ВЭМС_ЗФ_2014 / ВЭМС_тема_4_2014

4Вращающиеся электрические машины (электромеханические преобразователи)

4.1Общие сведения об электрических машинах в составе электропривода

Вращающиеся электрические машины — это электромеханические преобразователи, в которых осуществляется преобразование электрической энергии в механическую или механической в электрическую. Они обратимы - одна и та же машина может работать в режиме двигателя, преобразуя электрическую энергию в механическую, и в режиме генератора, преобразуя механическую энергию в электрическую.

Для работы электрической машины, в ней должно быть создано вращающееся магнитное поле. Принцип образования вращающегося поля у всех машин один и тот же.

Статор (неподвижная часть) и ротор (вращающаяся часть) электрической машины выполняют из ферромагнитного материала, магнитная проводимость которого во много раз больше проводимости простой среды. При этом магнитные силовые линии поля замыкаются по магнитопроводу машины и практически не выходят за пределы ее активных частей. Участки магнитопровода, в которых поток переменный, для уменьшения потерь на вихревые токи и гистерезис выполняют шихтованными из тонких листов электротехнической стали. Участки магнитопровода машин, в которых поток постоянный (например, полюсы и станины машин постоянного тока), могут быть

выполнены массивными из конструкционной стали.
Непременным	условием	преобразования	энергии	является	изменение

потокосцепления обмоток в зависимости от взаимного положения ее частей — статора и ротора. Это условие может быть выполнено при различных вариантах конструктивных форм магнитопровода и при различных конструкциях и расположении обмоток. Тот или иной вариант выбирается в зависимости от рода питающего (или генерируемого) тока, наиболее удобного способа создания поля и типа машины. Для преобразования энергии в подавляющем большинстве электрических машин используется вращательное движение.

Электрические машины обычно выполняются с одной вращающейся частью - цилиндрическим ротором и неподвижной частью - статором. Такие машины называются одномерными. Они имеют одну степень свободы. Почти все выпускаемые промышленностью машины - одномерные положенных под углом 90. Такие машины имеют три степени свободы. Находят применение также электрические машины, в которых ротор (или и ротор, и статор) имеет форму диска. Такие машины называют торцевыми.

Электрические машины кроме вращательного могут иметь и возвратнопоступательное движение (линейные машины). В таких машинах статор и ротор разомкнуты и магнитное поле отражается от краев, что приводит к искажению поля в воздушном зазоре. Низкие энергетические показатели ограничивают применение электрических машин с возвратно-поступательным движением. Из обычной машины с цилиндрическим статором и ротором получаются машины с сегментным статором и линейные. Линейные двигатели постоянного и переменного тока находят применение в промышленности для получения линейных перемещений.

Взависимости от рода потребляемого или отдаваемого в сеть тока электрические машины подразделяются на машины переменного и постоянного тока, Машины переменного тока делятся на синхронные, асинхронные и коллекторные.

Васинхронных машинах специальная обмотка возбуждения отсутствует, рабочий поток создается реактивной составляющей тока обмотки статора. Этим объясняется простота конструкции и обслуживания асинхронных двигателей, так как отсутствуют скользящие контакты для подвода тока к вращающейся обмотке возбуждения и отпадает необходимость в дополнительном источнике постоянного тока для возбуждения машины. Обмотки статоров и роторов асинхронных машин распределенные и размещены в пазах их магнитопроволов.

На роторах асинхронных машин располагается изолированная от корпуса фазная обмотка (обычно число фаз равно обмотке статора) или короткозамкнутая обмотка ротора, которая состоит из расположенных в пазах ротора замкнутых между собой по обоим торцам неизолированных стержней.

4.2 Режимы работы электродвигателей

Предусматриваются 8 номинальных режимов, которые в соответствии с международной классификацией имеют условные обозначения S1 - S8:

1) продолжительный режим работы S1 - работа при неизменной нагрузке достаточно длительное время для достижения неизменной температуры всех ее частей.

