2. Принцип действия
Синхронная машина, как всякая электромашина, может работать в режимах двигателя и генератора.
2.1 Двигательный режим
Принцип действия синхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля якоря и магнитного поля полюсов индуктора. Обычно якорь расположен на статоре, а индуктор — на роторе. В мощных двигателях в качестве полюсов используются электромагниты, ток на ротор подаётся через скользящий контакт щётка-кольцо, в маломощных, к примеру, в двигателях жёстких дисков — постоянные магниты. Существует обращённая конструкция двигателей, в которой якорь расположен на роторе, а индуктор — на статоре, в устаревших двигателях, а также в современных криогенных синхронных машинах, в которых в обмотках возбуждения используются сверхпроводники.,
При помощи первичного двигателя ротор-индуктор вращается. Магнитное поле находится на роторе и вращается вместе с ним, поэтому скорость вращения ротора равна скорости вращения магнитного поля – отсюда название синхронная машина.
Рис 4. Генераторный режим работы синхронной машины.
При вращении ротора магнитный поток полюсов пересекает статорную обмотку и наводит в ней ЭДС по закону электромагнитной индукции: E = 4,44*f*w*kw*Ф, где: f – частота переменного тока, Гц; w – количество витков; kw – обмоточный коэффициент; Ф – магнитный поток.
Частота индуктированной ЭДС, напряжения, тока, синхронного генератора: f = p*n/60, где: р – число пар полюсов; п – скорость вращения ротора, об/мин.
Заменив: E = 4,44*,п*р/60,*w*kw*Ф и, определив: 4,44*,р/60,*w*kw – относится к конструкции машины и создаёт конструктивный коэффициент: C = 4.44*,р/60,*w*kw. Тогда: Е = СЕ*п*Ф. Таким образом, как и у любого генератора, основанного на законе электромагнитной индукции, индуктированная ЭДС пропорциональна магнитному потоку машины и скорости вращения ротора.
Запуск двигателя. Двигатель требует разгона до частоты, близкой к частоте вращения магнитного поля в зазоре, прежде чем сможет работать в синхронном режиме. При такой скорости вращающееся магнитное поле якоря сцепляется с магнитными полями полюсов индуктора, если индуктор расположен на статоре, то получается, что вращающееся магнитное поле вращающегося якоря, ротора, неподвижно относительно постоянного поля индуктора, статора, если индуктор на роторе, то магнитное поле вращающихся полюсов индуктора, ротора, неподвижно относительно вращающегося магнитного поля якоря, статора, — это явление называется «вход в синхронизм». Для разгона обычно используется асинхронный режим, при котором обмотки индуктора замыкаются через реостат или накоротко, как в асинхронной машине, для такого режима запуска в машинах на роторе делается короткозамкнутая обмотка, которая также выполняет роль успокоительной обмотки, устраняющей "раскачивание" ротора при синхронизации. После выхода на скорость, близкую к номинальной, >95% — так называемая подсинхронная скорость, индуктор запитывают постоянным током.
В двигателях с постоянными магнитами применяется внешний разгонный двигатель либо частотно-регулируемый пуск, также частотное регулирование применяют на всех типах СД в рабочем режиме — например, на тяговых двигателях скоростного электропоезда TGV. Двигатели старых электропроигрывателей требовали ручного пуска — прокрутки пластинки рукой, позже в проигрывателях стали применяться асинхронные двигатели.