同步電機(jī)是一種交流電機(jī)，其工作原理是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速恒等于電樞旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與電樞電流的頻率之間存在一種嚴(yán)格不變的關(guān)系 。

一、同步電動(dòng)機(jī)的工作原理

同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

　　同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖

　　同步電機(jī)在結(jié)構(gòu)上是定子鐵心上嵌放三相對稱繞組，轉(zhuǎn)子鐵心上裝置直流勵(lì)磁繞組。

　　1、主磁場的建立：勵(lì)磁繞組通以直流勵(lì)磁電流，建立極性相間的勵(lì)磁磁場，即建立起主磁場。

　　2、載流導(dǎo)體：三相對稱的電樞繞組充當(dāng)功率繞組，成為感應(yīng)電勢或者感應(yīng)電流的載體。

　　3、切割運(yùn)動(dòng)：原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)(給電機(jī)輸入機(jī)械能)，極性相間的勵(lì)磁磁場隨軸一起旋轉(zhuǎn)并順次切割定子各相繞組。

　　4、交變電勢的產(chǎn)生：由于電樞繞組與主磁場之間的相對切割運(yùn)動(dòng)，電樞繞組中將會(huì)感應(yīng)出大小和方向按周期性變化的三相對稱交變電勢。通過引出線，即可提供交流電源。

二、同步電機(jī)的主要運(yùn)行方式

　　1、 發(fā)電機(jī)：是同步電機(jī)最主要的運(yùn)行方式。

　　2、電動(dòng)機(jī)：是同步電機(jī)的另一種重要的運(yùn)行方式。同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)，在不要求調(diào)速的場合，應(yīng)用大型同步電動(dòng)機(jī)可以提高運(yùn)行效率。近年來，小型同步電動(dòng)機(jī)在變頻調(diào)速系統(tǒng)中開始得到較多地應(yīng)用。

　　3、 補(bǔ)償機(jī)：同步電機(jī)接于電網(wǎng)作為同步補(bǔ)償機(jī)。這時(shí)電機(jī)不帶任何機(jī)械負(fù)載，靠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁電流向電網(wǎng)發(fā)出所需的感性或者容性無功功率，以達(dá)到改善電網(wǎng)功率因數(shù)或者調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓的目的。

三、兩種同步電動(dòng)機(jī)的比較

　　1、無刷直流電動(dòng)機(jī)(簡稱BDCM)：其出發(fā)點(diǎn)是用裝有永磁體的轉(zhuǎn)子取代有刷直流電動(dòng)機(jī)的定子磁極，將原直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電樞變?yōu)槎ㄗ印Ｓ兴⒅绷麟妱?dòng)機(jī)是依靠機(jī)械換向器將直流電流轉(zhuǎn)換為近似梯形波的交流，而BDCM是將方波電流(實(shí)際上也是梯形波)直接輸入定子，其好處就是省去了機(jī)械換向器和電刷，也稱為電子換向。為產(chǎn)生恒定電磁轉(zhuǎn)矩，要求系統(tǒng)向BDCM輸入三相對稱方波電流，同時(shí)要求BDCM的每相感應(yīng)電動(dòng)勢為梯形波，因此也稱BDCM為方波電動(dòng)機(jī);

　　2、永磁同步電動(dòng)機(jī)(簡稱PMSM)：其出發(fā)點(diǎn)是用永磁體取代電勵(lì)磁式同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上的勵(lì)磁繞組，以省去勵(lì)磁線圈、滑環(huán)和電刷。PMSM的定子與電勵(lì)磁式同步電動(dòng)機(jī)基本相同，要求輸入定子的電流仍然是三相正弦的。為產(chǎn)生恒定電磁轉(zhuǎn)矩，要求系統(tǒng)向PMSM輸入三相對稱正弦電流，同時(shí)要求PMSM的每相感應(yīng)電動(dòng)勢為正弦波，因此也稱PMSM為正弦波電動(dòng)機(jī)。

　　同步電動(dòng)機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流可以改變功率因數(shù)。在一定有功功率下，改變可得到同步電動(dòng)機(jī)的U形曲線。過勵(lì)時(shí)從電網(wǎng)吸收超前無功功率，欠勵(lì)時(shí)從電網(wǎng)吸收滯后無功功率。

　　當(dāng)改變同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流時(shí)，能夠改變同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)，這點(diǎn)是三相異步電動(dòng)機(jī)所不具備的。當(dāng)改變勵(lì)磁電流時(shí)，同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)變化的規(guī)律可以分為三種情況，即正常勵(lì)磁狀態(tài)、欠勵(lì)狀態(tài)和過勵(lì)狀態(tài)。同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，一般要過勵(lì)，至少運(yùn)行在正常勵(lì)磁狀態(tài)，不要讓它運(yùn)行在欠勵(lì)狀態(tài)。