1

Рисунок 4.1 - График работы двигателя в режиме S1

2) кратковременный режим работы S2 — работа машины при неизменной нагрузке в течение времени, недостаточного для достижения всеми частями машины установившейся температуры, после чего следует остановка машины на время, достаточное для охлаждения машины до температуры, не более чем на 2°С превышающей температуру окружающей среды. Для кратковременного режима работы нормируется продолжительность рабочего периода 15, 30, 60, 90 мин.

Рисунок 4.2 - Кратковременный режим работы электродвигателя S2

3) повторно-кратковременный режим работы S3 - последовательность идентичных циклов работы, каждый из которых включает время работы при неизменной нагрузке, за которое машина не нагревается до установившейся температуры, и время стоянки, за которое машина не охлаждается до температуры окружающей среды. При этом пусковые токи не влияют на нагрев двигателя. Продолжительность цикла недостаточна для достижения теплового равновесия и не превышает 10 мин. Режим характеризуется величиной продолжительности включения:

ПВ = (tр / (tр + tп)) * 100%

Нормируемые значения продолжительности включения: 15, 25, 40, 60 %. Для S3 номинальные данные соответствуют только определенному значению ПВ и относятся к рабочему периоду.

Рисунок 4.3 - Повторно-кратковременный режим работы электродвигателя S3

4)Повторно-кратковременный режим работы с влиянием пусковых процессов S4

-последовательность идентичных циклов работы, каждый из которых включает время пуска, достаточно длительное для того, чтобы пусковые потери оказывали влияние на температуру частей машины, время работы при постоянной нагрузке, за которое машина

не	нагревается до установившейся температуры, и время стоянки, за которое машина
не	охлаждается до температуры окружающей среды.

2

Рисунок 4.4 - Повторно-кратковременный режим с влиянием пусковых процессов S4: tп и tн - время пуска и торможения

5) Повторно-кратковременный режим с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S5 - последовательность идентичных циклов работы, каждый из которых включает достаточно длительное время пуска, время работы при постоянной нагрузке, за которое машина не нагревается до установившейся температуры, время быстрого электрического торможения и время стоянки, за которое машина не охлаждается до температуры окружающей среды.

Рисунок 4.5 - Повторно-кратковременный режим с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S5

6) Перемежающийся режим работы S6 — последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает время работы с постоянной нагрузкой и время работы на холостом ходу, причем длительность этих периодов такова, что температура машины не достигает установившегося значения

Рисунок 4.6 - Перемежающийся режим работы S6: to — время холостого хода

7) Перемежающийся режим с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S7 — последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает достаточно длительный пуск, работу с постоянной нагрузкой и быстрое электрическое торможение. Режим не содержит пауз.

Рисунок 4.7 - Перемежающийся режим работы с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S7

8) Перемежающийся режим с периодически изменяющейся частотой вращения S8

— последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает время работы с неизменной нагрузкой и неизменной частотой вращения, затем следует один или несколько периодов при других постоянных нагрузках, каждой из которых

3

соответствует своя частота вращения (например, этот режим реализуется при переключении числа пар полюсов асинхронного двигателя). Режим не содержит пауз.

Рисунок 4.8 - Перемежающийся режим работы с периодически изменяющейся частотой вращения S8

Режимы S1, S2, S3 являются основными и наиболее характерными для производственных механизмов. Остальные режимы являются разновидностями режимов S1, S2, S3 и встречаются только в электроприводах специальных производственных механизмов.

4.3 Принцип действия электродвигателей постоянного тока

Двигатель постоянного тока (ДПТ) — электрический двигатель, питание которого осуществляется постоянным током.

Принцип преобразования электрической энергии в механическую энергию электромагнитным полем был продемонстрирован Майклом Фарадеем в 1821 г. Механизм состоял из свободно висящего провода, окунающегося в пул ртути. Постоянный магнит был установлен в середине пула ртути. Когда через провод пропускался ток, провод вращался вокруг магнита, показывая, что ток вызывал циклическое магнитное поле вокруг провода. Б.С. Якоби в 1834 г. впервые создал практически пригодный электродвигатель с вращающимся якорем и опубликовал теоретическую работу «О применении электромагнетизма для приведения в движение машины».

