同步電動機

同步电动机是一種交流电动机，转子旋转速度与所提供交流電的角频率相同。原理是在轉子勵磁繞組中通以直流電流後電機內產生轉子磁場，從而使电动机轉子旋轉。

模拟时钟中使用的微型同步电动机。 转子由永磁体制成。

同步电动机的轉子主要為電磁鐵或永久磁鐵，使用永久磁鐵的稱為永磁同步电动机，若有電路提供轉子電源的，即屬於雙饋型電動機（英语：Doubly-fed electric machine）。同步電動機的定子所產生的旋轉磁場吸引轉子磁場的異極，使轉子隨著定子磁場旋转，在穩定狀態下，將以相同的速度旋转。

同步电动机的特點是轉速固定，不受電源電壓的影響。只要电动机的負載低於其最大轉矩，轉速也不會受負載的影響。因此小型的同步機可以應用在電子時鐘、工業用定時器，或是要求精確等速的系統如磁帶錄音機、伺服機構。由於這種特性，同步电动机只能通過使用變頻器調整电动机的電源頻率來進行調速。

無載的同步机即是同步调相机（Synchronous Condenser），其电流相位超前于电压，為一个電容性负载。因此，若一供电系统的負載為落後功率因數，可以使用無載的同步电动机来改进其功率因数，但此方法的運作成本十分高。現在，電力公司可使用静止无功补偿器（Static VAR Compensator）來提供無功功率。

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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永磁同步馬達（permanent-magnet synchronous motor，縮寫：PMSM）是指一種轉子用永久磁鐵代替繞線的同步馬達。

磁阻式

主条目：磁阻马达

磁阻馬達（Reluctance motor）可以再細分為同步磁阻馬達（Synchronous reluctance motors，縮寫：SynRM）和切換式磁阻馬達（Switched Reluctance Motor，縮寫：SRM）。

轉速

同步电动机的同步轉速可由以下式子算出。
每分鐘轉速為：

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

或以角速度表達：

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

其中

• ${\displaystyle f}$是交流電流的頻率(Hz)
• ${\displaystyle p}$是磁極數量
• ${\displaystyle P}$是每對磁極數量(${\displaystyle P=p/2}$)

穩定性極限

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

這裡

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

如果負載增加，转矩角會增加。當转矩角達到90度，转矩達到最大值。如果負載再增加，電機將會失去同步状態。^[1][2]

發電機

如果是發電機，則變成

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

其中

${\displaystyle \delta }$ 是發電機與電網電壓的相差（若相差是零，即兩者電壓相同，沒有電流和功率輸出）

參考資料

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.

參見

• 交流电动机
• 感應馬達 (異步摩打)