同步电动机

同步电动机是一种交流电动机，转子旋转速度与所提供交流电的角频率相同。原理是在转子励磁绕组中通以直流电流后电机内产生转子磁场，从而使电动机转子旋转。

模拟时钟中使用的微型同步电动机。 转子由永磁体制成。

同步电动机的转子主要为电磁铁或永久磁铁，使用永久磁铁的称为永磁同步电动机，若有电路提供转子电源的，即属于双馈型电动机（英语：Doubly-fed electric machine）。同步电动机的定子所产生的旋转磁场吸引转子磁场的异极，使转子随著定子磁场旋转，在稳定状态下，将以相同的速度旋转。

同步电动机的特点是转速固定，不受电源电压的影响。只要电动机的负载低于其最大转矩，转速也不会受负载的影响。因此小型的同步机可以应用在电子时钟、工业用定时器，或是要求精确等速的系统如磁带录音机、伺服机构。由于这种特性，同步电动机只能通过使用变频器调整电动机的电源频率来进行调速。

无载的同步机即是同步调相机（Synchronous Condenser），其电流相位超前于电压，为一个电容性负载。因此，若一供电系统的负载为落后功率因数，可以使用无载的同步电动机来改进其功率因数，但此方法的运作成本十分高。现在，电力公司可使用静止无功补偿器（Static VAR Compensator）来提供无功功率。

类型

电励磁式

电励磁同步电机不能自动启动，所以在转子上还装有鼠笼式绕组而作为电动机启动之用，结构与异步电动机相似。电动机旋转之后，其速度慢慢增高到稍低于旋转磁场的转速，此时转子磁场线圈经由直流电来激励，使转子上面形成一定的磁极，这些磁极就企图跟踪定子上的旋转磁极，这样就增加电动机转子的速率直至与旋转磁场同步旋转为止。

永磁无刷

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永磁同步马达（permanent-magnet synchronous motor，缩写：PMSM）是指一种转子用永久磁铁代替绕线的同步马达。

磁阻式

主条目：磁阻马达

磁阻马达（Reluctance motor）可以再细分为同步磁阻马达（Synchronous reluctance motors，缩写：SynRM）和切换式磁阻马达（Switched Reluctance Motor，缩写：SRM）。

转速

同步电动机的同步转速可由以下式子算出。
每分钟转速为：

${\displaystyle n_{s}=60{\frac {f}{P}}=120{\frac {f}{p}}}$

或以角速度表达：

${\displaystyle \omega _{s}=2\pi {\frac {f}{P}}=4\pi {\frac {f}{p}}}$

其中

• ${\displaystyle f}$是交流电流的频率(Hz)
• ${\displaystyle p}$是磁极数量
• ${\displaystyle P}$是每对磁极数量(${\displaystyle P=p/2}$)

稳定性极限

电动机

${\displaystyle \mathbf {T} ={\mathbf {T_{max}} }{\sin \delta }}$

其中

${\displaystyle \mathbf {T} }$ 是转矩

${\displaystyle \delta }$ 是转矩角

${\displaystyle \mathbf {T_{max}} }$ 是最大转矩

这里

${\displaystyle \mathbf {T_{max}} ={\frac {{\mathbf {3} }{\mathbf {V} }{\mathbf {E} }}{{\mathbf {X_{s}} }{\omega _{s}}}}}$

如果负载增加，转矩角会增加。当转矩角达到90度，转矩达到最大值。如果负载再增加，电机将会失去同步状态。^[1][2]

发电机

如果是发电机，则变成

${\displaystyle \mathbf {P} ={\mathbf {P_{max}} }{\sin \delta }}$

其中

${\displaystyle \delta }$ 是发电机与电网电压的相差（若相差是零，即两者电压相同，没有电流和功率输出）

参考资料

1. Dubey, G K. Fundamentals of electrical drives. Narosa publishing chennai. : 254.
2. Pillai, S K. A First Course On Electrical Drives second. New age international. : 25.

参见

• 交流电动机
• 感应马达 (异步摩打)