В основу работы электрической машины постоянного тока положен принцип электромагнитной индукции. Электрическая машина состоит из неподвижной части — индуктора (с обмоткой возбуждения) и подвижной части — якоря. В роли индуктора на маломощных двигателях постоянного тока часто используются постоянные магниты. На проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила, определяемая по

правилу левой руки:
F = B·I·L,	( 4.1 )

где I — ток, протекающий по проводнику; В — индукция магнитного поля;

L — длина проводника.

При пересечении проводником магнитных силовых линий машины в нем наводится электродвижущая сила, которая по отношению к току в проводнике направлена против него, поэтому она называется обратной или противодействующей (противо-ЭДС). Электрическая мощность в двигателе преобразуется в механическую и частично тратится на нагревание проводника.

Простейший двигатель постоянного тока (рисунок 4.10) состоит из постоянного магнита на индукторе (статоре), одного электромагнита с явно выраженными полюсами на якоре (двухзубцового якоря с явно выраженными полюсами и с одной обмоткой), щёточноколлекторного узла с двумя пластинами (ламелями) и двумя щётками.

На статоре ДПТ, который называется индуктором, располагаются постоянные магниты или катушки с обмотками возбуждения, наводящими магнитный поток возбуждения (электромагниты). В простейшем случае статор имеет два полюса (один магнит с одной парой полюсов). Помимо основных полюсов на статоре (индукторе) могут устанавливаться добавочные полюса, которые предназначены для улучшения коммутации на коллекторе.

4

На вращающемся роторе (якоре) наматываются катушки обмотки якоря виде отдельных зубцов. Для самозапуска ДПТ при произвольном положении ротора необходимо, чтобы минимальное число зубцов якоря было не меньше трех. Из этих трёх полюсов, только один полюс всё время находится в зоне коммутации, то есть ротор имеет две пары полюсов (как и статор, так как в противном случае работа двигателя не возможна). Якорь ДПТ состоит из многих катушек, на часть которых подаётся питание, в зависимости от угла поворота ротора, относительно статора. Применение большого числа (несколько десятков) катушек, необходимо для уменьшения неравномерности крутящего момента, для уменьшения коммутируемого (переключаемого) тока, и для обеспечения оптимального взаимодействия между магнитными полями ротора и статора (то есть для создания максимального момента на роторе).

Коллектор (щёточно-коллекторный узел) выполняет две функции: датчика углового положения якоря и переключателем направления тока в обмотке якоря со скользящими контактами. Выводы всех катушек якорной обмотки объединяются в коллекторный узел. Коллекторный узел в простейшем случае - это кольцо из изолированных друг от друга пластин-контактов (называемых ламелями), расположенных по оси ротора (якоря). Щёточный узел необходим для подвода электроэнергии к катушкам на вращающемся роторе и переключения тока в обмотках ротора. Щётка — неподвижный контакт (обычно графитовый или медно-графитовый). Щётки с большой частотой размыкают и замыкают пластины-контакты коллектора ротора. Как следствие, при работе ДПТ происходят переходные процессы, в обмотках ротора. Эти процессы приводят к искрению на коллекторе, что значительно снижает надёжность ДПТ. Для уменьшения искрения применяются различные способы, основным из которых является установка добавочных полюсов. При больших токах в роторе ДПТ возникают мощные

переходные процессы, в результате чего искрение может постоянно охватывать	все
пластины коллектора. Данное явление называется кольцевым искрением коллектора	или
«круговой огонь», которое приводит к выгоранию всех пластин коллектора	и
сокращению срока службы.

Рисунок 4.9 - Устройство простейшего ДПТ с возбуждением от магнитов Группа ДПТ по наличию щёточно-коллекторного узла подразделяется на:

1)коллекторные двигатели, которые имеют коллектор;

2)бесколлекторные двигатели, у которых коллектор заменен силовыми вентилями, изменяющие направление тока в зависимости от положения якоря.

