ซึ่งโดยทั่วไปอยู่ในรูปของความร้อนแม้ว่านี่จะไม่ใช่พฤติกรรมที่พึงปรารถนา แต่ก็เป็นธรรมชาติของเครื่องจักรไฟฟ้าและระบบทางเทอร์โมไดนามิกทั้งหมด

ในทางไฟฟ้า ความต้านทานในวงจรจะกระจายพลังงานบางส่วนออกไปในรูปของความร้อน โดยมีรูปแบบดังนี้

${\displaystyle P_{loss,elec}=i^{2}R}$

ในทางกลไก พลังงานบางส่วนจะสูญเสียไปเนื่องจากแรงเสียดทานระหว่างแท่งเคลื่อนที่และน้ำหนักบรรทุกกับราง ทำให้เกิดลักษณะดังนี้

${\displaystyle P_{loss,mech}=F_{f}v=(\mu F_{N})v=(\mu g[m+M])v}$

กำลังไฟฟ้ารวมที่เครื่องจักรผลิตได้คือผลรวมของกำลังไฟฟ้าที่แปลงแล้วและกำลังไฟฟ้าที่สูญเสียไป เมื่อทำงานในโหมดมอเตอร์ แบตเตอรี่จะให้กำลังไฟฟ้ารวม และเมื่อทำงานในโหมดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แรงที่กระทำจะให้กำลังไฟฟ้ารวม

สมการกำลังเหล่านี้แสดงอยู่ในตารางแล้ว

คำอธิบาย	แบบง่าย
พลังงานที่แปลงแล้ว	${\displaystyle P_{conv}=e_{ind}\cdot i=F_{ind}\cdot v}$
การสูญเสียทางไฟฟ้า	${\displaystyle P_{loss,elec}=i^{2}R}$
การสูญเสียทางกล	${\displaystyle P_{loss,mech}=F_{f}v=(\mu F_{N})v=(\mu g[m+M])v}$
พลังงานทั้งหมด	${\displaystyle P_{total}=P_{conv}+P_{loss,elec}+P_{loss,mech}}$
กำลังมอเตอร์ทั้งหมด	${\displaystyle P_{total}=V_{B}\cdot i}$
กำลังไฟฟ้ารวมของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า	${\displaystyle P_{total}=F_{app}\cdot v}$