Synkroniset moottorit

Synkroninen moottori on sellainen, jossa roottori pyörii normaalisti samalla nopeudella kuin koneen pyörivä kenttä. Staattori on samanlainen kuin induktiokoneessa, joka koostuu lieriömäisestä rautarungosta, jossa on yleensä kolmivaiheiset käämit, jotka sijaitsevat koloissa sisäkehän ympärillä. Ero on roottorissa, joka tavallisesti sisältää eristetyn käämin, joka on kytketty liukurenkaiden tai muulla tavalla tasavirtalähteeseen (katsokuva).

Synkronisen moottorin toimintaperiaate voidaan ymmärtää katsomalla, että staattorin käämit on kytketty kolmivaiheiseen vaihtovirtasyöttöön. Staattorivirran vaikutus on magneettikentän, joka pyörii 120 asteessaf/pkierrosta minuutissa taajuudellafhertsiä ja vartenppylväät. Tasavirta ap-Roottorin napakenttäkäämitys tuottaa myös roottorin nopeudella pyörivän magneettikentän. Jos roottorin nopeus on sama kuin staattorikentän nopeus ja kuormitusmomenttia ei ole, näillä kahdella magneettikentällä on taipumus kohdistaa toistensa kanssa. Kun mekaanista kuormitusta kohdistetaan, roottori luistaa muutaman asteen taaksepäin staattorin pyörimiskenttään nähden, kehittää vääntömomenttia ja jatkaa pyörivän kentän vetoa. Kenttien välinen kulma kasvaa kuormitusmomentin kasvaessa. Suurin käytettävissä oleva vääntömomentti saavutetaan, kun kulma, jolla roottorikenttä on staattorikentän jälkeen, on 90 astetta. Suuremman vääntömomentin käyttö pysäyttää moottorin.

Yksi synkronisen moottorin etu on, että koneen magneettikenttä voidaan tuottaa kenttäkäämin tasavirralla, jolloin staattorikäämien tarvitsee tuottaa vain tehokomponentti virrasta, joka on samassa vaiheessa käytetyn staattorijännitteen kanssa, eli moottori voi toimia yhdellä tehokertoimella. Tämä tila minimoi staattorikäämien häviöt ja kuumenemisen.

Synkroninen moottori, jossa on vain tasavirtaa kuljettava kenttäkäämi, ei käynnisty itsestään. Millä tahansa muulla nopeudella kuin synkronisella nopeudella sen roottori kokisi värähtelevän vääntömomentin, jonka keskiarvo on nolla, kun pyörivä magneettikenttä toistuvasti ohittaa hitaammin liikkuvan roottorin. Normaalisti roottoriin lisätään induktiokoneen kaltainen oikosuljettu käämi käynnistysmomentin aikaansaamiseksi. Moottori käynnistetään joko täydellä tai alennetulla staattorijännitteellä ja nostetaan noin 95 prosenttiin synkronisesta nopeudesta, yleensä kenttäkäämityksen ollessa oikosulussa sen suojaamiseksi liialliselta indusoituneelta jännitteeltä. Kenttävirta syötetään sitten ja roottori kulkee tahdissa pyörivän kentän kanssa.