Щёточно-коллекторный узел обеспечивает электрическое соединение цепей вращающейся и неподвижной части машины и является наиболее ненадежным и сложным в обслуживании конструктивным элементом.

Бесколлекторные двигатели (вентильные двигатели) — электродвигатели, выполненные в виде замкнутой системы с использованием датчика положения ротора, системы управления (преобразователя координат) и силового полупроводникового преобразователя (инвертора). Принцип работы данных двигателей аналогичен принципу работы синхронных двигателей.

Взаимодействие тока I в обмотке якоря с магнитным потоком Ф, создаваемым обмотками, расположенными на полюсах машины, приводит в соответствии с законом Ампера и возникновению электромагнитных сил, действующих на активные проводники обмотки и, следовательно, электромагнитного момента М:

М = kФ·I

( 4.2 )

где k- конструктивный параметр машины.

5

В движущихся с угловой скоростью ω в магнитном поле под действием момента М проводниках обмотки якоря в соответствии с законом Фарадея наводится ЭДС вращения

Е:

E = kФ·ω ,

( 4.3 )

направленная в рассматриваемом случае встречно по отношению к вызвавшей движение причине - ЭДС источника питания U.

В соответствие со вторым законом Кирхгоффа для якорной цепи машины

справедливо уравнение:
U-E = I·R.	( 4.4 )

Уравнения (4.2)-(4.4) – простейшая, но достаточная для понимания главных процессов в электроприводе постоянного тока модель. Для решения практических задач

они должны быть дополнены уравнением	движения			с моментом	потерь M , входящим		в
Мс,		dω
M − M c	= J					( 4.5 )
		dt
и уравнениями цепи возбуждения для конкретной схемы электропривода.
Если существовал некоторый установившийся режим					М1 =	Мс1, а затем	Мс
изменился, например, возрос до	величины			Мс2, то	для	получения нового

установившегося режима необходимо иметь средство, которое изменило бы М, приведя его в соответствие с новым значением Мс. В двигателе внутреннего сгорания эту роль выполнит оператор, увеличив подачу топлива; в паровой турбине - специальный регулятор, который увеличит подачу пара. В электрической машине эту роль выполнит ЭДС. Действительно, при возрастании Мс скорость двигателя начнет снижаться, значит уменьшится в соответствии с (4.3) и ЭДС (полагается, что поток Ф, а также U и R - постоянные). Из (4.4) следует, что

I =	U − E	,	( 4.6 )
	R

следовательно, ток вырастет, обусловив тем самым рост момента в соответствии с (4.2). Двигатель автоматически, без каких-либо внешних воздействий перейдет в новое установившееся состояние. Эти процессы будут иметь место при любых величинах и знаках Мс, то есть ЭДС будет выполнять функцию регулятора как в двигательном, так и в тормозных режимах работы машины.

4.4 Конструкция двигателей переменного тока

Рисунок 4.10 - Двигатель постоянного тока серии 2П с тахогенератором На рисунке 4.11 обозначены следующие конструктивные элементы ДПТ:

1 — тахогенератор;

6

2— траверса;

3— коллектор;

4— станина;

5— якорь;

6— главный полюс;

7— добавочный полюс.

Основными конструктивными элементами ДПТ являются станина с закрепленными на ней главными и добавочными полюсами, вращающийся якорь с обмоткой и коллектором и

щеточный аппарат. В машинах малой и средней мощностей станина	одновременно	служит
и корпусом, к которому крепятся лапы для установки	машины, и	частью

магнитопровода. По ней замыкается магнитный поток. В большинстве машин станина выполнена массивной, из стальных труб, либо сварной из листов конструкционной стали. В ряде машин станину выполняют шихтованной.

