Un motor sincron este un motor în care rotorul se rotește în mod normal la aceeași viteză ca și câmpul de rotație din mașină. Statorul este similar cu cel al unei mașini cu inducție, constând dintr-un cadru cilindric din fier cu înfășurări, de obicei trifazate, amplasate în fantele de la periferia interioară. Diferența constă în rotor, care conține în mod normal o înfășurare izolată conectată prin inele colectoare sau alte mijloace la o sursă de curent continuu (vezi figura).
Encyclopædia Britannica, Inc.
Principiul de funcționare al unui motor sincron poate fi înțeles considerând că înfășurările statorului sunt conectate la o sursă de curent alternativ trifazat. Efectul curentului statoric este de a stabili un câmp magnetic care se rotește cu 120 f/p rotații pe minut pentru o frecvență de f hertzi și pentru p poli. Un curent continuu într-o înfășurare de câmp cu p poli de pe rotor va produce, de asemenea, un câmp magnetic care se rotește la viteza rotorului. Dacă viteza rotorului este făcută egală cu cea a câmpului statoric și dacă nu există un cuplu de sarcină, aceste două câmpuri magnetice vor tinde să se alinieze unul cu celălalt. Pe măsură ce se aplică o sarcină mecanică, rotorul alunecă înapoi cu un număr de grade în raport cu câmpul rotativ al statorului, dezvoltând un cuplu și continuând să fie atras de acest câmp rotativ. Unghiul dintre câmpuri crește pe măsură ce crește cuplul de sarcină. Cuplul maxim disponibil este atins atunci când unghiul cu care câmpul rotorului întârzie față de câmpul statorului este de 90°. Aplicarea unui cuplu de sarcină mai mare va bloca motorul.
Un avantaj al motorului sincron este acela că câmpul magnetic al mașinii poate fi produs de curentul continuu din înfășurarea de câmp, astfel încât înfășurările statorice trebuie să furnizeze doar o componentă de putere a curentului în fază cu tensiunea statorică aplicată – adică motorul poate funcționa la un factor de putere unitar. Această condiție minimizează pierderile și încălzirea în înfășurările statorice.
Factorul de putere al intrării electrice a statorului poate fi controlat direct prin reglarea curentului de câmp. Dacă curentul de câmp este mărit peste valoarea necesară pentru a asigura câmpul magnetic, curentul statoric se modifică pentru a include o componentă care să compenseze această supramagnetizare. Rezultatul va fi un curent statoric total care conduce tensiunea statorică în fază, furnizând astfel sistemului de energie electrică volt-amperi reactivi necesari pentru a magnetiza alte aparate conectate la sistem, cum ar fi transformatoarele și motoarele cu inducție. Funcționarea unui motor sincron mare la un astfel de factor de putere conducător poate fi o modalitate eficientă de îmbunătățire a factorului de putere global al sarcinilor electrice dintr-o uzină de producție, pentru a evita tarifele suplimentare de alimentare cu energie electrică care, în caz contrar, ar putea fi percepute pentru sarcinile cu factor de putere scăzut.
Motorii sincrone trifazate își găsesc aplicabilitatea principală în situații industriale în care există o sarcină mecanică mare, rezonabil de constantă, de obicei mai mare de 300 de kilowați, și unde capacitatea de a funcționa la un factor de putere conducător este de valoare. Sub acest nivel de putere, mașinile sincrone sunt, în general, mai scumpe decât mașinile cu inducție.
Curentul de câmp poate fi furnizat de un redresor controlat din exterior prin intermediul unor inele colectoare sau, în cazul motoarelor mai mari, poate fi furnizat de un redresor montat pe arbore cu un transformator rotativ sau un generator.
Un motor sincron cu doar o înfășurare de câmp care transportă un curent continuu nu ar fi autopornitor. La orice altă viteză decât cea sincronă, rotorul său ar suferi un cuplu oscilant de valoare medie zero, deoarece câmpul magnetic rotativ trece în mod repetat pe lângă rotorul cu mișcare mai lentă. În mod normal, o înfășurare scurtcircuitată, similară cu cea a unei mașini de inducție, este adăugată la rotor pentru a asigura cuplul de pornire. Motorul este pornit, fie cu tensiune statorică maximă, fie cu tensiune statorică redusă, și este adus la aproximativ 95 % din viteza sincronă, de obicei cu înfășurarea de câmp scurtcircuitată pentru a o proteja de o tensiune indusă excesivă. Apoi se aplică curentul de câmp și rotorul se trage în sincronism cu câmpul de rotație.
Această înfășurare suplimentară a rotorului este denumită de obicei înfășurare de amortizare datorită proprietății sale suplimentare de a amortiza orice oscilație care ar putea fi cauzată de schimbări bruște ale sarcinii pe rotor atunci când este în sincronism. Ajustarea la schimbările de sarcină implică modificări ale unghiului cu care câmpul rotoric întârzie față de câmpul statoric și, prin urmare, implică modificări pe termen scurt ale vitezei instantanee. Acestea determină inducerea de curenți în înfășurările amortizorului, producând un cuplu care acționează pentru a se opune modificării vitezei.
Protecția pentru motoarele sincrone este similară cu cea utilizată la motoarele de inducție mari. Temperatura poate fi detectată atât în înfășurările statorului, cât și în cele ale câmpului și poate fi folosită pentru a întrerupe alimentarea electrică. În timpul pornirii are loc o încălzire considerabilă în înfășurarea rotor-amortizoare și se instalează frecvent un temporizator pentru a preveni pornirile repetate într-un interval de timp limitat.
.