В отличие от асинхронного двигателя частота вращения синхронного двигателя постоянная при различных нагрузках. Синхронные двигатели находят применение для привода машин постоянной скорости (насосы, компрессоры, вентиляторы). В статоре синхронного электродвигателя размещается обмотка, подключаемая к сети трехфазного тока и образующая вращающееся магнитное поле. Ротор двигателя состоит из сердечника с обмоткой возбуждения. Обмотка возбуждения через контактные кольца подключается к источнику постоянного тока. Ток обмотки возбуждения создает магнитное поле, намагничивающее ротор.
Роторы синхронных машин могут быть явнополюсными (с явновыраженными полюсами) и неявнополюсными (с неявновыраженными полюсами). На рисунке а) изображен сердечник 1 явнополюсного ротора с выступающими полюсами. На полюсах размещены катушки возбуждения 2.
На рисунке изображен неявнополюсной ротор, представляющий собой ферромагнитный цилиндр 1. На поверхности ротора в осевом направлении фрезеруют пазы, в которые укладывают обмотку возбуждения 2.
Рассмотрим принцип работы синхронного двигателя на модели. Вращающееся магнитное поле статора представим в виде магнита 1. Намагниченный ротор изобразим в виде магнита 2. Повернем магнит 1 на угол α. Северный магнитный полюс магнита 1 притянет южный полюс магнита 2, а южный полюс магнита 1 - северный полюс магнита 2. Магнит 2 повернется на такой же угол α. Будем вращать магнит 1. Магнит 2 будет вращаться вместе с магнитом 1, причем частоты вращения обоих магнитов будут одинаковыми, синхронными, n2 = n1.
У синхронных двигателей отсутствует пусковой момент. Это объясняется тем, что электромагнитный вращающий момент, воздействующий на неподвижный ротор, меняет свое направление два раза за период Т переменного тока. Из-за своей инерционности, ротор не успевает тронуться с места и развить необходимое число оборотов.
В настоящее время применяется асинхронный пуск синхронного двигателя. В пазах полюсов ротора укладывается дополнительная короткозамкнутая обмотка.
Вращающее магнитное поле статора индуктирует в короткозамкнутой пусковой обмотке вихревые токи. При взаимодействии этих токов с магнитным полем статора образуется асинхронный электромагнитный момент, приводящий ротор во вращение. Когда частота вращения ротора приближается к частоте вращения статорного поля, двигатель втягивается в синхронизм и вращается с синхронной скоростью.
В современных возбудителях СД при прямом пуске подача возбуждения осуществляется в функции скольжения или функции тока статора. В какой именно функции будет подано возбуждение выбирается автоматически.
В момент пуска двигателя ток статора принимает значение 5Iном и более, а величина периода скольжения принимает значение 0,02 сек. По мере разгона двигателя ток статора уменьшается, а период скольжения увеличивается. При снижении тока статора, обязательное условие, ниже уставки (при скорости близкой к подсинхронной и обычно составляет 1.5...2.0*Iном) включается отсчет задержки «Т-самосинх» на подачу возбуждения. По истечении задержки подается возбуждение. Такая подача возбуждения является подачей возбуждения в функции тока статора.
Если за время от момента снижения тока статора, обязательное условие, ниже уставки «Is-пуск» до истечения задержки «Т-самосинх» период скольжения увеличился и достиг уставки «s-пуск», возбуждение подается в функции скольжения. При этом возбуждение подается в конце ближайшей положительной (согласно полярности выхода возбудителя) полуволны наводимо го в роторе напряжения скольжения Ud.
Если желательно добиться подачи возбуждения в функции скольжения, то следует увеличить время выдержки «Т-самосинх» (в допустимых пределах 5...15 сек), чтобы двигатель за это время успел разогнаться до заданного скольжения.