К внутренней поверхности станины крепят главные и добавочные полюсы. Сердечники главных полюсов массивные либо набраны из листов электротехнической стали толщиной 1 — 2 мм. Сердечники добавочных полюсов, как правило, массивные. На главных полюсах располагаются обмотки возбуждения, которые создают рабочий поток машины. Обмотки добавочных полюсов, расположенных по поперечным осям машины,

служат для обеспечения нормальной коммутации.
Магнитопровод (сердечник) якоря также изготавливается	из листов

электротехнической стали (шихтуется). В ДПТ малой мощности сердечник якоря насаживается непосредственно на вал со шпонкой и фиксируется буртиком вала и кольцевой шпонкой. С торцов якоря для предотвращения распушения листов во время работы установлены нажимные шайбы, совмещенные с обмоткодержателями.

Обмотки якорей в машинах мощностью выполняются из обмоточного провода круглого сечения с эмалевой изоляцией и укладываются в пазы сердечника якоря. В пазовых частях обмотка крепится пазовыми клиньями, в лобовых - бандажами из стеклоленты или немагнитной стальной проволоки, которые прижимают их к обмоткодержателям. В машинах большой мощности катушки обмотки якоря наматывают из прямоугольного провода и укладывают в открытые пазы. Выводные концы каждой секции обмотки впаиваются в прорези ламелей (коллекторных пластин).

Коллекторы в большинстве машин общего назначения цилиндрические. В цилиндрических коллекторах пластины имеют клиновидную форму с углом наклона, при котором пластины, собранные в кольцо, плотно прилегают друг к другу боковыми поверхностями и зажимают миканитовую изоляцию. Наибольшее распространение получили коллекторы, в которых пластины удерживаются в сжатом состоянии металлическими нажимными конусами либо опрессовкой в пластмассу.

По типу возбуждения коллекторные двигатели можно разделить на:

1)двигатели с независимым возбуждением от электромагнитов и постоянных

магнитов;

2)двигатели с обмоткой возбуждения делятся на:

-двигатели постоянного тока с независимой обмоткой возбуждения (ДПТ с НВ), которая запитывается напряжением постоянного тока от отдельных выводов (ее частный случай - параллельное возбуждение, когда обмотка якоря включается параллельно обмотке возбуждения);

-двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением (ДПТ с ПВ), когда обмотка якоря включается последовательно обмотке возбуждения;

-двигатели смешанного возбуждения, когда одна часть обмотки возбуждения включается последовательно, а вторая параллельно обмотке якоря.

а - независимое, б - параллельное, в - последовательное, г - смешанное Рисунок 4.11 – Варианты схем возбуждения ДПТ Основные технические данные ДПТ:

1)выходная мощность на валу двигателя (P2ном) в кВт;

2)номинальное напряжение обмотки якоря (Uяном) в В;

3)номинальный ток обмотки якоря (Iяном), А;

4)частота вращения номинальная (nном), об/мин;

7

5)частота вращения максимальная (nмакс), об.мин;

6)номинальное напряжение возбуждения (Uвном), В;

7)номинальное значение коэффициента полезного действия (КПД) в %;

8) режим работы (S1 или S3);

9)масса, кг;

10)габаритные размеры (l×b×h), мм;

11)степень защиты оболочки от проникновения твердых тел и воды (код IP);

12)монтажное исполнение;

13)способ охлаждения.

Достоинства ДПТ:

-простота устройства и управления;

-линейные механическая и регулировочная характеристики двигателя;

-легко регулировать частоту вращения;

-хорошие пусковые свойства (большой пусковой момент);

-так как ДПТ являются обратимыми машинами, появляется возможность использования их как в двигательном, так и в генераторном режимах.

Недостатки ДПТ:

-высокая стоимость изготовления;

-необходимость технического обслуживания коллекторно-щёточных узлов, что приводит к большим эксплуатационным расходам;

-ограниченный срок службы из-за износа коллектора.

ДПТ выпускаются сериями, для которых характерен высокий уровень унификации деталей и узлов и максимальная взаимозаменяемость. Выпускаются также специальные серии – крановые, металлургические, судовые, тяговые и т.д. В основу разделения на тип и размер положен параметр – высота оси вращения (h) в мм.

