Принцип работы синхронного двигателя

Если в круговое вращающееся поле поместить постоянный магнит соответствующей конфигурации (ротор), то его магнитная ось, как и магнитная стрелка компаса, будет стремиться занять положение, совпадающее с осью внешнего поля, – положение, при котором энергия магнитного поля минимальна. Но поскольку ось внешнего поля вращается с угловой скоростью , то на постоянный магнит будет действовать вращающий момент, и он придет во вращение с той же скоростью. Если вместо постоянного магнита во вращающееся поле поместить рамку, витки которой обтекаются постоянным током (фактически электромагнит), то эффект будет тем же самым, т.е. угловая скорость вращения ротора .

В реальных машинах обмотка, к которой с помощью коллектора и щеток подводится постоянный ток, соответствующим образом уложена в пазы массивного ротора, выполненного из электротехнической стали. А обмотка статора, подключается к трехфазной электрической сети с симметричной системой напряжений, так что в зазоре ротор–статор создается вращающееся магнитное поле. Поменяв две фазы местами, можно изменить направление вращения поля на противоположное. А если увеличить число пар полюсов обмотки в p раз, то во столько же раз уменьшится скорость вращения магнитного поля статора и, следовательно, скорость вращения ротора.

Такой электродвигатель, скорость вращения ротора которого равна скорости вращения поля статора, называется синхронным. Эта скорость обычно оценивается в оборотах в минуту (об/мин): , где f – частота напряжения сети.

Синхронная машина обратима, т. е. она может работать не только в режиме двигателя, но и в режиме генератора. Если по обмотке ротора пропустить постоянный ток и ротор привести во вращение со скоростью n, то в фазах обмотки статора будет индуктироваться симметричная трехфазная система ЭДС с частотой . При подключении к обмотке статора симметричной нагрузки в ней возникнет симметричная система токов. Машина при этом будет работать в режиме генератора.