4.5 Механическая характеристика и регулирование скорости ДПТ

Из уравнения электромеханической характеристики ДПТ с НВ следует, что возможны три способа регулирования его угловой скорости:

1)регулирование за счет изменения величины сопротивления реостата в цепи

якоря;

2)регулирование за счет изменения потока возбуждения двигателя Ф;

3)регулирование за счет изменения подводимого к обмотке якоря двигателя напряжения U. Ток в цепи якоря Iя и момент М, развиваемый двигателем, зависят только от величины нагрузки на его валу.

Наиболее широкими возможностями с точки зрения регулирования обладает двигатель постоянного тока с независимым возбуждением (ДПТ с НВ). Скорость вращения ДПТ с НВ определяется как

ω= U я − Rяц + Rд M . kФ (kФ)2

где

4.5.1 Регулирования скорости ДПТ изменением сопротивления в цепи якоря.

Рисунок 4.12 - Схема включения ДПТ Схема включения ДПТ с НВ представлена на рисунке 6.12.

Изменяя сопротивление реостата Rp в цепи якоря на рисунке 4.12 можно получить при номинальной нагрузке различные угловые скорости электродвигателя на искусственных характеристиках — ω1, ω2, ω3. Электромеханические и механические характеристики — на рисунке 4.13.

8

Рисунок 4.13 - Механические характеристики ДПТ при изменении сопротивления

Так как при данном способе регулирования	изменяется жесткость	характеристик
в широких пределах, то при скоростях менее	половины номинальной	стабильность

работы двигателя резко ухудшается. По этой причине диапазон регулирования скорости ограничен (D=2…3). Скорость при данном способе можно регулировать в сторону уменьшения от основной, о чем свидетельствуют электромеханические и механические характеристики. Высокую плавность регулирования трудно обеспечить, так как потребовалось бы значительное количество ступеней регулирования и соответственно большое число контакторов.

Недостатком рассматриваемого способа является наличие значительных потерь мощности при регулировании, которые пропорциональны относительному изменению угловой скорости. Достоинством рассмотренного способа регулирования угловой скорости являются простота и надежность схемы управления.

Учитывая большие потери в реостате при малых скоростях, данный способ регулирования скорости применяется для приводов с кратковременным и повторнократковременным режимами работы.

4.5.2 Регулирование скорости за счет изменения потока возбуждения

При способе регулирование угловой скорости ДПТ с НВ осуществляется изменением величины магнитного потока за счет введения в цепь обмотки возбуждения дополнительного реостата. При ослаблении потока угловая скорость двигателя как при нагрузке, так и при холостом ходе возрастает, а при усилении потока — уменьшается. Практически возможно изменение скорости только в сторону увеличения ввиду насыщения двигателя.

При увеличении скорости ослаблением потока допустимый момент двигателя постоянного тока изменяется по закону гиперболы, а мощность остается постоянной. Диапазон регулирования скорости для данного способа D = 2 - 4.

Обмотки возбуждения двигателей постоянного тока независимого возбуждения обладают значительной индуктивностью. Поэтому при ступенчатом изменении сопротивления реостата в цепи обмотки возбуждения ток, а следовательно, и поток будут изменяться по экспоненциальному закону. В связи с этим регулирование угловой скорости будет осуществляться плавно.

Существенными преимуществами данного способа регулирования скорости являются его простота и высокая экономичность.

Данный способ регулирования используют в приводах в качестве вспомогательного, обеспечивающего повышение скорости при холостом ходе механизма.

4.5.3 Регулирование за счет изменения напряжения обмотки якоря

Этот способ регулирования скорости заключается в изменении напряжения, подводимого к обмотке якоря двигателя. Угловая скорость двигателя постоянного тока независимо от нагрузки изменяется прямо пропорционально напряжению, подводимому к якорю. Поскольку все регулировочные характеристики являются жесткими, а степень их жесткости остается для всех характеристик неизменной, работа двигателя является стабильной на всех угловых скоростях и, следовательно, обеспечивается широкий диапазон регулирования скорости независимо от нагрузки. Этот диапазон равен 100 и может быть расширен за счет специальных схем управления.

Механические характеристики для различных значений напряжения якоря ДПТ с НВ приведены на рисунке 6.14, из которых видно, что характеристики имеют высокую степень жесткости.

9

Рисунок 4.14 - Механические характеристики ДПТ с НВ при изменении Uя

При данном способе угловую скорость можно уменьшать и увеличивать относительно основной. Повышение скорости ограничено возможностями источника

энергии	с регулируемым напряжением и Uном			двигателя. Если источник энергии
обеспечивает возможность непрерывного изменения подводимого						к двигателю
напряжения, то регулирование скорости двигателя будет плавным.
Данный способ регулирования является экономичным, так-так регулирование
угловой	скорости	двигателя	постоянного	тока	независимого	возбуждения

осуществляется без дополнительных потерь мощности в силовой цепи якоря. По всем перечисленным выше показателям данный способ регулирования по сравнению с первым и вторым наилучший.

4.6 Принцип работы и устройство синхронного двигателя

Синхронный электродвигатель (СД) — электродвигатель переменного тока, ротор которого вращается синхронно с магнитным полем питающего напряжения. Данные двигатели обычно используются при больших мощностях (от сотен киловатт и выше).

Существуют синхронные двигатели с дискретным угловым перемещением ротора — шаговые двигатели. У них заданное положение ротора фиксируется подачей питания на соответствующие обмотки. Переход в другое положение осуществляется путём снятия напряжения питания с одних обмоток и передачи его на другие. Ещё один вид синхронных двигателей — вентильный реактивный электродвигатель, питание обмоток которого формируется при помощи полупроводниковых элементов.

Основными частями синхронной машины являются якорь и индуктор. Наиболее частым исполнением является такое исполнение, при котором якорь располагается на статоре, а на отделённом от него воздушным зазором роторе находится индуктор.

Якорь представляет собой одну или несколько обмоток переменного тока. В двигателях токи, подаваемые в якорь, создают вращающееся магнитное поле, которое сцепляется с полем индуктора, и таким образом происходит преобразование энергии.

Поле якоря оказывает	воздействие на поле индуктора	и называется поэтому также
полем реакции якоря. В генераторах поле реакции		якоря создаётся переменными
токами, индуцируемыми	в обмотке якоря от индуктора.

Индуктор состоит из полюсов — электромагнитов постоянного тока или постоянных магнитов (в микромашинах). Индукторы синхронных машин имеют две различные конструкции: явнополюсную или неявнополюсную. Явнополюсная машина отличается тем, что полюса ярко выражены и имеют конструкцию, схожую с полюсами машины постоянного тока. При неявнополюсной конструкции обмотка возбуждения укладывается в пазы сердечника индуктора, весьма похоже на обмотку роторов асинхронных машин с фазным ротором, с той лишь разницей, что между полюсами оставляется место, незаполненное проводниками (так называемый большой зуб). Неявнополюсные конструкции применяются в быстроходных машинах, чтобы уменьшить механическую нагрузку на полюса.

Для уменьшения магнитного сопротивления, то есть для улучшения прохождения магнитного потока применяются ферромагнитные сердечники ротора и статора. В основном они представляют собой шихтованную конструкцию из электротехнической стали (то есть набранную из отдельных листов). Электротехническая сталь обладает рядом интересных свойств. В том числе она имеет повышенное содержание кремния, чтобы повысить её электрическое сопротивление и уменьшить тем самым вихревые токи.

Принцип действия синхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля якоря и магнитного поля полюсов индуктора. Обычно якорь расположен на статоре, а индуктор — на роторе. В мощных двигателях в качестве полюсов используются электромагниты (ток на ротор подаётся через скользящий контакт щетка - кольцо), в маломощных — постоянные магниты. Существует

10